攻克多項技術難題 中國首條跨海高鐵開通
坐在飛速行駛的高鐵列車中,眺望車外,蔚藍的海麵卷起層層浪花,往來船隻穿梭,偶爾還有海鷗飛過……這幅愜意舒適的海景圖,正是福廈高鐵帶給人們(men) 愜意出行的新體(ti) 驗。
9月28日,經過6年建設,由中鐵第四勘察設計院(以下簡稱“鐵四院”)設計,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、中鐵建電氣化局等單位參與(yu) 建設的全國首條設計時速350公裏的跨海高鐵——福廈高鐵正式開通運營,從(cong) 此“坐著高鐵看大海”走進現實。
這條全長277.42公裏的跨海高鐵,是中國“八縱八橫”高速鐵路網上至關(guan) 重要的一塊拚圖,沿線設福州南、福清西、莆田、泉港、泉州東(dong) 、泉州南、廈門北、漳州8座客運車站,正線橋梁84座、隧道29座,橋隧比高達85.1%。項目開啟了中國沿海智能高鐵建設的新篇章,通過智能建造、智能裝備、智能運營技術創新的不斷深化,完善沿海智能高鐵建設體(ti) 係。
鑿路架橋智繪“山海”新藍圖
福建依山向海,水網交錯,山水阻隔……這樣複雜的地貌特征,是福廈高鐵設計師們(men) 繞不開的難題。在這種情況下,想要讓圖紙上的線條圖案,順利轉化為(wei) 現實中的鋼筋水泥,鐵四院設計團隊需要考慮很多領域和細節。
設計負責人羅俊文介紹說,福廈高鐵經過福建省東(dong) 南沿海地區,經濟發達,人口密集,自然生態環境良好。沿線分布有自然保護區、風景名勝區、森林公園、飲用水源保護區,還涉及居民住宅、學校、醫院等。
“在福廈高鐵設計過程中,我們(men) 對生態環境保護的考量貫穿了全過程。”羅俊文表示,在選線過程中,設計團隊全麵調查了沿線植被、浮遊植物類型,兩(liang) 棲動物、爬行類、鳥類、獸(shou) 類、浮遊動物等,通過繞避森林公園、飲用水源保護區等措施,實現生態環保效益的最大化,力爭(zheng) 將福廈高鐵打造成一條“生態景觀畫廊”。
作為(wei) 跨海鐵路,福廈高鐵全線瀕臨(lin) 海灣,橋隧眾(zhong) 多,其中還包含4座高風險隧道,存在湧水湧泥、斷層破碎帶、采空區等不良地質,再加上特殊橋跨多、結構複雜等,建設施工難度很大。與(yu) 此同時,福廈高鐵全線有百餘(yu) 處與(yu) 高速公路、既有鐵路交叉或鄰近,安全管控難度同樣不小。
為(wei) 了確保環保、安全、高效地完成中國首條跨海高鐵建設,東(dong) 南沿海鐵路福建有限責任公司在項目上場之初便設置了先行標,圍繞後期建設將麵臨(lin) 的穿山、跨海等難題,進行全線“四新技術”、科技創新的先行先試任務。
中鐵十七局先行標項目經理鍾益雄說:“為(wei) 提高全線隧道的施工質量和精度,我們(men) 在全國首創裝配式格柵隧道增加二襯鋼筋定位裝置,有效解決(jue) 隧道二襯鋼筋定位及保護層控製的問題,並率先引進應用三維激光掃描儀(yi) 檢測係統,能夠將初支(襯砌)厚度誤差精度控製在3毫米以內(nei) 。”
為(wei) 最大程度減少橋梁施工對環境的影響,中鐵十七局在全線率先應用泥沙分離器,實現工程廢棄泥漿處理零排放和廢料渣滓資源循環再利用,為(wei) 建設綠色高鐵奠定了基礎。
同時,在福廈高鐵建設過程中,數字施工與(yu) 智慧建造技術在全生命建設周期中發揮著關(guan) 鍵作用。設計團隊采用雲(yun) 計算、物聯網、大數據、人工智能、移動互聯網、BIM、GIS、北鬥等先進技術,樹起了高鐵智能建設的新標杆。
鐵四院福廈高鐵BIM總設計師孫澤昌介紹說,BIM技術首次在福建的鐵路建設中得到全線全專(zhuan) 業(ye) 的應用,包括線路、橋梁、隧道、路基、地質、站場、軌道、接觸網、供變電、環保、通信、信號等20個(ge) 專(zhuan) 業(ye) 工程中。
他表示:“BIM技術相當於(yu) 在數字世界裏對福廈高鐵進行了‘孿生’,把圖紙上的鐵路給‘立起來’,更加直觀,更好地表達設計意圖。該技術不僅(jin) 可以從(cong) 設計源頭上解決(jue) 原來圖紙上看不到的‘死角’,同時它還能向下遊延伸,協同智慧建造和智慧運維。”
孫澤昌帶領設計團隊利用自主研發的三維選線設計軟件,構建了全線超過3500平方公裏的數字地麵模型、13類共計489個(ge) 標準構建模型,實現了全線303公裏橋梁、路基、隧道、站場、接觸網與(yu) 軌道、立交道路的模型構建,提供了77處立交道路與(yu) 7處站場概念模型的構建。
在以BIM為(wei) 開發平台的智慧工地係統上,高鐵關(guan) 鍵的“四電”智能裝備不再是“單機版”,而是進入聯網模式。智慧安全體(ti) 驗區、接觸網智能預配區、智能建造基地等一係列成果,實現了對鐵路四電工程全生命周期的可視化、數字化、全過程管理,減少碰撞與(yu) 返工,提高建造質量,保證施工安全。
因地製宜施行“一橋一策”
結構迥異、外形多樣、技術各具千秋的橋梁,是福廈高鐵最大的特色。
鐵四院橋梁院總工程師嚴(yan) 愛國表示,福廈高鐵是我國高鐵中橋梁結構最多樣複雜的:線路上橋梁林立,橫渡湄洲灣、泉州灣與(yu) 安海灣,穿越烏(wu) 龍江、九龍江等大江大河,上跨G324國道及沈海、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(yu) 普通橋梁相比,跨海大橋設計難度更大。為(wei) 此,福廈高鐵的設計建設方開展了海上大跨度簡支梁建造技術、獨塔混凝土斜拉橋裸塔轉體(ti) 技術、耐海洋大氣環境腐蝕技術,以及BIM技術、橋梁健康監測等專(zhuan) 項研究。
以泉州灣跨海大橋為(wei) 例,泉州灣位於(yu) 沿海高風速帶,風速大,風況複雜,全年6級及以上風力天數達91天。如何解決(jue) 風的問題,保證橋梁在大風中穩固,又能保持動車高速運行的連續性,鐵四院設計團隊采用了大量新結構和新技術。
首先,在橋梁主塔造型上,設計團隊進行了結構設計創新。鐵四院福廈高鐵橋梁設計負責人楊恒介紹:“該主梁采用流線箱形結構,並附加導流板、減振欄杆、拉索電渦流阻尼器等有效氣動措施。這些結構設計使橋體(ti) 繞開風向,減少了複雜風環境下的風致振動。”
其次,針對高鹽高濕的海洋腐蝕大氣環境,設計團隊解決(jue) 了海洋環境對橋梁的鏽蝕問題。在泉州灣跨海大橋,遠觀橋墩會(hui) 發現下半部呈現一截白色。
“這是特殊的防腐蝕材料。”楊恒表示,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,在國內(nei) 首次采用耐海洋大氣腐蝕鋼,以及免塗裝(不塗油漆)、不設除濕係統,成為(wei) 全球首座采用免塗裝耐候鋼的大型跨海工程。
福廈高鐵經過的湄洲灣海域,全年6級以上大風長達150天,一年之中有效施工天數不足200天。而串聯起湄洲灣海域的298榀高鐵箱梁長40米,重達1000噸,在常年大風的茫茫大海上,既要有足夠的力氣將這些梁段穩穩提起,運送到放置點,再穩穩吊裝在橋墩上,又要保證全程平穩行駛,精準控向,對施工來說是一個(ge) 不小的挑戰。
負責此次架設任務的千噸級運架一體(ti) 機“昆侖(lun) 號”,由中鐵十一局漢江重工聯合鐵五院曆時4年打造。整機重967噸,由1.5萬(wan) 多件不同大小的零部件構成,能夠在7級大風下安全作業(ye) ,集提梁、運梁、架梁功能於(yu) 一體(ti) ,是中國智能化程度最高、可應用範圍最廣的高鐵橋梁施工裝備。一經投用,備受關(guan) 注,僅(jin) 用時218天就完成了湄洲灣全部箱梁的架設。
在6年多的建設時間裏,福廈高鐵建設者們(men) 堅持“一橋一策”,成功破解海風海水腐蝕、季節性台風影響、高速鐵路橋梁變形等一係列難題。他們(men) 采用泥沙分離器、混凝土超灌提醒儀(yi) 、超聲波檢孔儀(yi) 、智能溫控係統等10餘(yu) 種最新施工技術、工藝,不僅(jin) 打通了施工過程中的關(guan) 鍵環節,也填補了我國高鐵建設領域的多項空白,實現了高鐵建設技術的新突破。
打造“一小時綠色交通圈”
事實上,福廈高鐵不僅(jin) 在橋隧建造、技術創新等方麵取得了矚目的成績,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(wei) 了踐行綠色建造理念,打造智慧節能型站房,新建的廈門北站換乘中心屋麵,安裝了目前全國高鐵站房麵積最大的天氣感應式智能天窗。
中鐵建設廈門北站項目總工程師潘峰潭介紹說,通過分布在四周的風雨感應器,天窗可根據實時監測的光照、降雨、風力等環境數據,無需人工幹預,便可人性化自動開合玻璃及窗簾,充分改善室內(nei) 環境質量。據測算,智能天窗每年將減少40天通風係統運轉,相當於(yu) 減少14.13噸二氧化碳排放。
通常情況下,換乘中心地下負10米集散空間,環境封閉黑暗無自然光。為(wei) 把自然光照引到此處,獲得不輸於(yu) 地上空間的舒適感,新建廈門北站在國內(nei) 首次全麵運用智能光纖係統。該係統通過在屋麵安裝的82套采光機,精準追蹤太陽方位采集陽光,利用大通量特種光纖輸送至地下空間,替代燈具照明。
“光纖照明覆蓋麵積達7000平方米,相當於(yu) 為(wei) 地下部分安裝了一扇巨大天窗。”潘峰潭介紹,係統一次能源利用效率高達80%,全年節約用電約72萬(wan) 度,相當於(yu) 減少565噸二氧化碳排放。
“在福建省已有福廈鐵路動車組的基礎上,重新建一條福廈高速鐵路,在設計者看來,是必要且必然的結果。”獨立分析師徐宏對記者說,福建的既有鐵路更靠近西側(ce) ,而新建的福廈高鐵更傾(qing) 向於(yu) 靠近沿海經濟發展更集中的地方,從(cong) 而實現從(cong) 不同角度覆蓋旅客客流。
更重要的是,福廈高鐵的價(jia) 值並非局限在福建省內(nei) ,其對於(yu) 全國的交通運輸都有很好的促進作用——它是中國“八縱八橫”高速鐵路網中沿海大通道的重要組成部分。
目前,杭深鐵路沿途要經過杭州、寧波、溫州、福州、廈門、汕頭,最終到達深圳。福廈高鐵的修建,有利於(yu) 貫通南北,繼續打通東(dong) 部沿海高鐵,進而跟現有的京廣高鐵和京港高鐵並列,形成中國又一條縱向高鐵大動脈。
交通網絡的完善,使福廈高鐵將長三角、海峽兩(liang) 岸和珠三角三大沿海經濟區緊密連接在一起。可以想見,未來,福廈高鐵將有效改善沿線地區交通和投資環境,為(wei) 沿線周邊經濟發展注入強大的生機和活力。
中青報·中青網記者 張真齊 來源:中國青年報
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