跨越山海的鋼鐵巨龍

　　探訪我國首條跨海高鐵“福廈高鐵”

　　安海灣特大橋全景。冷雪冬 攝

　　湄洲灣跨海大橋斜拉式繩索一景。 張海根 攝

　　作業(yè)軌道車運(yùn)行在福廈高鐵廈門北站內(nèi)。丁波 攝

　　作業(yè)人員正在操作大型養(yǎng)路機(jī)械進(jìn)行道岔搗固作業(yè)。徐亮 攝

　　連日來，寧波至廣州高鐵福州至廈門、漳州段（下文簡稱“福廈高鐵”）廈門北站施工現(xiàn)場(chǎng)熱火朝天。機(jī)器轟鳴、焊花四濺，分布在高空和地面工點(diǎn)上的建設(shè)者們加班加點(diǎn)，演繹著“速度與激情”。就在不久前，新建廈門北站的外立面裝修已經(jīng)全部完工，現(xiàn)在已轉(zhuǎn)入內(nèi)部裝飾階段。新建廈門北站是我國在建的最大波浪形站房，也是福廈高鐵全線施工難度最大的車站，按照計(jì)劃，該工程將在本月底完工，為9月份全線開通運(yùn)營奠定基礎(chǔ)。

　　長虹臥波，穿山越嶺。福廈高鐵全線開通運(yùn)營后，乘客將迎來“坐著高鐵看大海”的全新體驗(yàn)。據(jù)了解，福廈高鐵全長277.42公里，設(shè)計(jì)時(shí)速350公里，是我國“八縱八橫”高速鐵路網(wǎng)上至關(guān)重要的一塊拼圖，更以多個(gè)“世界第一”成為令世界驚嘆的工程奇跡，推動(dòng)了我國高鐵橋梁技術(shù)走向深海，見證了我國高鐵事業(yè)的飛速發(fā)展，也見證了中華民族走在偉大復(fù)興路上的堅(jiān)實(shí)腳步。

　　作為國內(nèi)首條跨海高鐵，福廈高鐵的建設(shè)有多難？建設(shè)者是如何攻克重重難關(guān)的？建成后的福廈高鐵將給沿線群眾的生活帶來哪些改變？我們一起來探秘這條跨越山海的鋼鐵巨龍。

　　1 逢山開路遇水架橋，智繪“山海”藍(lán)圖

　　八閩大地、依山向海，峰巒疊嶂、水網(wǎng)交錯(cuò)。“八山一水一分田”的地貌特征，使福建素有“閩道更比蜀道難”的說法。而山水阻隔，也是福廈高鐵建設(shè)者們繞不開的難題。

　　“福廈高鐵的設(shè)計(jì)建造從一開始便充滿了挑戰(zhàn)。”東南沿海鐵路福建公司工程部副部長陳琦，見證了福廈高鐵從設(shè)計(jì)圖紙一步步變成現(xiàn)實(shí)，每一座橋梁、隧道，甚至許多細(xì)節(jié)，他都如數(shù)家珍。

　　陳琦介紹，福廈高鐵全線瀕臨海灣，橋隧占比高達(dá)85%，高風(fēng)險(xiǎn)隧道4座，存在涌水涌泥、斷層破碎帶、采空區(qū)等不良地質(zhì)，再加上特殊橋跨多、結(jié)構(gòu)復(fù)雜等，建設(shè)施工難度很大。與此同時(shí)，福廈高鐵全線有百余處與高速公路、既有鐵路交叉或鄰近，安全管控難度大。

　　面對(duì)極端復(fù)雜的地質(zhì)條件和外部環(huán)境，福廈高鐵各參建單位積極開展自主創(chuàng)新和科技攻關(guān)，應(yīng)用多項(xiàng)新工藝、新技術(shù)，全力打造“精品工程、智能福廈”。

　　位于福州市閩侯縣和福清市交界處的楊梅山隧道是一段長達(dá)10.669公里的隧道，同時(shí)也是福廈高鐵全線最長的隧道。

　　據(jù)中鐵十二局福廈2標(biāo)項(xiàng)目經(jīng)理張紅濤介紹，隧道施工需要穿過9處斷層、4處巖性侵入接觸帶及8處節(jié)理密集帶，極易引起涌水等地質(zhì)災(zāi)害。“最大涌水量達(dá)到7.5萬方。另外，隧道的埋深為397米，相當(dāng)于下穿100層超高層建筑，存在高地?zé)?、巖爆等不良地質(zhì)災(zāi)害，施工難度很大。”

　　與傳統(tǒng)隧道施工采用的“人海戰(zhàn)術(shù)”不同，為解決極端的地質(zhì)環(huán)境所帶來的難題，楊梅山隧道的建設(shè)與施工單位按照“機(jī)械化+N”的思路，為機(jī)械設(shè)備安裝“大腦”、延伸“四肢”，用“變形金剛”代替人力施工，采用可視化鉆孔、三臂鑿巖臺(tái)車、水壓光面爆破相結(jié)合的數(shù)字化施工掘進(jìn)方式，將爆破超挖控制在10毫米以內(nèi)，在有效化解施工風(fēng)險(xiǎn)的同時(shí)，還創(chuàng)下了月掘進(jìn)200米的全線施工紀(jì)錄。

　　楊梅山隧道的成功貫通打破了全線工程建設(shè)的瓶頸，給隧道施工提供了機(jī)械化、智能化、信息化樣板。網(wǎng)友直呼：“時(shí)代變了，修鐵路現(xiàn)在拼的是‘腦子’。”

　　從藍(lán)圖到現(xiàn)實(shí)，數(shù)字施工與智慧建造技術(shù)在福廈高鐵全生命建設(shè)周期中發(fā)揮著關(guān)鍵作用。

　　“福廈高鐵以BIM+GIS（建筑信息模型+地理信息系統(tǒng)）技術(shù)為核心，綜合應(yīng)用物聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算、移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)等信息技術(shù)，樹起了高鐵智能建設(shè)的新標(biāo)桿。”東南公司工程部部長張志鵬說。

　　在福廈高鐵泉州灣大橋設(shè)計(jì)中，中鐵第四勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司運(yùn)用“橋梁配合施工三維協(xié)助管理系統(tǒng)”，完成了BIM建模，做到大橋制、運(yùn)、架全過程作業(yè)狀態(tài)監(jiān)控。

　　“BIM技術(shù)實(shí)現(xiàn)了傳統(tǒng)二維設(shè)計(jì)向三維設(shè)計(jì)的跨越。”中國鐵建電氣化局新建福廈鐵路四電標(biāo)變電專業(yè)經(jīng)理宋雷，以高鐵的四電工程（通信、信號(hào)、電力和牽引供電工程）為例解釋。

　　在以BIM為開發(fā)平臺(tái)的智慧工地系統(tǒng)上，“四電”智能裝備不再是“單機(jī)版”，而是進(jìn)入聯(lián)網(wǎng)模式。“智慧安全體驗(yàn)區(qū)、接觸網(wǎng)智能預(yù)配區(qū)、智能建造基地等一系列成果，實(shí)現(xiàn)對(duì)鐵路四電工程全生命周期的可視化、數(shù)字化、全過程管理，減少碰撞與返工，提高建造質(zhì)量、保證施工安全。”宋雷說，通過視頻、數(shù)據(jù)語言、衛(wèi)星攝影等技術(shù)，讓高鐵運(yùn)維實(shí)現(xiàn)可視化，不僅能更加精細(xì)地查看沿線的情況確保安全，還讓高鐵的后期維護(hù)更加便利。

　　2 一橋一策攻堅(jiān)克難，海中騰起“巨龍”

　　山，擋不住腳步；海，一樣可以跨越。

　　與普通橋梁相比，跨海大橋的修建不僅成本高，而且施工難度大。而福廈高鐵作為我國第一條真正意義上的海洋服役環(huán)境高鐵，從北向南依次跨過湄洲灣、泉州灣和安海灣三處難以逾越的天然屏障。

　　站在湄洲灣北岸向南望去，湄洲灣跨海大橋猶如氣勢(shì)恢宏的巨龍，橫亙?cè)谖邓{(lán)的湄洲灣上。這座全長14.7公里的大橋，海域施工長度10.8公里，是國內(nèi)首座跨海高鐵矮塔斜拉橋。

　　據(jù)中鐵十一局福廈4標(biāo)分部總工李維介紹，大橋的施工便道是一條8米寬的主棧橋，人員、設(shè)備都要通過棧橋進(jìn)場(chǎng)，施工期間協(xié)調(diào)以及組織難度極大。不過，讓他這個(gè)從業(yè)25年的橋梁建設(shè)“老人”感到更為頭疼的，是湄洲灣海域本身的施工環(huán)境所帶來的影響。

　　“有些施工要直接在斜巖、裸巖上進(jìn)行，沒有覆蓋層，加上海洋潮汐造成水位變化，使樁基施工難度非常大。我們的施工承臺(tái)也是在海底下開挖，挖了足足13米，難度和風(fēng)險(xiǎn)是很大的。”為了克服這些環(huán)境因素，建設(shè)者們一邊推進(jìn)工程建設(shè)，一邊針對(duì)海域特點(diǎn)進(jìn)行工藝、工法創(chuàng)新，先后進(jìn)行海上超長棧橋、潮汐區(qū)圍堰、大直徑深水樁基等技術(shù)革新。

　　不僅如此，為了減少高架橋箱梁段拼接縫的共振節(jié)點(diǎn)、減少橋墩占地面積、縮短建設(shè)周期、增加橋跨布置的靈活性等，湄洲灣跨海大橋除連續(xù)梁外，全部采用40.6米箱梁設(shè)計(jì)，這在高鐵施工中尚無可借鑒的經(jīng)驗(yàn)。

　　如何讓重達(dá)1000噸的高鐵箱梁穩(wěn)穩(wěn)地落在橋墩上？“昆侖號(hào)”作為“助攻神器”閃亮登場(chǎng)。

　　“昆侖號(hào)”是世界首臺(tái)千噸級(jí)運(yùn)架一體機(jī)，也是我國功能最全的高鐵橋梁提運(yùn)架設(shè)備，不僅能滿足24米、32米、40米不同跨度的高鐵箱梁施工作業(yè)，還可提升25%的架梁速度。

　　“‘昆侖號(hào)’破解了‘千噸級(jí)’40米箱梁海域現(xiàn)澆施工的難題，既實(shí)現(xiàn)箱梁內(nèi)、外模板的整體滑移精準(zhǔn)定位，又實(shí)現(xiàn)連續(xù)循環(huán)作業(yè)。”李維說，憑借這個(gè)神器，建設(shè)者僅用218天就完成了湄洲灣跨海大橋的架設(shè)任務(wù)。

　　2021年，湄洲灣跨海大橋和“昆侖號(hào)”運(yùn)架一體機(jī)，分別入選年度央企“十大超級(jí)工程”和“十大國之重器”。

　　同樣面臨復(fù)雜水文環(huán)境的還有泉州灣跨海大橋，由于大橋地處臺(tái)灣海峽西岸地震高烈度區(qū)，在傳統(tǒng)支架現(xiàn)澆施工方法中，存在支架搭設(shè)難度大、工程量大等施工難題。

　　為適應(yīng)無砟軌道鋪設(shè)的技術(shù)條件以及抗震要求，施工團(tuán)隊(duì)研發(fā)出“多聯(lián)無支座交接墩主梁掛籃懸臂澆筑”施工技術(shù)，解決了傳統(tǒng)支架現(xiàn)澆施工存在的難題。

　　所謂“掛籃懸臂澆筑”，即通過掛籃的移動(dòng)，創(chuàng)造新的作業(yè)面，完成橋梁的模板安裝、混凝土澆筑等施工作業(yè)，使橋梁不斷向兩側(cè)延伸，讓橋梁在空中“生長”，極大地提高了施工安全性及工效。

　　中交二航局福廈6標(biāo)項(xiàng)目常務(wù)副經(jīng)理劉福星自豪地說：“這種形式在國內(nèi)鐵路施工中尚屬首次，最多的時(shí)候我們有70對(duì)掛籃同時(shí)在上面施工。”

　　與此同時(shí)，對(duì)于劉福星和施工團(tuán)隊(duì)來說，影響大橋施工的還有大風(fēng)。據(jù)了解，該標(biāo)段施工現(xiàn)場(chǎng)長期經(jīng)受六級(jí)以上大風(fēng)侵襲，這不僅導(dǎo)致施工過程中物資調(diào)配難度大、一年中可施工時(shí)間短、施工安全風(fēng)險(xiǎn)高，還對(duì)大橋通車后的安全管理提出了更高的要求。

　　“對(duì)此，我們引入了健康檢測(cè)系統(tǒng)，在大橋建成開通之后，這個(gè)健康檢測(cè)系統(tǒng)將一直伴隨著線路的運(yùn)營，監(jiān)測(cè)整個(gè)橋梁的健康并及時(shí)反饋有關(guān)數(shù)據(jù)，為后期運(yùn)營提供安全保障。”劉福星說。目前該系統(tǒng)正在安裝完善，近期將開始試用。

　　除了要防震、抗風(fēng)，面對(duì)高鹽高濕環(huán)境下橋梁重要結(jié)構(gòu)的銹蝕問題，福廈高鐵也給出了答案。

　　泉州灣跨海大橋和安海灣特大橋的索塔鋼錨梁和支座創(chuàng)新采用耐海洋大氣腐蝕鋼——通過往鋼材里加入微量鎳元素，讓鋼材自身生成鈍化銹層，阻止海水中氯離子的滲透，實(shí)現(xiàn)“以銹制銹”的長效防腐效果，確保大橋使用壽命。

　　此外，施工單位還運(yùn)用最新研發(fā)的超長、耐久防腐涂裝材料，讓橋梁的涂裝防護(hù)壽命達(dá)30年以上。

　　踏平坎坷成大道，精益求精造精品。在5年多的建設(shè)時(shí)間里，福廈高鐵建設(shè)者們堅(jiān)持“一橋一策”，成功破解海風(fēng)海水腐蝕、季節(jié)性臺(tái)風(fēng)影響、高速鐵路橋梁變形等一系列難題。采用泥沙分離器、混凝土超灌提醒儀、超聲波檢孔儀、智能溫控系統(tǒng)等10余種最新施工技術(shù)、工藝，不僅打通了施工過程中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，也填補(bǔ)了我國高鐵建設(shè)領(lǐng)域的多項(xiàng)空白，實(shí)現(xiàn)了高鐵建設(shè)技術(shù)的新突破，因此被稱為“海上奇觀博物館”和“橋梁博物館”。

　　3 “跨海過橋不減速”，許一場(chǎng)奔赴山海的旅途

　　在跨海大橋上行車，受海上風(fēng)力影響很大。通常來說，為了確保行車安全，通過這樣的路段需要減速慢行。但福廈高鐵卻實(shí)現(xiàn)了“跨海過橋不減速”。

　　安海灣特大橋，不僅是福廈高鐵跨海橋梁的收尾之作，也是世界無砟軌道橋梁“大跨”“跨海”的“開山之作”。

　　砟，在鐵路中指鐵軌周圍的小石塊。據(jù)中國鐵建大橋工程局集團(tuán)新建福廈鐵路7標(biāo)項(xiàng)目經(jīng)理部一分部副經(jīng)理郭樹木介紹，之所以將安海灣特大橋建成無砟軌道跨海大跨斜拉橋，主要是因?yàn)闊o砟軌道可避免道砟飛濺，其平順性、穩(wěn)定性好，車輛通過無需減速，但這種軌道對(duì)施工工藝、沉降控制等要求極高。安海灣特大橋自身“大跨”“跨海”的屬性，讓無砟軌道上橋極具挑戰(zhàn)。

　　經(jīng)過反復(fù)模擬試驗(yàn)，大橋建設(shè)者和設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)找到了適應(yīng)“大跨”“跨海”條件的鋼混結(jié)合梁結(jié)構(gòu)參數(shù)，采用全聯(lián)長鋼混結(jié)合梁，主梁采用有效氣動(dòng)措施，滿足了跨海大橋通行高鐵列車的技術(shù)要求；橋面鋪設(shè)擁有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的CRTSⅠ型雙塊式無砟軌道，實(shí)現(xiàn)時(shí)速350公里高鐵列車跨海過橋不減速。

　　“通車之后，時(shí)速350公里的高鐵列車開過650米長的主橋用時(shí)不到7秒，‘跨’過整個(gè)海域也只需98秒。”郭樹木說。

　　不過，在泉州灣跨海大橋上，有砟軌道也可以跑出無砟軌道的感覺。記者了解到，傳統(tǒng)有砟軌道的最高運(yùn)營時(shí)速多為250公里，而泉州灣跨海大橋的通航孔主橋首次采用了聚氨酯固化道床結(jié)構(gòu)“固定”道砟，使得高鐵列車在強(qiáng)風(fēng)環(huán)境下也可以350公里時(shí)速通過大橋。“可有效避免碎石道砟飛濺，確保列車90秒即可平穩(wěn)跨過泉州灣。”劉福星告訴記者。

　　“跨海過橋不減速”，讓福州到廈門的時(shí)空距離從2個(gè)小時(shí)左右縮短至50分鐘。不僅如此，廈榕寧1小時(shí)交通圈、廈漳泉半小時(shí)交通圈也將因此成為現(xiàn)實(shí)。“未來，省內(nèi)多座城市將可實(shí)現(xiàn)當(dāng)日往返。”福建省第十四屆人大代表、福州市鐵辦主任張麗丹說。

　　這是一個(gè)具有示范引領(lǐng)意義的時(shí)代工程。據(jù)城市發(fā)展領(lǐng)域有關(guān)專家介紹，福廈高鐵所攻克的技術(shù)難題，未來將在我國更多地方有所運(yùn)用。（本報(bào)記者 陳楠 通訊員 林丹）