穿山越海、跨越天塹，歷經6年建設，我國首條設計時速350公里的跨海高鐵——福廈高鐵于今年9月28日開通運營，中國高鐵正式邁入“跨海時代”。

福建依山向海，峰巒疊嶂、水網交錯。山水阻隔是福廈高鐵設計師們繞不開的難題。結構迥異、造型多變的橋梁，是福廈高鐵最大的特色。

據統計，福廈高鐵正線新建橋梁84座，橋梁長度合計181公里。福廈高鐵線路上林立的橋梁橫渡湄洲灣、泉州灣、安海灣，穿越烏龍江、九龍江等大江大河，福廈高鐵還上跨G324國道及沈海、福泉、廈蓉、泉州繞城等高速公路，并“飛躍”福廈、鷹廈、廈深等既有鐵路。

福廈高鐵是由中鐵第四勘察設計院（以下簡稱鐵四院）負責勘察設計的。近日，鐵四院橋梁院總工程師嚴愛國接受科技日報記者采訪，講述了這些高鐵橋梁設計建設背后的創新故事。

在復雜環境下架橋鋪路

記者：福廈高鐵一半以上的線路在橋上。在我國目前已建、在建的高鐵中，福廈高鐵的橋梁結構最復雜。與設計普通橋梁相比，設計這類橋的難點在哪兒？

嚴愛國：與設計普通橋梁相比，設計這些跨海大橋需充分考慮海上復雜的水文環境。

除此之外，福廈高鐵全線瀕臨海灣，沿線區域地層存在涌水涌泥、斷層破碎帶等復雜情況，全線還有百余處與高速公路、既有鐵路交叉或鄰近，鑿路架橋是設計師不得不面對的難題。

記者：針對如此復雜的情況，您及團隊是如何逐一解決難題的？

嚴愛國：首先，我們針對沿線實際情況開展了不同跨度跨海大橋結構形式、跨海大橋抗風、耐海洋大氣環境腐蝕技術、橋梁健康監測等多項研究。

記者：經過前期研究，得出了哪些結論？

嚴愛國：福廈高鐵全線有3處難度極大的施工點，分別是泉州灣、湄洲灣、安海灣3座跨海大橋。這些地方常年風速大、風況復雜。以泉州灣跨海大橋為例，泉州灣位于沿海高風速帶，全年6級及以上風力天數達91天。

在高鐵技術標準中，軌道、橋梁的變形必須被控制在一個很小的范圍內。一旦超過該范圍，就會影響高鐵乘客的乘坐舒適性，也可能引發安全事故。

為保障福廈高鐵在這個區域高速連續運行，我們必須讓跨海橋梁在大風中“站穩”，不出現嚴重的橫向晃動。

記者：您和團隊是如何做到的？

嚴愛國：我們對跨越泉州灣、安海灣的大跨度斜拉橋主梁結構及造型進行了創新設計。其中，大橋主梁采用流線箱形鋼—混組合結構，并附加導流板、減振欄桿、拉索電渦流阻尼器等。這些結構設計有效降低了橋體在復雜環境下出現風致振動的幅度。

記者：建造跨海大橋還要攻克另一個困難，那就是海風、海水的腐蝕。

嚴愛國：是的。目前來說，高鐵工程結構的抗腐蝕標準是百年抗腐，但普通的鋼材和刷漆根本無法抵御沿海地區的高鹽高濕。為此，我們開展了大量抗腐蝕試驗，創新研制并使用了新材料。

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——耐海洋大氣腐蝕鋼。這也是該材料在國內的首次應用，其原理是通過往鋼材里加入微量鎳元素，讓鋼材自身生成致密、穩定的鈍化銹層，阻止海洋大氣中氯離子滲透，從而達到長效防腐的目的。

除此之外，我們通過改造傳統涂裝體系，創新研制出石墨烯重防腐涂裝體系，將橋梁涂料的耐鹽霧性和耐人工加速老化性能提升了3倍以上。在海洋大氣腐蝕環境下，新涂裝體系可使橋梁的涂裝壽命超過30年。

記者：在跨海大橋上行車，為確保行車安全，通常需要減速慢行，但福廈高鐵卻實現了“跨海過橋不減速”。這背后有哪些技術支撐？

嚴愛國：為保證列車安全高速在海上運行，我們將無砟軌道搬到了海上，創造出世界首座無砟軌道跨海大橋——福廈高鐵安海灣特大橋。

砟，是指鋪在鐵軌周圍的小石塊。一般有砟軌道最高運營速度只有250公里/時，而采用鋼筋、混凝土等鋪就的無砟軌道可避免道砟飛濺，其平順性、穩定性更好。不過，無砟軌道對橋梁的結構變形及施工誤差控制等要求極高。相較于陸地，在跨海橋梁上鋪設無砟軌道并通行高鐵，難度也更大，彼時在國內外都沒有先例。

經過反復模擬試驗，設計團隊找到了適應跨海條件的鋼混結合梁結構參數，主梁采用有效氣動措施，橋面鋪設擁有自主知識產權的無砟軌道。這一創新讓時速350公里的高鐵列車開過650米長的主橋用時不到7秒，跨過整個海域也只需98秒，實現了高鐵列車跨海過橋不減速。

記者：福廈高鐵的設計者和建設者攻克如此多的難題，填補了高鐵建設多項技術空白，您如何評價這一工程？

嚴愛國：在6年的建設時間里，福廈高鐵設計者和建設者們堅持“一橋一策”，成功破解海風海水腐蝕、季節性臺風影響、高鐵大跨橋梁變形控制等一系列難題。可以自豪地說，福廈高鐵讓中國橋梁建造技術邁上新臺階，也讓我國高鐵技術持續在世界領跑。

不斷創新不斷突破

記者：您從業以來，除了福廈高鐵，還有哪個項目您認為非常具有挑戰性？

嚴愛國：那就要說到宜萬鐵路宜昌長江大橋了。它是我國第一座連續剛構拱組合橋。

記者：這個項目實現了哪些技術突破？

嚴愛國：長江宜昌段江面寬闊，為了滿足通航要求，大橋的跨度必須達到275米。當時，長江上建成的200米以上的大跨度鐵路橋僅有2座。2001年，我接下宜萬鐵路宜昌長江大橋的設計任務，帶領項目組成員進行新型連續剛構和鋼管混凝土拱組合結構的論證工作。

為了深入剖析這種新型組合橋式的原理，項目組成員對6種橋式進行了全方位比較和精細計算。每一步看似微小的調整，都離不開團隊的反復求證。僅確定方案，前后就經歷了2年。這個過程十分漫長且充滿挑戰。

記者：除了您剛剛提到的，近年來我國還新建了不少高鐵橋。此類橋梁發展速度非常快，您能談談其中的原因嗎？

嚴愛國：這些年，我國高鐵發展迅速，列車時速變快、線路變長。為了節約土地資源、控制后期沉降、保持線路平順，橋梁在高鐵線路中的占比越來越大。比如，滬杭客運專線、廣珠城際等項目全線橋梁占比超過9成。也正是在這些重大工程建設中，我國高鐵設計者和建設者持續積累經驗、尋求創新，不斷拓展技術邊界。

記者：您是如何與鐵路橋涵勘察設計結緣的？

嚴愛國：我的大學專業是土木工程。大學4年，我初步積累了橋涵勘察設計方面的知識。畢業后，我來到鐵四院。在這個單位，我有機會參與了許多重大工程項目。在與業內同行交流合作的過程中，我不斷接觸前沿的橋涵勘察設計技術和理念，并逐漸積累橋梁工程經驗，個人的創新能力和解決工程問題的能力也不斷得到提升。到今年，我已經在這個領域干了整整30年了。

記者：回首這30年，您有什么感觸？

嚴愛國：總結為一句話，就是不斷創新不斷突破。

20世紀90年代，我剛參加工作的時候，我國設計的鐵路橋梁跨度多為32米，混凝土結構橋梁最大跨度也不超過100米。到如今，各種結構形式的橋梁都有，高鐵橋最大跨度已經超過1000米。

截至2022年底，我國高鐵運營里程超過4萬公里，其中高鐵橋梁總長度達2.1萬公里，位居世界第一。

如今，我國高鐵橋梁長度越來越長、跨度越來越大、結構越來越多樣。能夠作為設計者參與其中，我感到十分幸運與自豪。

為高鐵橋注入新力量

記者：我國高鐵橋梁快速發展，離不開一代又一代設計師的貢獻。請您談談我國高鐵橋梁設計領域人才隊伍發展狀況。

嚴愛國：我國高鐵橋梁設計領域的人才發展狀況非常令人鼓舞。經過多年的努力，我國已經建立了一支強大的高鐵橋梁設計人才隊伍，在推動我國高鐵橋梁設計技術創新和突破方面發揮了至關重要的作用。

從人才規模上來看，我國高鐵橋梁設計領域的人才規模正在不斷擴大，越來越多的人才投入到這個領域，為高鐵橋梁設計注入了新力量。從人才素質上來看，我國高鐵橋梁設計領域的人才素質正在不斷提升，設計師們不斷更新知識體系，不斷提高自己的技能水平，以滿足高鐵快速發展的需求。從人才培養機制來看，我國高鐵橋梁設計領域的人才培養機制正在不斷完善，高校、企業都在加大對高鐵橋梁設計人才培養的投入力度，為高鐵橋梁設計人才提供了大量的學習和培訓機會。

記者：您認為如何吸引優秀青年投身這一領域？

嚴愛國：首先，要培養青年對橋梁設計行業的興趣。通過增大橋梁設計相關課程的比重，加強實踐教學和訓練，讓年輕人更加深入地認識這個行業的特點，激發他們的從業熱情。

其次，要為青年提供良好的學習和工作環境。這包括提供充足的學習資源和實踐機會，以及建立有利于人才成長的機制和制度，還要提供更多的創新平臺和合作機會，幫助青年提升創新思維和協作能力，助力優秀青年在這一領域中實現自我價值。

記者：您所在單位如何培養年輕人？

嚴愛國：鐵四院通過創建創新實驗室、工程試驗中心等創新平臺，為年輕人提供良好的創新環境和資源。在這樣的平臺上，他們可以利用最新的技術和工具開展創新實踐，探索新的設計方法。

我們積極鼓勵年輕人牽頭、參與重大科研項目，依托重大項目開展攻關，解決工程實際問題。為每位年輕人選配一位資深設計師作為導師，導師會為年輕人提供針對性的指導和建議，幫助他們解決技術問題，同時導師也會分享自己的經驗和心得。在導師的指導和支持下，年輕人可以更好地融入橋梁設計和科研項目，提升自己的專業能力和綜合素質。

記者：您認為優秀的鐵路橋梁工程師應該具備哪些品質？

嚴愛國：我認為，優秀的鐵路橋梁工程師需要具備扎實的專業知識、勇于創新的精神、良好的團隊意識和高度的社會責任感。

鐵路和橋梁建設需要豐富的力學、材料、工程管理等領域知識，青年人需要不斷學習和掌握這些領域的知識。同時，他們也需要在工程實踐中不斷積累經驗，提高自己的實踐能力。

鐵路和橋梁建設技術日新月異，青年人還需要具備創新精神，能夠獨立思考和解決問題，不斷推陳出新。鐵路和橋梁建設需要各領域的人才協同工作，以實現共同的目標，因此青年需要具備良好的團隊協作精神，能夠與他人協作、溝通，共同完成任務。

此外，鐵路和橋梁建設關系到公共安全和社會發展，青年人要具備高度的責任感，保證工程的質量。

我相信，只要不斷努力，年輕人就一定能在這條道路上走得更遠。

記者手記

每每乘坐高鐵過海，我都會被眼前一座座撐起列車的跨海大橋所震撼。這些結構迥異、氣勢非凡的高鐵橋，展示著我國先進工程設計團隊的實力。

如今，我國高鐵橋梁設計、建造水平已步入世界先進行列。作為高鐵橋梁發展的見證者和參與者，嚴愛國說，每座橋梁都凝聚著諸多技術突破，也記錄著一個個鮮為人知的創新故事。

當嚴愛國和記者聊起他參與設計的宜萬鐵路宜昌長江大橋、滬寧城際、滬通鐵路等重大項目時，盡管已過去多年，但每一個現場突發情況、每一處工程設計細節，他依舊記憶猶新，話語中充滿了對橋梁設計的熱愛。

投身高鐵橋梁事業、秉持技術報國的初心，這讓我深深敬佩。在嚴愛國看來，他和團隊成員設計建設出的這些橋梁不僅架設在江河湖海之上，也架設在人民心中。

當被問及對未來的期許，嚴愛國說，希望能有更多年輕的橋梁工程師，不斷推陳出新，創造出更多造福人類的工程奇跡，讓我國鐵路橋梁技術穩居世界先進前列。

在嚴愛國身上，我看到了中國鐵路橋梁事業的昨天、今天，更看到了明天。

（科技日報記者 符曉波）