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為保證橋梁在大風(fēng)中穩(wěn)固，保持動(dòng)車(chē)高速運(yùn)行的連續(xù)性，鐵四院技術(shù)團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)福廈高鐵跨海大橋時(shí)，采用了大量新結(jié)構(gòu)和新技術(shù)。

技術(shù)團(tuán)隊(duì)對(duì)橋梁主塔造型進(jìn)行了創(chuàng)新設(shè)計(jì)。“以安海灣大橋?yàn)槔?，主梁采用流線箱形結(jié)構(gòu)并附加導(dǎo)流板、減震欄桿、拉索電渦流阻尼器等氣動(dòng)措施，減小了復(fù)雜風(fēng)環(huán)境下的風(fēng)致振動(dòng)，避免了異常渦振的發(fā)生。”鐵四院福廈高鐵橋梁設(shè)計(jì)負(fù)責(zé)人楊恒說(shuō)。

這些設(shè)計(jì)，讓列車(chē)可以在不設(shè)風(fēng)屏障等防風(fēng)措施的情況下，在8級(jí)大風(fēng)中以時(shí)速350公里通過(guò)跨海大橋，在11級(jí)暴風(fēng)下也不會(huì)封閉交通。

主跨300米跨海橋，首創(chuàng)無(wú)砟軌道現(xiàn)澆

在主跨超300米的安海灣跨海大橋上鋪設(shè)無(wú)砟軌道，國(guó)內(nèi)外沒(méi)有先例。

無(wú)砟軌道主要為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，相比有砟軌道列車(chē)運(yùn)行時(shí)速更高。目前國(guó)內(nèi)無(wú)砟軌道主要分兩種。一是在工廠預(yù)制好軌道板運(yùn)送至現(xiàn)場(chǎng)施工，即預(yù)制板式無(wú)砟軌道;二是在現(xiàn)場(chǎng)組裝好軌排再進(jìn)行道床板澆筑施工，即現(xiàn)澆雙塊式無(wú)砟軌道。

“此前我國(guó)建設(shè)的大跨度的跨江橋梁，采用過(guò)預(yù)制板式無(wú)砟軌道。而在大跨度跨海橋梁上，采用現(xiàn)澆雙塊式無(wú)砟軌道并通行高鐵，這對(duì)軌道結(jié)構(gòu)變形協(xié)調(diào)能力、線形控制等要求極高，提出了全新的高難度技術(shù)挑戰(zhàn)。”鐵四院線站院軌道工程實(shí)驗(yàn)室技術(shù)研發(fā)部部長(zhǎng)朱彬說(shuō)。

由于福廈高鐵全線采用現(xiàn)澆雙塊式無(wú)砟軌道，為統(tǒng)一施工工藝、降低成本，針對(duì)大跨跨海橋梁采用現(xiàn)澆雙塊式無(wú)砟軌道結(jié)構(gòu)，需要進(jìn)行創(chuàng)新研究。

“要承載動(dòng)車(chē)以時(shí)速350公里通過(guò)大跨度橋梁，無(wú)砟軌道需要承受列車(chē)活載、溫度荷載及橋梁變形等多因素耦合作用。”鐵四院軌道設(shè)計(jì)負(fù)責(zé)人葛海娟說(shuō)。

由于復(fù)雜的受力和變形協(xié)調(diào)要求，需要設(shè)計(jì)出相適應(yīng)的無(wú)砟軌道結(jié)構(gòu)。

設(shè)計(jì)人員表示，相比陸地或跨江河橋梁，如何解決大跨度跨海大橋因風(fēng)力、腐蝕等復(fù)雜環(huán)境條件產(chǎn)生的軌道與橋梁變形協(xié)調(diào)問(wèn)題，是無(wú)砟軌道設(shè)計(jì)的難點(diǎn)。

要解決這個(gè)關(guān)鍵技術(shù)，就需要改變此前在陸地或一般跨度橋上采用的無(wú)砟軌道結(jié)構(gòu)。通過(guò)無(wú)數(shù)次方案研究，理論分析，計(jì)算機(jī)模擬及模型實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，設(shè)計(jì)人員找到了一種方案，即在鋼筋混凝土底座與鋼筋混凝土道床之間，設(shè)置隔離緩沖墊層，替代傳統(tǒng)設(shè)計(jì)采用土工布(一種纖維只物)的方案。課題組同時(shí)研究形成了大跨度橋上無(wú)砟軌道線型控制技術(shù)和軌道平順性驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)。

“設(shè)置隔離緩沖墊層，不僅起到鋼筋混凝土底座與鋼筋混凝土道床之間的隔離作用，還實(shí)現(xiàn)了變形協(xié)調(diào)功能，也便于運(yùn)營(yíng)期道床損壞時(shí)整治維修。”朱彬說(shuō)。

“創(chuàng)新研發(fā)的現(xiàn)澆雙塊式無(wú)砟軌道，解決了大跨橋上鋪設(shè)無(wú)砟軌道的難題，首次實(shí)現(xiàn)了在時(shí)速350公里高鐵，跨度300米級(jí)的大跨度跨海橋上鋪設(shè)現(xiàn)澆雙塊式無(wú)砟軌道。”鐵四院副總工程師李秋義說(shuō)。

“福廈高鐵跨海過(guò)江，正線全長(zhǎng)277.42公里，設(shè)計(jì)時(shí)速350公里，上跨多條高等級(jí)公路和既有鐵路，正線新建橋梁170座，長(zhǎng)度共計(jì)181公里，占比65.3%。”鐵四院橋梁院福廈高鐵主管工程師王德志說(shuō)，全線復(fù)雜橋梁“一橋一策”，設(shè)計(jì)人員畫(huà)了四萬(wàn)張圖紙，涵蓋了多項(xiàng)先進(jìn)技藝和工法。(科技日?qǐng)?bào)記者 矯陽(yáng))