攻克多项技术难题 中国首条跨海高铁开通

发布时间:2024-12-05 15:15:13 来源: sp20241205

  坐在飞速行驶的高铁列车中,眺望车外,蔚蓝的海面卷起层层浪花,往来船只穿梭,偶尔还有海鸥飞过……这幅惬意舒适的海景图,正是福厦高铁带给人们惬意出行的新体验。

  9月28日,经过6年建设,由中铁第四勘察设计院(以下简称“铁四院”)设计,中铁十一局、中铁建大桥局、中铁十六局、中铁十七局、中铁建设、中铁建电气化局等单位参与建设的全国首条设计时速350公里的跨海高铁——福厦高铁正式开通运营,从此“坐着高铁看大海”走进现实。

  这条全长277.42公里的跨海高铁,是中国“八纵八横”高速铁路网上至关重要的一块拼图,沿线设福州南、福清西、莆田、泉港、泉州东、泉州南、厦门北、漳州8座客运车站,正线桥梁84座、隧道29座,桥隧比高达85.1%。项目开启了中国沿海智能高铁建设的新篇章,通过智能建造、智能装备、智能运营技术创新的不断深化,完善沿海智能高铁建设体系。

  凿路架桥智绘“山海”新蓝图

  福建依山向海,水网交错,山水阻隔……这样复杂的地貌特征,是福厦高铁设计师们绕不开的难题。在这种情况下,想要让图纸上的线条图案,顺利转化为现实中的钢筋水泥,铁四院设计团队需要考虑很多领域和细节。

  设计负责人罗俊文介绍说,福厦高铁经过福建省东南沿海地区,经济发达,人口密集,自然生态环境良好。沿线分布有自然保护区、风景名胜区、森林公园、饮用水源保护区,还涉及居民住宅、学校、医院等。

  “在福厦高铁设计过程中,我们对生态环境保护的考量贯穿了全过程。”罗俊文表示,在选线过程中,设计团队全面调查了沿线植被、浮游植物类型,两栖动物、爬行类、鸟类、兽类、浮游动物等,通过绕避森林公园、饮用水源保护区等措施,实现生态环保效益的最大化,力争将福厦高铁打造成一条“生态景观画廊”。

  作为跨海铁路,福厦高铁全线濒临海湾,桥隧众多,其中还包含4座高风险隧道,存在涌水涌泥、断层破碎带、采空区等不良地质,再加上特殊桥跨多、结构复杂等,建设施工难度很大。与此同时,福厦高铁全线有百余处与高速公路、既有铁路交叉或邻近,安全管控难度同样不小。

  为了确保环保、安全、高效地完成中国首条跨海高铁建设,东南沿海铁路福建有限责任公司在项目上场之初便设置了先行标,围绕后期建设将面临的穿山、跨海等难题,进行全线“四新技术”、科技创新的先行先试任务。

  中铁十七局先行标项目经理钟益雄说:“为提高全线隧道的施工质量和精度,我们在全国首创装配式格栅隧道增加二衬钢筋定位装置,有效解决隧道二衬钢筋定位及保护层控制的问题,并率先引进应用三维激光扫描仪检测系统,能够将初支(衬砌)厚度误差精度控制在3毫米以内。”

  为最大程度减少桥梁施工对环境的影响,中铁十七局在全线率先应用泥沙分离器,实现工程废弃泥浆处理零排放和废料渣滓资源循环再利用,为建设绿色高铁奠定了基础。

  同时,在福厦高铁建设过程中,数字施工与智慧建造技术在全生命建设周期中发挥着关键作用。设计团队采用云计算、物联网、大数据、人工智能、移动互联网、BIM、GIS、北斗等先进技术,树起了高铁智能建设的新标杆。

  铁四院福厦高铁BIM总设计师孙泽昌介绍说,BIM技术首次在福建的铁路建设中得到全线全专业的应用,包括线路、桥梁、隧道、路基、地质、站场、轨道、接触网、供变电、环保、通信、信号等20个专业工程中。

  他表示:“BIM技术相当于在数字世界里对福厦高铁进行了‘孪生’,把图纸上的铁路给‘立起来’,更加直观,更好地表达设计意图。该技术不仅可以从设计源头上解决原来图纸上看不到的‘死角’,同时它还能向下游延伸,协同智慧建造和智慧运维。”

  孙泽昌带领设计团队利用自主研发的三维选线设计软件,构建了全线超过3500平方公里的数字地面模型、13类共计489个标准构建模型,实现了全线303公里桥梁、路基、隧道、站场、接触网与轨道、立交道路的模型构建,提供了77处立交道路与7处站场概念模型的构建。

  在以BIM为开发平台的智慧工地系统上,高铁关键的“四电”智能装备不再是“单机版”,而是进入联网模式。智慧安全体验区、接触网智能预配区、智能建造基地等一系列成果,实现了对铁路四电工程全生命周期的可视化、数字化、全过程管理,减少碰撞与返工,提高建造质量,保证施工安全。

  因地制宜施行“一桥一策”

  结构迥异、外形多样、技术各具千秋的桥梁,是福厦高铁最大的特色。

  铁四院桥梁院总工程师严爱国表示,福厦高铁是我国高铁中桥梁结构最多样复杂的:线路上桥梁林立,横渡湄洲湾、泉州湾与安海湾,穿越乌龙江、九龙江等大江大河,上跨G324国道及沈海、福泉、厦蓉、泉州绕城等高速公路,飞跃既有福厦、鹰厦、厦深等铁路。

  与普通桥梁相比,跨海大桥设计难度更大。为此,福厦高铁的设计建设方开展了海上大跨度简支梁建造技术、独塔混凝土斜拉桥裸塔转体技术、耐海洋大气环境腐蚀技术,以及BIM技术、桥梁健康监测等专项研究。

  以泉州湾跨海大桥为例,泉州湾位于沿海高风速带,风速大,风况复杂,全年6级及以上风力天数达91天。如何解决风的问题,保证桥梁在大风中稳固,又能保持动车高速运行的连续性,铁四院设计团队采用了大量新结构和新技术。

  首先,在桥梁主塔造型上,设计团队进行了结构设计创新。铁四院福厦高铁桥梁设计负责人杨恒介绍:“该主梁采用流线箱形结构,并附加导流板、减振栏杆、拉索电涡流阻尼器等有效气动措施。这些结构设计使桥体绕开风向,减少了复杂风环境下的风致振动。”

  其次,针对高盐高湿的海洋腐蚀大气环境,设计团队解决了海洋环境对桥梁的锈蚀问题。在泉州湾跨海大桥,远观桥墩会发现下半部呈现一截白色。

  “这是特殊的防腐蚀材料。”杨恒表示,福厦高铁的几座跨海大桥索塔钢锚梁和支座均采用了新材料,在国内首次采用耐海洋大气腐蚀钢,以及免涂装(不涂油漆)、不设除湿系统,成为全球首座采用免涂装耐候钢的大型跨海工程。

  福厦高铁经过的湄洲湾海域,全年6级以上大风长达150天,一年之中有效施工天数不足200天。而串联起湄洲湾海域的298榀高铁箱梁长40米,重达1000吨,在常年大风的茫茫大海上,既要有足够的力气将这些梁段稳稳提起,运送到放置点,再稳稳吊装在桥墩上,又要保证全程平稳行驶,精准控向,对施工来说是一个不小的挑战。

  负责此次架设任务的千吨级运架一体机“昆仑号”,由中铁十一局汉江重工联合铁五院历时4年打造。整机重967吨,由1.5万多件不同大小的零部件构成,能够在7级大风下安全作业,集提梁、运梁、架梁功能于一体,是中国智能化程度最高、可应用范围最广的高铁桥梁施工装备。一经投用,备受关注,仅用时218天就完成了湄洲湾全部箱梁的架设。

  在6年多的建设时间里,福厦高铁建设者们坚持“一桥一策”,成功破解海风海水腐蚀、季节性台风影响、高速铁路桥梁变形等一系列难题。他们采用泥沙分离器、混凝土超灌提醒仪、超声波检孔仪、智能温控系统等10余种最新施工技术、工艺,不仅打通了施工过程中的关键环节,也填补了我国高铁建设领域的多项空白,实现了高铁建设技术的新突破。

  打造“一小时绿色交通圈”

  事实上,福厦高铁不仅在桥隧建造、技术创新等方面取得了瞩目的成绩,其沿线站房也在绿色低碳的探索上交出了令人满意的答卷。

  为了践行绿色建造理念,打造智慧节能型站房,新建的厦门北站换乘中心屋面,安装了目前全国高铁站房面积最大的天气感应式智能天窗。

  中铁建设厦门北站项目总工程师潘峰潭介绍说,通过分布在四周的风雨感应器,天窗可根据实时监测的光照、降雨、风力等环境数据,无需人工干预,便可人性化自动开合玻璃及窗帘,充分改善室内环境质量。据测算,智能天窗每年将减少40天通风系统运转,相当于减少14.13吨二氧化碳排放。

  通常情况下,换乘中心地下负10米集散空间,环境封闭黑暗无自然光。为把自然光照引到此处,获得不输于地上空间的舒适感,新建厦门北站在国内首次全面运用智能光纤系统。该系统通过在屋面安装的82套采光机,精准追踪太阳方位采集阳光,利用大通量特种光纤输送至地下空间,替代灯具照明。

  “光纤照明覆盖面积达7000平方米,相当于为地下部分安装了一扇巨大天窗。”潘峰潭介绍,系统一次能源利用效率高达80%,全年节约用电约72万度,相当于减少565吨二氧化碳排放。

  “在福建省已有福厦铁路动车组的基础上,重新建一条福厦高速铁路,在设计者看来,是必要且必然的结果。”独立分析师徐宏对记者说,福建的既有铁路更靠近西侧,而新建的福厦高铁更倾向于靠近沿海经济发展更集中的地方,从而实现从不同角度覆盖旅客客流。

  更重要的是,福厦高铁的价值并非局限在福建省内,其对于全国的交通运输都有很好的促进作用——它是中国“八纵八横”高速铁路网中沿海大通道的重要组成部分。

  目前,杭深铁路沿途要经过杭州、宁波、温州、福州、厦门、汕头,最终到达深圳。福厦高铁的修建,有利于贯通南北,继续打通东部沿海高铁,进而跟现有的京广高铁和京港高铁并列,形成中国又一条纵向高铁大动脉。

  交通网络的完善,使福厦高铁将长三角、海峡两岸和珠三角三大沿海经济区紧密连接在一起。可以想见,未来,福厦高铁将有效改善沿线地区交通和投资环境,为沿线周边经济发展注入强大的生机和活力。

  中青报·中青网记者 张真齐 来源:中国青年报 【编辑:宋宇晟】