98秒跨越大海无砟轨道助高铁跨海不减速

光山新闻网 采集侠 2022-04-13 10:08:06
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98秒跨越大海无砟轨道助高铁跨海不减速

  正在合龙的安海湾大桥中国铁建铁四院供图

  98秒

  福厦高铁安海湾大桥是世界首座无砟轨道跨海大跨斜拉桥,全长9.5公里,主跨300米,预计2023年通车后,动车以时速350公里,只需98秒就可风驰电掣跨越大海。

  ◎本报记者 矫 阳

  近日,福厦高铁安海湾大桥合龙。这是世界首座无砟轨道跨海大跨斜拉桥,全长9.5公里、主跨300米,预计2023年通车后,动车以时速350公里,只需98秒就可风驰电掣跨越大海。

  这是继泉州湾、湄洲湾两座跨海大桥后,福厦高铁又一座合龙的跨海大桥。

  钢混组合梁,有砟换无砟

  福厦高铁先后跨越湄洲湾、泉州湾、安海湾三个海湾。其中,位于泉州晋江的安海湾大桥,不仅是福厦高铁跨海桥梁的“封箱之作”, 也是世界无砟轨道桥梁“大跨”跨海的“开山之作”。

  为什么要在跨海大桥设计无砟轨道?

  “跨度300米及以上的大跨高铁桥,多采用斜拉桥等柔性结构。受自然环境影响,桥面高程会随气温升降而变化,影响轨道的平顺度。”中国铁建铁四院(以下简称铁四院)副总工程师严爱国告诉科技日报记者,保持桥面平顺,是满足高铁高速通过大桥的前提。

  由于有砟轨道维修技术相对成熟,此前,我国设计的满足时速350公里要求的高铁桥,其桥梁轨道均为有砟。

  不过,有砟轨道最大的问题,是列车高速通过时,道砟(用来铺公路或铁路路基的粗沙砾或碎石)容易被火车吸起,也容易击打列车底盘,并由此产生一系列问题。因此,我国铁路部门曾规定,高铁通过有砟轨道,以时速250公里为限。这意味着动车行驶在设计时速350公里的高铁上,通过大桥时就要降速。而我国高铁线路,因安全性、节约土地资源、降低成本、保护生态环境及防止中长在沉降等原因,在设计时多采用高架桥。

  采用无砟轨道则可避免道砟飞溅,其平顺性、稳定性好,但这种轨道对施工工艺要求高,对沉降控制要求苛刻。

  如何在大跨度桥梁铺设无砟轨道,成为一个难以攻克的技术问题。

  2017年,国铁集团设立“大跨度桥梁铺设无砟轨道技术深化研究”项目,铁四院牵头主持了项目课题,并依托主跨300米的昌赣铁路赣江特大桥,获取了工程经验。

  相比江河,海上的风浪使大跨斜拉桥的稳定性面临更高挑战。

  “在大跨度跨海桥梁上,铺设无砟轨道并通行高速列车,对桥梁结构刚度、徐变变形、动力性能等要求极高。”严爱国说,斜拉桥结构本身易变形,在大风频繁的海上环境,如何保证跨度又兼顾刚度,是设计的关键。

  经过无数次模拟试验,设计团队找到了适应大海大跨环境的钢混组合梁结构参数,破解了难题。

  “钢混组合梁由混凝土桥面板与槽形钢梁组成。钢梁自重轻、适应大跨度桥梁建设,混凝土桥面则提升了桥梁刚度,两者结合满足了列车高速通过的要求。”严爱国说。

  钢加镍耐腐,流线箱造型抗风

  和普通桥梁相比,跨海大桥还面临着另一项考验,就是海风海水腐蚀,这是世界各国海洋工程建设面临的共同问题。

  在潮湿的空气中,钢铁表面形成的水膜,会溶解大气中的二氧化碳、二氧化硫、硫化氢等气体,使水膜中含有一定量的氢离子,形成含有电解质溶液的薄膜,恰与钢铁中的铁和少量的碳构成原电池。

  “而海气中弥散的大量盐,又促使电子在溶液中快速移动,这种导电作用,加快了钢铁的腐蚀速度。”铁四院福厦高铁桥梁设计负责人曾甲华说。