從陸地到海上，中國高鐵闖新關(guān)

高佳寧　鄧雨潔

近期中國首條跨海高鐵——福廈高鐵全線鋪軌貫通。這是中國首條真正意義上海洋服役環(huán)境的高速鐵路工程，也是全球行車速度最快的沿海/跨海鐵路。

福廈高鐵線路正線全長277.4公里，設(shè)計(jì)時(shí)速350公里，北起福州市，途中設(shè)福州南、福清西、莆田、泉港、泉州東、泉州南、廈門北、漳州八座車站;北端銜接合福高鐵、溫福鐵路，南端銜接廈深鐵路、龍廈鐵路。線路建成通車后，福州、廈門兩地將實(shí)現(xiàn)“一小時(shí)生活圈”，廈門、泉州、漳州閩南“金三角”將形成半小時(shí)交通圈。

目前，世界前三大跨海鐵路大橋?yàn)槿毡緸|戶大橋（設(shè)計(jì)速度160公里/小時(shí)）、丹麥厄勒海峽大橋（設(shè)計(jì)速度140公里/小時(shí)）、福平鐵路平潭海峽公鐵大橋（2020年建成通車，設(shè)計(jì)速度200公里/小時(shí)），均為普速或快速鐵路（按中國標(biāo)準(zhǔn)）。

其他國家的高鐵建設(shè)還在陸上，中國已經(jīng)將賽道搬到海上。

與普通橋梁相比，跨海大橋面臨更多、更大的考驗(yàn)，既要抵擋住海上大風(fēng)，又要耐海風(fēng)海水腐蝕，一項(xiàng)比一項(xiàng)艱難，哪一項(xiàng)都是世界難題。福廈高鐵在世界高鐵和橋梁建設(shè)領(lǐng)域有如何不一般的成就？這條高鐵究竟是如何建成的？如何克服技術(shù)難點(diǎn)？建成后，對(duì)中國區(qū)域經(jīng)濟(jì)發(fā)展有什么意義？以下是《財(cái)經(jīng)》記者尋找到的答案。

穩(wěn)和快怎么平衡

福廈高鐵是福建省首條貫穿東西且設(shè)計(jì)時(shí)速為350公里的高鐵線。由于海上水文環(huán)境復(fù)雜，風(fēng)險(xiǎn)高，福廈鐵路全線鋪軌有三處難度極大的施工工點(diǎn)，分別為湄洲灣、泉州灣、安海灣三座跨海大橋。

福廈高鐵由中鐵第四勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司（下稱“鐵四院”）研究設(shè)計(jì)。鐵四院副總工程師嚴(yán)愛國是福廈高鐵泉州灣大橋段主要設(shè)計(jì)工程師，他告訴《財(cái)經(jīng)》記者，工程團(tuán)隊(duì)在這里首要面對(duì)的困難是強(qiáng)風(fēng)環(huán)境：工程位于沿海高風(fēng)速帶，熱帶氣旋（臺(tái)風(fēng)）是影響大橋的主要災(zāi)害性天氣，這里風(fēng)速大且風(fēng)況復(fù)雜，全年6 級(jí)及以上風(fēng)力的日數(shù)平均為91天，全年8級(jí)及以上風(fēng)力的日數(shù)平均47.7天。

6級(jí)風(fēng)是什么概念？大概是海面上大浪形成，白沫范圍增大，漸起浪花;陸地上大樹枝搖動(dòng)，電線呼呼有聲，舉傘困難，屬于強(qiáng)風(fēng)范疇。即使這樣，6級(jí)風(fēng)速也僅為10.8-13.8m/s（米/秒），而跨海大橋橋位所處的基本風(fēng)速為34.0m/s，是6級(jí)風(fēng)的2.5倍-3倍，其強(qiáng)勁程度可見一斑。

為了抵抗海上強(qiáng)風(fēng)，嚴(yán)愛國及其團(tuán)隊(duì)在泉州灣、安海灣大跨度跨海斜拉橋中，首次采用了新型流線形鋼混組合梁結(jié)構(gòu)，這是國內(nèi)外鐵路斜拉橋首次全聯(lián)長采用鋼-混結(jié)合梁。其主梁采用流線箱形結(jié)構(gòu)并附加一些有效氣動(dòng)措施，減少了復(fù)雜風(fēng)環(huán)境下的風(fēng)致振動(dòng)（如最近多座橋梁出現(xiàn)的異常渦振現(xiàn)象），滿足了跨海大橋通行高速鐵路列車的技術(shù)要求。

根據(jù)西南交通大學(xué)風(fēng)洞試驗(yàn)及風(fēng)-車-線-橋耦合振動(dòng)分析等研究成果，泉州灣跨海大橋可抵抗12級(jí)臺(tái)風(fēng)，11級(jí)暴風(fēng)下不封閉交通，8級(jí)大風(fēng)下高速列車不限速——也就是說，即使高速列車在海上按350公里時(shí)速飛馳，也可以保證超高的舒適性和平穩(wěn)性，甚至可以滿足硬幣在全速行駛的高鐵上不倒的硬指標(biāo)。

與此同時(shí)，工程團(tuán)隊(duì)還將橋上軌道線形施工誤差精準(zhǔn)控制在5毫米以內(nèi)——軌道毫米級(jí)的鋪設(shè)精度不僅讓列車行駛更加安全，還能進(jìn)一步確保軌道平順性。

實(shí)現(xiàn)了“穩(wěn)”之后，還想要“快”。所以，為掃清列車在又長又大的跨海大橋上的“限速點(diǎn)”，泉州灣跨海大橋引橋采用雙塊式無砟軌道，而通航孔主橋在國內(nèi)外斜拉橋上首次采用了聚氨酯固化道床結(jié)構(gòu)“固定”道砟。

砟，在鐵路中指鐵軌周圍的小石塊。高鐵軌道分為“有砟”和“無砟”軌道兩種形式：有砟軌道鋼軌與枕木固定起來后架在碎石鋪設(shè)的路基上，通過道床“小碎石”支撐幫助鋼軌承重，同時(shí)這些“小碎石”還可以起到減震、減噪和增加透水性等功能。但是其保養(yǎng)成本高，而且易導(dǎo)致碎石飛濺。這種軌道一般多用于普通列車，因?yàn)槠胀熊囘\(yùn)行速度較低，但是高速列車的運(yùn)行速度最高可以達(dá)到350公里/小時(shí)，如果在有砟軌道上運(yùn)行，不但會(huì)造成碎石飛濺，還容易因軌道的隨時(shí)位移而導(dǎo)致惡性事故發(fā)生。

不過，在泉州灣跨海大橋上，有砟也可以跑出無砟的“驚艷”。泉州灣大橋的通航孔主橋在國內(nèi)外斜拉橋上首次采用了聚氨酯固化道床結(jié)構(gòu)“固定”道砟。當(dāng)高鐵在海灣強(qiáng)風(fēng)環(huán)境下以350公里時(shí)速通過大橋時(shí)，不僅有效避免碎石道砟飛濺，危及列車安全，也確保了列車90秒即可平穩(wěn)跨過海面。

與之不同的是，泉州灣跨海大橋的引橋采用雙塊式無砟軌道。無砟軌道，即不鋪砟石，用混凝土底座板及道床板取而代之。相比之下，無砟軌道的平整度更高、穩(wěn)定性更強(qiáng)，且通過無砟軌道時(shí)不需減速，堪稱“如履平地”。

以銹制銹，解大橋防腐問題

除了強(qiáng)風(fēng)，跨海高鐵還面臨著高濕、高鹽、強(qiáng)紫外線的強(qiáng)腐蝕海洋大氣環(huán)境。高鐵工程結(jié)構(gòu)的抗腐蝕標(biāo)準(zhǔn)是百年抗腐。“在沿海地區(qū)高鹽高濕的氣候條件下，依靠在鋼梁表面刷漆的傳統(tǒng)防腐方式，很難達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)。”中國鐵建鐵四院福廈高鐵泉州灣跨海大橋設(shè)計(jì)負(fù)責(zé)人曾甲華介紹。

針對(duì)此問題，嚴(yán)愛國及其團(tuán)隊(duì)創(chuàng)新采用了鋼梁超長耐久防腐涂裝體系。該體系用石墨烯納米材料改性鱗片型醇溶無機(jī)富鋅底漆和超耐候氟碳面漆，耐鹽霧性和耐人工加速老化性為現(xiàn)有技術(shù)的3倍以上，可實(shí)現(xiàn)鋼結(jié)構(gòu)在海洋腐蝕大氣環(huán)境下30年以上的超長壽命耐久目標(biāo)，高于港珠澳大橋25年的設(shè)計(jì)防腐壽命。

“這是目前國內(nèi)外設(shè)計(jì)防腐壽命最長的防腐涂裝體系，將實(shí)現(xiàn)我國鋼梁防腐涂裝體系30年超長防腐壽命的技術(shù)突破?！眹?yán)愛國告訴《財(cái)經(jīng)》記者。

鐵四院聯(lián)合鞍鋼集團(tuán)鋼鐵研究院等單位對(duì)耐海洋大氣腐蝕鎳系橋梁鋼及其應(yīng)用技術(shù)進(jìn)行研發(fā)，阻止氯離子滲透，鎳系橋梁鋼的表面在高腐蝕的海洋大氣環(huán)境下會(huì)自動(dòng)形成美觀且致密的銹層——“以銹制銹”的理念，不僅可實(shí)現(xiàn)長效防腐，還可以縮短制造工期。

最巧妙的是，大橋褐色的銹層還能與自然環(huán)境相協(xié)調(diào)，實(shí)現(xiàn)“免涂裝·綠色耐久·銹色之美”的綠色全壽命設(shè)計(jì)，盡顯自然生態(tài)銹色之美。

中國人對(duì)美的追求不止于此。為實(shí)現(xiàn)橋梁形態(tài)與海灣環(huán)境的協(xié)調(diào)，達(dá)到橋梁“結(jié)構(gòu)美、造型美、和諧美、變化美”的目標(biāo)，工程團(tuán)隊(duì)聯(lián)合美術(shù)院校開展景觀專題設(shè)計(jì)，采用貝殼形曲線橋塔，兼顧結(jié)構(gòu)合理和建筑美學(xué)。

隨著福州至廈門北鋪軌貫通，福廈鐵路已進(jìn)入沖刺階段，目前站前工程進(jìn)入收尾期，下一步側(cè)重點(diǎn)轉(zhuǎn)到四電及站房施工。根據(jù)總體施組安排，預(yù)計(jì)于2023年初進(jìn)行聯(lián)調(diào)聯(lián)試，在2023年建成通車。

賦能粵閩浙

中國高鐵穿越平原、丘陵、山地、高原，如今已經(jīng)要修到海上去了。

“福廈高鐵展現(xiàn)了我國‘基建狂魔的正面形象?！比A東師范大學(xué)城市發(fā)展研究院院長、終身教授曾剛說道，海水會(huì)對(duì)建筑起到侵蝕作用，當(dāng)我國研發(fā)出海上高鐵的技術(shù)后，可以在全球范圍內(nèi)出售我們的技術(shù)。福廈高鐵工程的建設(shè)是在向世界證明我們的高鐵建設(shè)實(shí)力。

粵閩浙沿海城市群，過去被稱為海峽西岸城市群，位于長三角城市群和粵港澳大灣區(qū)之間，包括粵東、福建和浙南等地區(qū)。它是中國最早實(shí)現(xiàn)改革開放的地區(qū)之一，但一體化發(fā)展水平比長三角、珠三角地區(qū)相對(duì)滯后，是一個(gè)二級(jí)城市群。福廈高鐵就在粵閩浙沿海城市群中的福建省內(nèi)。

作為沿海高速鐵路線的一段，福廈高鐵不僅對(duì)中國高速鐵路網(wǎng)的完善起到重要作用，更能將粵閩浙城市群和另外兩個(gè)城市群連接起來，利于其經(jīng)濟(jì)發(fā)展。

北京交通大學(xué)教授賈順平認(rèn)為，福廈高鐵將福建具有發(fā)展?jié)摿Φ摹半p城”——福州和廈門連接起來，實(shí)現(xiàn)“一小時(shí)生活圈”，同時(shí)加強(qiáng)沿線重要城市的溝通，如泉州、莆田、漳州等。

單有高鐵，不能稱之為真正意義上的“通”，更要建立綜合交通網(wǎng)絡(luò)。鐵路分為四個(gè)層次，分別是高鐵、城際鐵路、市郊鐵路和地鐵。“從功能上講，它們都是為了人們出行便利，因此更應(yīng)當(dāng)注重綜合交通網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)建，使它們各司其職?！辟Z順平向《財(cái)經(jīng)》記者說道。

值得一提的是，正如其他沿海城市一樣，港口運(yùn)營是福建省經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要一環(huán)，福州港和廈門港在2021年的貨物吞吐量分別為2.74億噸和2.28億噸，是我國不可或缺的港口力量。

有了港口，還需要內(nèi)陸的港口腹地作為支撐，高鐵是聯(lián)系二者的重要交通工具。但由于福建地區(qū)的地形以丘陵為主，交通并不便利，因此修建高鐵對(duì)港口經(jīng)濟(jì)有著重要意義。

在跨海大橋方面，毋庸置疑，兩點(diǎn)間直線最短。不過也有人質(zhì)疑，從地圖上看，沿著泉州灣在陸上修建高鐵，繞路的距離也并不算遠(yuǎn)，為什么選擇技術(shù)難度更大、成本投入更高的跨海方案？

曾剛認(rèn)為，福廈高鐵跨海大橋不僅考慮成本和技術(shù)，還有更長遠(yuǎn)的規(guī)劃，它起到“以賽代練”的試點(diǎn)作用。

中國海域面積廣闊，海岸線漫長曲折，沿海分布著大大小小的海灣。與泉州灣相比，許多海灣兩側(cè)的間隔距離更長，跨海大橋的修建難度更大?！叭绻谌轂衬芄タ思夹g(shù)難題，未來在我國會(huì)有更多地方能有所運(yùn)用?！痹鴦傉f道。