中鐵第四勘察設計院集團有限公司副總工程師嚴愛國——山水之間架飛虹
橋樑設計者不僅是築橋人,更是能讓橋“說話”的人。中鐵第四勘察設計院集團有限公司副總工程師、橋樑院總工程師嚴愛國就是一位這樣的人。他不僅是築橋人,更是藝術家。鋼筋水泥經過他的設計,皆成爲城市的符號、大地的語言,每一座橋都在訴說着自己獨特的故事。
在中國4.8萬公里高鐵運營里程中,高鐵橋樑總長度超過2.2萬公里,其中8000餘公里的橋樑是由鐵四院橋樑團隊設計完成的。嚴愛國便是這支團隊的“領頭雁”。
鐵路橋樑顯身手
從西南交通大學畢業後,嚴愛國便來到鐵四院工作。同大多數年輕人一樣,他從最基本的橋樑勘測和常規設計做起。初來乍到,他每天都如飢似渴地汲取着橋樑知識,筆記本里總結着各個項目所遇到的問題和經驗。
憑着在學校裡打下的堅實基礎以及刻苦鑽研的精神,嚴愛國很快就接觸到一些特殊橋樑結構項目。在前輩的指引下,他用心揣摩每個結構的特點,進行共性分析。幾年下來,他的專業技能有了較大進步,在各項重大工程中嶄露頭角。
如今,每次經過自己設計的橋樑時,嚴愛國總會注重體驗列車駛過是否平穩。每次沿着宜萬鐵路駛過宜昌長江大橋時,他還會格外關注列車是否安靜——因爲此時,長江活化石、珍稀動物中華鱘正在橋下的中華鱘自然保護區內繁衍生息。
宜萬鐵路是我國“八縱八橫”鐵路網的主骨架之一,被稱作中國最難修的鐵路。“宜昌長江大橋這麼大的跨度,用鋼樑是常規操作,但噪聲太大。我們的橋修好之後,列車的車次很密,噪聲會打擾橋下的中華鱘。”在設計宜昌長江大橋時,嚴愛國爲了將噪聲和震動降至最低點,果斷捨棄了跨越能力大、噪聲大的鋼主樑結構,採用噪聲和震動低、跨越能力較小的混凝土主樑。
讓混凝土樑大跨度跨越保護水域並非易事,嚴愛國創新提出混凝土剛構橋輔以拱加勁的結構形式,實現了鐵路混凝土樑式橋跨度由150米提升至275米的目標。嚴愛國還頗具巧思,研發設置了減隔震支座,實現對中華鱘最有效的保護。
在嚴愛國看來,中國交通的現代化發展,不能以影響生態環境爲代價。
綠水青山間風景雖美,但地質、氣候條件多樣,建橋難度大。他總是說:“山水這麼美,儘量不要破壞本來的山體,要想辦法讓橋樑與大自然渾然天成。”
嚴愛國的微信頭像是一座精緻的、不對稱的拱橋——湘西芙蓉鎮境內的張吉懷高鐵酉水大橋。地處雲貴東緣武陵腹地的湘西,峰連九霄,山裡的人走出去難,山外的旅客走進去也難。2021年12月6日,張吉懷高鐵通車,高鐵穿行在重巒疊嶂之間,湘西迎來高質量發展新階段。
這條246.9公里的線路,橋樑和隧道多達280座。酉水大橋位於芙蓉鎮境內,跨越酉水河,河道兩岸山高坡陡、植被茂密。橋址剛好位於一個V形河谷,一側坡度較陡,另外一側坡度較緩。對此,嚴愛國創新提出非對稱拱橋結構方案,巧妙地將上承式拱橋的兩側拱腳設置在既有道路旁,避開陡峭的山體。“這既減小了橋樑規模,又充分利用既有道路,減少了山體開挖及植被的破壞,最大程度保護了山區生態環境。”他說。
技術創新破瓶頸
中國高鐵又快又穩,是國人的驕傲。但是隨着橋樑跨度增大,結構剛度就會變柔,在2019年以前,時速350公里的高鐵遇到大跨度的橋樑時,就必須降速。這一直是嚴愛國的心病,也是我國高鐵橋樑建設亟待解決的技術難題。
爲此,嚴愛國對300米級大跨度橋樑鋪設無砟軌道技術進行了探索。
最初國外高速鐵路無砟橋樑最大跨度僅100米。爲了跨越100米到300米的技術鴻溝,嚴愛國帶領團隊開展了包括主樑結構形式、變形控制標準、線性控制技術在內的多項創新研究,最終在昌贛高鐵贛州贛江特大橋上,實現了300米跨徑斜拉橋承軌條件滿足列車時速350公里運營要求。後續在採用鋼箱桁組合結構的裕溪河特大橋項目上,又將無砟軌道橋樑跨度提升至324米,列車聯調聯試跑出385公里時速。項目的成功實施,標誌着我國高鐵無砟軌道橋樑技術取得重大突破。
2019年,爲破解高速鐵路選線難題,嚴愛國提出研發鐵路橋樑彈性約束裝置,形成對稱伸縮變形的彈性約束新體系技術方案,突破了常規橋樑單固定墩約束限制。
歷經3年時間,嚴愛國團隊完成了新型彈性約束裝置研發,實現了聯長400米以內大跨度樑橋取消樑端鋼軌伸縮調節器的目標,成功破解了大跨樑橋只能佈設在直線、小縱坡線路的技術限制,實現了“高鐵選線自由”。
攻堅克難謀跨海
隨着我國高速鐵路網絡向着高原寬谷、大江海洋等更廣闊、更復雜地域延伸,嚴愛國還想讓國人坐着高鐵跨越山海,感受美麗的詩和遠方。
我國首條設計時速350公里的跨海高鐵——福廈高鐵,面臨近海強風、強腐蝕、大潮差、地震帶等挑戰,嚴愛國帶領團隊設計了其中泉州灣、安海灣、湄洲灣三座跨海大橋。
與普通橋樑相比,跨海大橋設計難度更大。泉州灣位於沿海高風速帶,全年6級及以上風力天數達91天。
在大風天氣下,如何既保證橋樑穩固,又能讓列車保持高速運行?嚴愛國帶領團隊創新研發了一種流線箱形鋼—混結合樑結構,附加導流板、減震欄杆、拉索電渦流阻尼器等有效氣動措施。大橋不設風屏障,可實現8級大風下高速列車不限速、11級暴風下不封閉交通的目標,2023年經受住15級颱風“杜蘇芮”正面登陸的考驗。大橋位於臺灣海峽西岸地震高烈度區,面對抗震難題,嚴愛國又帶領團隊研發了高鐵無支座整體式剛構橋樑結構,既實現了結構輕量化,又提高了結構的抗震性能。
扛住了颱風和地震,如何耐住高鹽高溼的海洋腐蝕大氣環境?嚴愛國大膽創新,帶領團隊研製出高鎳系耐海洋大氣腐蝕鋼,實現了“免塗裝、綠色耐久”全壽命設計,成爲全球首座採用免塗裝耐候鋼的大型跨海大橋。
“歷經10年技術攻關和工程實踐,福廈項目跨海大橋設計時速由200公里提升至350公里。”嚴愛國自豪地說。
爲使橋樑形態與獨特的海灣環境交匯融合,嚴愛國還提出貝殼形曲線橋塔造型——朝陽之下挺着貝殼形曲線的橋塔巍然屹立,宛如巨龍盤踞灣面,蔚爲壯觀。這一項目在追求結構合理的同時,更展現了橋樑人對建築美學的不懈追求。
憑着這份熱情與果敢,嚴愛國30年如一日,先後帶領團隊完成20餘項國家重大工程建設,多次攻克行業技術難題,主持設計的鐵路橋樑里程超1000公里。他也獲得全國五一勞動獎章、詹天佑鐵道科學技術專項獎等榮譽稱號,以嚴愛國命名的創新工作室榮獲“湖北省示範性職工創新工作室”。
嚴愛國非常注重橋樑的安全、耐久、實用和經濟性。他說:“我們設計的每一座橋樑都要矗立百年之久。我有幸見證了中國高鐵從無到有、從弱到強的歷程,成長在這樣一個時代,我是幸運的。唯有建設更多高品質橋樑,讓中國橋樑走向世界,方能不負時代。” (經濟日報記者 柳 潔 董慶森)