攻克多項(xiàng)技術(shù)難題 中國(guó)首條跨海高鐵開(kāi)通

坐在飛速行駛的高鐵列車(chē)中，眺望車(chē)外，蔚藍(lán)的海面卷起層層浪花，往來(lái)船只穿梭，偶爾還有海鷗飛過(guò)……這幅愜意舒適的海景圖，正是福廈高鐵帶給人們愜意出行的新體驗(yàn)。

9月28日，經(jīng)過(guò)6年建設(shè)，由中鐵第四勘察設(shè)計(jì)院(以下簡(jiǎn)稱(chēng)“鐵四院”)設(shè)計(jì)，中鐵十一局、中鐵建大橋局、中鐵十六局、中鐵十七局、中鐵建設(shè)、中鐵建電氣化局等單位參與建設(shè)的全國(guó)首條設(shè)計(jì)時(shí)速350公里的跨海高鐵——福廈高鐵正式開(kāi)通運(yùn)營(yíng)，從此“坐著高鐵看大?！弊哌M(jìn)現(xiàn)實(shí)。

這條全長(zhǎng)277.42公里的跨海高鐵，是中國(guó)“八縱八橫”高速鐵路網(wǎng)上至關(guān)重要的一塊拼圖，沿線設(shè)福州南、福清西、莆田、泉港、泉州東、泉州南、廈門(mén)北、漳州8座客運(yùn)車(chē)站，正線橋梁84座、隧道29座，橋隧比高達(dá)85.1%。項(xiàng)目開(kāi)啟了中國(guó)沿海智能高鐵建設(shè)的新篇章，通過(guò)智能建造、智能裝備、智能運(yùn)營(yíng)技術(shù)創(chuàng)新的不斷深化，完善沿海智能高鐵建設(shè)體系。

鑿路架橋智繪“山?！毙滤{(lán)圖

福建依山向海，水網(wǎng)交錯(cuò)，山水阻隔……這樣復(fù)雜的地貌特征，是福廈高鐵設(shè)計(jì)師們繞不開(kāi)的難題。在這種情況下，想要讓圖紙上的線條圖案，順利轉(zhuǎn)化為現(xiàn)實(shí)中的鋼筋水泥，鐵四院設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)需要考慮很多領(lǐng)域和細(xì)節(jié)。

設(shè)計(jì)負(fù)責(zé)人羅俊文介紹說(shuō)，福廈高鐵經(jīng)過(guò)福建省東南沿海地區(qū)，經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)，人口密集，自然生態(tài)環(huán)境良好。沿線分布有自然保護(hù)區(qū)、風(fēng)景名勝區(qū)、森林公園、飲用水源保護(hù)區(qū)，還涉及居民住宅、學(xué)校、醫(yī)院等。

“在福廈高鐵設(shè)計(jì)過(guò)程中，我們對(duì)生態(tài)環(huán)境保護(hù)的考量貫穿了全過(guò)程?！绷_俊文表示，在選線過(guò)程中，設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)全面調(diào)查了沿線植被、浮游植物類(lèi)型，兩棲動(dòng)物、爬行類(lèi)、鳥(niǎo)類(lèi)、獸類(lèi)、浮游動(dòng)物等，通過(guò)繞避森林公園、飲用水源保護(hù)區(qū)等措施，實(shí)現(xiàn)生態(tài)環(huán)保效益的最大化，力爭(zhēng)將福廈高鐵打造成一條“生態(tài)景觀畫(huà)廊”。

作為跨海鐵路，福廈高鐵全線瀕臨海灣，橋隧眾多，其中還包含4座高風(fēng)險(xiǎn)隧道，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，安全管控難度同樣不小。

為了確保環(huán)保、安全、高效地完成中國(guó)首條跨海高鐵建設(shè)，東南沿海鐵路福建有限責(zé)任公司在項(xiàng)目上場(chǎng)之初便設(shè)置了先行標(biāo)，圍繞后期建設(shè)將面臨的穿山、跨海等難題，進(jìn)行全線“四新技術(shù)”、科技創(chuàng)新的先行先試任務(wù)。

中鐵十七局先行標(biāo)項(xiàng)目經(jīng)理鐘益雄說(shuō)：“為提高全線隧道的施工質(zhì)量和精度，我們?cè)谌珖?guó)首創(chuàng)裝配式格柵隧道增加二襯鋼筋定位裝置，有效解決隧道二襯鋼筋定位及保護(hù)層控制的問(wèn)題，并率先引進(jìn)應(yīng)用三維激光掃描儀檢測(cè)系統(tǒng)，能夠?qū)⒊踔?襯砌)厚度誤差精度控制在3毫米以內(nèi)?！?/p>

為最大程度減少橋梁施工對(duì)環(huán)境的影響，中鐵十七局在全線率先應(yīng)用泥沙分離器，實(shí)現(xiàn)工程廢棄泥漿處理零排放和廢料渣滓資源循環(huán)再利用，為建設(shè)綠色高鐵奠定了基礎(chǔ)。

同時(shí)，在福廈高鐵建設(shè)過(guò)程中，數(shù)字施工與智慧建造技術(shù)在全生命建設(shè)周期中發(fā)揮著關(guān)鍵作用。設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)采用云計(jì)算、物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、人工智能、移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)、BIM、GIS、北斗等先進(jìn)技術(shù)，樹(shù)起了高鐵智能建設(shè)的新標(biāo)桿。

鐵四院福廈高鐵BIM總設(shè)計(jì)師孫澤昌介紹說(shuō)，BIM技術(shù)首次在福建的鐵路建設(shè)中得到全線全專(zhuān)業(yè)的應(yīng)用，包括線路、橋梁、隧道、路基、地質(zhì)、站場(chǎng)、軌道、接觸網(wǎng)、供變電、環(huán)保、通信、信號(hào)等20個(gè)專(zhuān)業(yè)工程中。

他表示：“BIM技術(shù)相當(dāng)于在數(shù)字世界里對(duì)福廈高鐵進(jìn)行了‘孿生’，把圖紙上的鐵路給‘立起來(lái)’，更加直觀，更好地表達(dá)設(shè)計(jì)意圖。該技術(shù)不僅可以從設(shè)計(jì)源頭上解決原來(lái)圖紙上看不到的‘死角’，同時(shí)它還能向下游延伸，協(xié)同智慧建造和智慧運(yùn)維?！?/p>

孫澤昌帶領(lǐng)設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)利用自主研發(fā)的三維選線設(shè)計(jì)軟件，構(gòu)建了全線超過(guò)3500平方公里的數(shù)字地面模型、13類(lèi)共計(jì)489個(gè)標(biāo)準(zhǔn)構(gòu)建模型，實(shí)現(xiàn)了全線303公里橋梁、路基、隧道、站場(chǎng)、接觸網(wǎng)與軌道、立交道路的模型構(gòu)建，提供了77處立交道路與7處站場(chǎng)概念模型的構(gòu)建。

在以BIM為開(kāi)發(fā)平臺(tái)的智慧工地系統(tǒng)上，高鐵關(guān)鍵的“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)了對(duì)鐵路四電工程全生命周期的可視化、數(shù)字化、全過(guò)程管理，減少碰撞與返工，提高建造質(zhì)量，保證施工安全。

因地制宜施行“一橋一策”

結(jié)構(gòu)迥異、外形多樣、技術(shù)各具千秋的橋梁，是福廈高鐵最大的特色。

鐵四院橋梁院總工程師嚴(yán)愛(ài)國(guó)表示，福廈高鐵是我國(guó)高鐵中橋梁結(jié)構(gòu)最多樣復(fù)雜的：線路上橋梁林立，橫渡湄洲灣、泉州灣與安海灣，穿越烏龍江、九龍江等大江大河，上跨G324國(guó)道及沈海、福泉、廈蓉、泉州繞城等高速公路，飛躍既有福廈、鷹廈、廈深等鐵路。

與普通橋梁相比，跨海大橋設(shè)計(jì)難度更大。為此，福廈高鐵的設(shè)計(jì)建設(shè)方開(kāi)展了海上大跨度簡(jiǎn)支梁建造技術(shù)、獨(dú)塔混凝土斜拉橋裸塔轉(zhuǎn)體技術(shù)、耐海洋大氣環(huán)境腐蝕技術(shù)，以及BIM技術(shù)、橋梁健康監(jiān)測(cè)等專(zhuān)項(xiàng)研究。

以泉州灣跨海大橋?yàn)槔?，泉州灣位于沿海高風(fēng)速帶，風(fēng)速大，風(fēng)況復(fù)雜，全年6級(jí)及以上風(fēng)力天數(shù)達(dá)91天。如何解決風(fēng)的問(wèn)題，保證橋梁在大風(fēng)中穩(wěn)固，又能保持動(dòng)車(chē)高速運(yùn)行的連續(xù)性，鐵四院設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)采用了大量新結(jié)構(gòu)和新技術(shù)。

首先，在橋梁主塔造型上，設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)進(jìn)行了結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)創(chuàng)新。鐵四院福廈高鐵橋梁設(shè)計(jì)負(fù)責(zé)人楊恒介紹：“該主梁采用流線箱形結(jié)構(gòu)，并附加導(dǎo)流板、減振欄桿、拉索電渦流阻尼器等有效氣動(dòng)措施。這些結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)使橋體繞開(kāi)風(fēng)向，減少了復(fù)雜風(fēng)環(huán)境下的風(fēng)致振動(dòng)?！?/p>

其次，針對(duì)高鹽高濕的海洋腐蝕大氣環(huán)境，設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)解決了海洋環(huán)境對(duì)橋梁的銹蝕問(wèn)題。在泉州灣跨海大橋，遠(yuǎn)觀橋墩會(huì)發(fā)現(xiàn)下半部呈現(xiàn)一截白色。

“這是特殊的防腐蝕材料?！睏詈惚硎?，福廈高鐵的幾座跨海大橋索塔鋼錨梁和支座均采用了新材料，在國(guó)內(nèi)首次采用耐海洋大氣腐蝕鋼，以及免涂裝(不涂油漆)、不設(shè)除濕系統(tǒng)，成為全球首座采用免涂裝耐候鋼的大型跨海工程。

福廈高鐵經(jīng)過(guò)的湄洲灣海域，全年6級(jí)以上大風(fēng)長(zhǎng)達(dá)150天，一年之中有效施工天數(shù)不足200天。而串聯(lián)起湄洲灣海域的298榀高鐵箱梁長(zhǎng)40米，重達(dá)1000噸，在常年大風(fēng)的茫茫大海上，既要有足夠的力氣將這些梁段穩(wěn)穩(wěn)提起，運(yùn)送到放置點(diǎn)，再穩(wěn)穩(wěn)吊裝在橋墩上，又要保證全程平穩(wěn)行駛，精準(zhǔn)控向，對(duì)施工來(lái)說(shuō)是一個(gè)不小的挑戰(zhàn)。

負(fù)責(zé)此次架設(shè)任務(wù)的千噸級(jí)運(yùn)架一體機(jī)“昆侖號(hào)”，由中鐵十一局漢江重工聯(lián)合鐵五院歷時(shí)4年打造。整機(jī)重967噸，由1.5萬(wàn)多件不同大小的零部件構(gòu)成，能夠在7級(jí)大風(fēng)下安全作業(yè)，集提梁、運(yùn)梁、架梁功能于一體，是中國(guó)智能化程度最高、可應(yīng)用范圍最廣的高鐵橋梁施工裝備。一經(jīng)投用，備受關(guān)注，僅用時(shí)218天就完成了湄洲灣全部箱梁的架設(shè)。

在6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。他們采用泥沙分離器、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(guò)程中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，也填補(bǔ)了我國(guó)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。

打造“一小時(shí)綠色交通圈”

事實(shí)上，福廈高鐵不僅在橋隧建造、技術(shù)創(chuàng)新等方面取得了矚目的成績(jī)，其沿線站房也在綠色低碳的探索上交出了令人滿意的答卷。

為了踐行綠色建造理念，打造智慧節(jié)能型站房，新建的廈門(mén)北站換乘中心屋面，安裝了目前全國(guó)高鐵站房面積最大的天氣感應(yīng)式智能天窗。

中鐵建設(shè)廈門(mén)北站項(xiàng)目總工程師潘峰潭介紹說(shuō)，通過(guò)分布在四周的風(fēng)雨感應(yīng)器，天窗可根據(jù)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)的光照、降雨、風(fēng)力等環(huán)境數(shù)據(jù)，無(wú)需人工干預(yù)，便可人性化自動(dòng)開(kāi)合玻璃及窗簾，充分改善室內(nèi)環(huán)境質(zhì)量。據(jù)測(cè)算，智能天窗每年將減少40天通風(fēng)系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn)，相當(dāng)于減少14.13噸二氧化碳排放。

通常情況下，換乘中心地下負(fù)10米集散空間，環(huán)境封閉黑暗無(wú)自然光。為把自然光照引到此處，獲得不輸于地上空間的舒適感，新建廈門(mén)北站在國(guó)內(nèi)首次全面運(yùn)用智能光纖系統(tǒng)。該系統(tǒng)通過(guò)在屋面安裝的82套采光機(jī)，精準(zhǔn)追蹤太陽(yáng)方位采集陽(yáng)光，利用大通量特種光纖輸送至地下空間，替代燈具照明。

“光纖照明覆蓋面積達(dá)7000平方米，相當(dāng)于為地下部分安裝了一扇巨大天窗?！迸朔逄督榻B，系統(tǒng)一次能源利用效率高達(dá)80%，全年節(jié)約用電約72萬(wàn)度，相當(dāng)于減少565噸二氧化碳排放。

“在福建省已有福廈鐵路動(dòng)車(chē)組的基礎(chǔ)上，重新建一條福廈高速鐵路，在設(shè)計(jì)者看來(lái)，是必要且必然的結(jié)果?！豹?dú)立分析師徐宏對(duì)記者說(shuō)，福建的既有鐵路更靠近西側(cè)，而新建的福廈高鐵更傾向于靠近沿海經(jīng)濟(jì)發(fā)展更集中的地方，從而實(shí)現(xiàn)從不同角度覆蓋旅客客流。

更重要的是，福廈高鐵的價(jià)值并非局限在福建省內(nèi)，其對(duì)于全國(guó)的交通運(yùn)輸都有很好的促進(jìn)作用——它是中國(guó)“八縱八橫”高速鐵路網(wǎng)中沿海大通道的重要組成部分。

目前，杭深鐵路沿途要經(jīng)過(guò)杭州、寧波、溫州、福州、廈門(mén)、汕頭，最終到達(dá)深圳。福廈高鐵的修建，有利于貫通南北，繼續(xù)打通東部沿海高鐵，進(jìn)而跟現(xiàn)有的京廣高鐵和京港高鐵并列，形成中國(guó)又一條縱向高鐵大動(dòng)脈。

交通網(wǎng)絡(luò)的完善，使福廈高鐵將長(zhǎng)三角、海峽兩岸和珠三角三大沿海經(jīng)濟(jì)區(qū)緊密連接在一起?？梢韵胍?jiàn)，未來(lái)，福廈高鐵將有效改善沿線地區(qū)交通和投資環(huán)境，為沿線周邊經(jīng)濟(jì)發(fā)展注入強(qiáng)大的生機(jī)和活力。

中青報(bào)·中青網(wǎng)記者 張真齊 來(lái)源：中國(guó)青年報(bào)