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中铁第四勘察设计院集团有限公司副总工程师严爱国——

山水之间架飞虹

本报记者 柳 洁 董庆森

桥梁设计者不仅是筑桥人,更是能让桥“说话”的人。中铁第四勘察设计院集团有限公司副总工程师、桥梁院总工程师严爱国就是一位这样的人。他不仅是筑桥人,更是艺术家。钢筋水泥经过他的设计,皆成为城市的符号、大地的语言,每一座桥都在诉说着自己独特的故事。

在中国4.8万公里高铁运营里程中,高铁桥梁总长度超过2.2万公里,其中8000余公里的桥梁是由铁四院桥梁团队设计完成的。严爱国便是这支团队的“领头雁”。

铁路桥梁显身手

从西南交通大学毕业后,严爱国便来到铁四院工作。同大多数年轻人一样,他从最基本的桥梁勘测和常规设计做起。初来乍到,他每天都如饥似渴地汲取着桥梁知识,笔记本里总结着各个项目所遇到的问题和经验。

凭着在学校里打下的坚实基础以及刻苦钻研的精神,严爱国很快就接触到一些特殊桥梁结构项目。在前辈的指引下,他用心揣摩每个结构的特点,进行共性分析。几年下来,他的专业技能有了较大进步,在各项重大工程中崭露头角。

如今,每次经过自己设计的桥梁时,严爱国总会注重体验列车驶过是否平稳。每次沿着宜万铁路驶过宜昌长江大桥时,他还会格外关注列车是否安静——因为此时,长江活化石、珍稀动物中华鲟正在桥下的中华鲟自然保护区内繁衍生息。

宜万铁路是我国“八纵八横”铁路网的主骨架之一,被称作中国最难修的铁路。“宜昌长江大桥这么大的跨度,用钢梁是常规操作,但噪声太大。我们的桥修好之后,列车的车次很密,噪声会打扰桥下的中华鲟。”在设计宜昌长江大桥时,严爱国为了将噪声和震动降至最低点,果断舍弃了跨越能力大、噪声大的钢主梁结构,采用噪声和震动低、跨越能力较小的混凝土主梁。

让混凝土梁大跨度跨越保护水域并非易事,严爱国创新提出混凝土刚构桥辅以拱加劲的结构形式,实现了铁路混凝土梁式桥跨度由150米提升至275米的目标。严爱国还颇具巧思,研发设置了减隔震支座,实现对中华鲟最有效的保护。

在严爱国看来,中国交通的现代化发展,不能以影响生态环境为代价。

绿水青山间风景虽美,但地质、气候条件多样,建桥难度大。他总是说:“山水这么美,尽量不要破坏本来的山体,要想办法让桥梁与大自然浑然天成。”

严爱国的微信头像是一座精致的、不对称的拱桥——湘西芙蓉镇境内的张吉怀高铁酉水大桥。地处云贵东缘武陵腹地的湘西,峰连九霄,山里的人走出去难,山外的旅客走进去也难。2021年12月6日,张吉怀高铁通车,高铁穿行在重峦叠嶂之间,湘西迎来高质量发展新阶段。

这条246.9公里的线路,桥梁和隧道多达280座。酉水大桥位于芙蓉镇境内,跨越酉水河,河道两岸山高坡陡、植被茂密。桥址刚好位于一个V形河谷,一侧坡度较陡,另外一侧坡度较缓。对此,严爱国创新提出非对称拱桥结构方案,巧妙地将上承式拱桥的两侧拱脚设置在既有道路旁,避开陡峭的山体。“这既减小了桥梁规模,又充分利用既有道路,减少了山体开挖及植被的破坏,最大程度保护了山区生态环境。”他说。

技术创新破瓶颈

中国高铁又快又稳,是国人的骄傲。但是随着桥梁跨度增大,结构刚度就会变柔,在2019年以前,时速350公里的高铁遇到大跨度的桥梁时,就必须降速。这一直是严爱国的心病,也是我国高铁桥梁建设亟待解决的技术难题。

为此,严爱国对300米级大跨度桥梁铺设无砟轨道技术进行了探索。

最初国外高速铁路无砟桥梁最大跨度仅100米。为了跨越100米到300米的技术鸿沟,严爱国带领团队开展了包括主梁结构形式、变形控制标准、线性控制技术在内的多项创新研究,最终在昌赣高铁赣州赣江特大桥上,实现了300米跨径斜拉桥承轨条件满足列车时速350公里运营要求。后续在采用钢箱桁组合结构的裕溪河特大桥项目上,又将无砟轨道桥梁跨度提升至324米,列车联调联试跑出385公里时速。项目的成功实施,标志着我国高铁无砟轨道桥梁技术取得重大突破。

2019年,为破解高速铁路选线难题,严爱国提出研发铁路桥梁弹性约束装置,形成对称伸缩变形的弹性约束新体系技术方案,突破了常规桥梁单固定墩约束限制。

历经3年时间,严爱国团队完成了新型弹性约束装置研发,实现了联长400米以内大跨度梁桥取消梁端钢轨伸缩调节器的目标,成功破解了大跨梁桥只能布设在直线、小纵坡线路的技术限制,实现了“高铁选线自由”。

攻坚克难谋跨海

随着我国高速铁路网络向着高原宽谷、大江海洋等更广阔、更复杂地域延伸,严爱国还想让国人坐着高铁跨越山海,感受美丽的诗和远方。

我国首条设计时速350公里的跨海高铁——福厦高铁,面临近海强风、强腐蚀、大潮差、地震带等挑战,严爱国带领团队设计了其中泉州湾、安海湾、湄洲湾三座跨海大桥。

与普通桥梁相比,跨海大桥设计难度更大。泉州湾位于沿海高风速带,全年6级及以上风力天数达91天。

在大风天气下,如何既保证桥梁稳固,又能让列车保持高速运行?严爱国带领团队创新研发了一种流线箱形钢—混结合梁结构,附加导流板、减震栏杆、拉索电涡流阻尼器等有效气动措施。大桥不设风屏障,可实现8级大风下高速列车不限速、11级暴风下不封闭交通的目标,2023年经受住15级台风“杜苏芮”正面登陆的考验。大桥位于台湾海峡西岸地震高烈度区,面对抗震难题,严爱国又带领团队研发了高铁无支座整体式刚构桥梁结构,既实现了结构轻量化,又提高了结构的抗震性能。

扛住了台风和地震,如何耐住高盐高湿的海洋腐蚀大气环境?严爱国大胆创新,带领团队研制出高镍系耐海洋大气腐蚀钢,实现了“免涂装、绿色耐久”全寿命设计,成为全球首座采用免涂装耐候钢的大型跨海大桥。

“历经10年技术攻关和工程实践,福厦项目跨海大桥设计时速由200公里提升至350公里。”严爱国自豪地说。

为使桥梁形态与独特的海湾环境交汇融合,严爱国还提出贝壳形曲线桥塔造型——朝阳之下挺着贝壳形曲线的桥塔巍然屹立,宛如巨龙盘踞湾面,蔚为壮观。这一项目在追求结构合理的同时,更展现了桥梁人对建筑美学的不懈追求。

凭着这份热情与果敢,严爱国30年如一日,先后带领团队完成20余项国家重大工程建设,多次攻克行业技术难题,主持设计的铁路桥梁里程超1000公里。他也获得全国五一劳动奖章、詹天佑铁道科学技术专项奖等荣誉称号,以严爱国命名的创新工作室荣获“湖北省示范性职工创新工作室”。

严爱国非常注重桥梁的安全、耐久、实用和经济性。他说:“我们设计的每一座桥梁都要矗立百年之久。我有幸见证了中国高铁从无到有、从弱到强的历程,成长在这样一个时代,我是幸运的。唯有建设更多高品质桥梁,让中国桥梁走向世界,方能不负时代。”

2025-01-26 本报记者 柳 洁 董庆森

中铁第四勘察设计院集团有限公司副总工程师严爱国——

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