大国重器：高速铁路桥梁发展

桥梁是跨越河流、山谷、线路及各种障碍物的架空结构。高速铁路大量采用“以桥代路”的高架桥方案，桥梁结构占线路里程的半数以上。高速铁路桥梁除满足限界、通航、立交净空、渡洪、抗震和国土规划等基本要求外，基于少维修、易维修的目的，桥梁结构在构造上特别注意改善结构的耐久性和使结构便于检查、养护及更换部件。因此，高速铁路桥梁主型采用预应力混凝土简支箱梁形式。

中国高速铁路桥隧、路基等轨下土建工程已具备国际领先水平；轨道结构技术同样处于国际领先水平；高速动车组技术已处于国际先进水平；高速铁路的总体设计、施工、运营、快速建设技术，从安全、可靠、适用、经济、先进五大指标进行对比，总体技术已处于国际领先水平。截至 2020年11月，中国高铁桥梁数量已超过3万座，总长度突破 1.6 万千米。

据统计，桥隧工程占高速铁路线路长度的比例：日本东海道新干线为47%，东北、山阳、北陆、上越新干线分别为 95%、89%、83%、99%；法国TGV东南线为6%，大西洋线、北方线巴黎环线、里昂—郎斯线分别为 18%、22%、29%、37%；德国曼海姆—斯图加特、法兰克福—科隆、汉诺威—威尔茨堡线分别为 34%、22%、49%。

桥梁堪称高铁线上的“皇冠”。中国高铁快速延伸，高铁桥梁吸引着人们的目光：京津城际铁路的桥梁累计长度占正线总长的86.6%；京沪高铁的桥梁占线路总长的80.5%；武广高铁桥梁占线路总长的42.14%，整体超过 50%；沪杭高铁桥梁占线路总长的 92%……高铁发展对桥梁提出了更高的要求，高铁桥梁的突破则促进了高铁速度、质量、舒适度的提升，促进了高铁的发展。

在中国高铁建设中，桥梁占线路总长达一半以上，有的达到80%。而以往的普速铁路桥梁所占的比例通常不超过10%。为什么中国高铁桥梁多？这是因为修建桥梁可以少占地，能有效解决铁路与道路交叉问题，桥梁基桩长，便于有效控制沉降，于是在设计时采用了“以桥代路”的新思路。桥梁建造是高铁工程建设的重要组成部分，它代表了一个国家的科学技术水平及综合国力。高铁桥梁必须有足够的强度、刚度、稳定性和耐久性，对桥梁各结构的变形严格控制。高铁无砟轨道桥梁要求沉降不得超过 20 mm，相邻墩台沉降量差不得超过 5 mm。中国高铁桥梁结构新颖，千姿百态，是科技发展的结晶。其中，京沪高铁丹阳昆山特大桥长度达 164.7 km，为当今世界第一铁路长桥。高铁桥梁和普通桥梁相比有如下特点：

（1）高速铁路桥梁多以中小跨度为主。高铁对线路、桥隧等土建工程的刚度要求严格。因此，高铁桥梁的跨度不宜过大，应以中小跨度为主。国外高速铁路的最大跨度一般在 100 m 及以上，一些采用 25 m、44 m、50 m、58 m等；中国一般采用 24～40 m，经常以 32 m 为主。

（2）限制桥梁的纵向位移，避免受力出现过大附加应力。高速铁路要求依次铺设跨区间无缝线路，而桥上无缝线路钢轨的受力状态不同于路基，结构的温度变化、列车制动、桥梁挠曲会使桥梁在纵向产生一定位移，引起桥上钢轨产生附加应力。过大的附加应力会造成桥上无缝线路失稳，影响行车安全。因此，墩台基础要有足够的纵向刚度，以尽量减少钢轨附加应力和梁轨间的相对位移。

（3）桥梁需格外重视结构的耐久性，同时便于检查、维修。高速铁路桥梁一方面要尽量减少维修，另一方面要便于日常检查，使其具有长久的寿命和高可靠性。

（4）桥梁建设需注意结构与环境的协调。高速铁路应强调结构与环境的协调，重视生态环境保护，桥梁造型应与周围环境保持一致，并注重结构的外观和色彩，而且在居民点附近的桥梁要有降噪措施，同时避免桥面污水对生态环境的损害等。(www.xing528.com)

南京大胜关长江大桥为世界上首座设计时速300 km的6线铁路大桥。全长9.27 km，是京沪高铁、沪汉蓉（上海—成都）铁路和南京地铁共用的过江通道。它在桥梁史上创下“三大高”的四项世界纪录。钢材总用量 82 万吨，一个桥墩的承台面积有7个篮球场跨度大。这座巨大“米”形六跨连续钢桁拱桥主跨为36 m，为世界同类级别跨度最大的高速铁路大桥。南京大胜关长江大桥在施工中自主研发的Q420qE新一代桥梁结构钢，首创三片主桁与整体桥面板相结合的共同受力体系，无导向船重锚精确定位技术等新材料、新结构。桥梁由上部的梁或（和）拱、支座、墩（台）、基础组成。为确保高速铁路正常行车和减少维修量，墩台大量采用桩基础，以严格控制墩台基础工后沉降。常用跨度简支梁，根据墩高及地质条件采用直径1.0 m或1.25 m桩基础；大跨度连续梁及其他特殊形式的桥梁采用直径1.5～3.4 m 的桩基础。高速铁路桥梁支座多采用盆式橡胶支座。由于高速铁路桥梁受力较普通小，所以桥台大量采用一字形、空心新型桥台。2012年6月10日，第29届国际桥梁大会在美国桥城匹兹堡举行。中国京沪高铁南京大胜关长江大桥在会上被授予国际桥梁界影响最大的乔治·查理德森大奖。颁奖嘉宾盛赞该桥是“世界上独一无二的桥梁，是项无与伦比的创举”。

沪苏通长江公铁大桥全长 11 072 m，其中正桥长 5 827 m，南北岸引桥长 5 245 m，主跨 1 092 m，在世界上首创了千米级斜拉桥设计建造技术，首创了 2 000 MPa 级强度斜拉索制造技术、1 800 t 钢梁架设成套装备技术、1.5万吨巨型沉井精确定位施工技术和基于实船-实桥原位撞击试验的桥墩防撞技术，在我国乃至世界铁路桥梁建设史上具有里程碑意义。

中国高速铁路桥梁已经形成了设计、施工、制造、运维等成套技术，其中，制运架一体化的预制箱梁建造技术、大跨度斜拉桥和悬索桥成套建造技术、深海桥梁成套建造技术等位居世界前列。先后建成了以武汉天兴洲长江大桥、京沪高铁大胜关长江大桥、合福高铁铜陵长江大桥等为代表的一批大跨度高速铁路桥梁，目前在建的世界首座跨度超千米的公铁两用斜拉桥——沪通铁路长江大桥和首座跨度超千米的公铁两用悬索桥——连镇铁路五峰山长江大桥的工程技术和施工难度创造了桥梁建造多个世界之最，取得了多项技术创新成果。另外，高速铁路桥梁要有较强的抗挠和抗扭刚度，不应采用柔性结构。采用钢结构和框架结构，既可减少维修工作量，而且在有局部损伤时也不会影响整体。同时常采用多跨连续的钢筋混凝土梁桥，使受力安全可靠。在建设高铁桥梁过程中，中国又有很多首创，例如，京广高铁郑州黄河公铁两用桥，全长2.89 km，公铁合建部分全长9.17 km，是目前世界上最长的公铁两用桥。大桥采用上下层结构，上层为设计时速100 km的双向6车道公路，下层为设计时速350 km的高速铁路，创下当今世界特大型桥梁通行速度的新纪录类级。未来，将更注重技术创新、桥梁的结构创新、桥梁新材料的研究和工程应用、桥梁施工装备与施工工艺的创新和融合、在桥梁工程中贯彻绿色环保理念、桥梁的精细化设计和施工、桥梁耐久性的设计和维护、既有桥梁的安全性评估和安全使用研究。

【人物故事】 在介绍桥梁过程中，很多人都会想到一个人，土木工程学家、桥梁专家茅以升。他主持修建的中国人自己设计并建造的第一座公路铁路兼用现代化大型桥梁——钱塘江大桥，成为中国铁路桥梁史上的一块里程碑。他采用“射水法”“沉箱法”“浮运法”等，解决了建桥中的一个个技术难题。经过5年的努力，茅以升终于将现代化的钱塘江大桥建成。

茅以升先生少年立志于桥梁事业，后又赴美国康奈尔大学和卡内基梅隆大学工学院专攻桥梁专业并获博士学位。他看到祖国江河上的钢铁大桥均为外国人所建，决心为中国人争气，架设中国人自己的大桥。钱塘江大桥开工于1934年，要与沪杭铁路衔接。他亲自任桥工处处长，请康奈尔大学的同学罗英任总工程师，寝馈于斯，志在必得。钱塘江乃著名的险恶之江，水文地质条件极为复杂。其水势不仅受上游山洪暴发之影响，还受下游海潮涨落的约束，若遇台风袭击，江面常逞汹涌翻腾之势。钱塘江底的流沙厚达41 m，变化莫测，素有“钱塘江无底”之说。

建桥遇到的第一个困难是打桩。为使桥基稳固，需要穿越41 m厚的泥沙，在9个桥墩位置打入1 440根木桩，木桩立于石层之上。沙层又厚又硬，打轻了下不去，打重了断桩。茅以升从浇花壶水把土冲出小洞中受到启发，采用抽江水在厚硬泥沙上冲出深洞再打桩的“射水法”，使原来一昼夜只打1根桩，提高到可以打30根桩，大大加快了工程进度。遇到的第二个困难是水流湍急，难以施工。茅以升发明了“沉箱法”，将钢筋混凝土做成的箱子口朝下沉入水中罩在江底，再用高压气挤走箱里的水，工人在箱里挖沙作业，使沉箱与木桩逐步结为一体。沉箱上再筑桥墩。放置沉箱很不容易，开始时，一只沉箱，一会儿被江水冲向下游，一会儿被潮水顶到上游，上下乱窜。后来把3 t重的铁锚改为10 t重，沉箱问题才得以解决。第三个困难是架设钢梁。茅以升巧妙采用了自然力的“浮运法”，潮涨时用船将钢梁运至两墩之间，潮落时钢梁便落在两墩之上，省工省时，进度大大加快。他们还创造性地解决了施工中 80 多个重大难题。

建桥末期，淞沪抗战正紧，冒着敌人的轰炸，1937年9月26日，历时两年半，长 1 453 m、高 71 m 的铁路、公路两用双层的钱塘江桥终于建成通车，打破了外国桥梁专家所谓“中国人无法在钱塘江上建桥”的断言，为抗日战争做出了杰出贡献。1937年12月23日，敌骑将临，为了阻断敌人，茅以升受命炸断了亲手建造的大桥，这是何等悲壮的义举。抗战胜利后，茅以升又主持修复了大桥。建桥、炸桥、复桥，茅以升先生始终其事，克尽厥职。钱塘江大桥使沪杭与浙赣两条铁路相连接，使钱塘江两岸由天堑变通途。钱塘江大桥向全世界展示了中国科技工作者的聪明才智，展示了中华民族有自立于世界民族之林的能力。2019年起，将每年的9月26日设立为“工匠日”，作为尊重工匠、关爱工匠、学习工匠、弘扬工匠精神的重要载体。杭州也成为全国首个设立“工匠日”的城市。9月26日是钱塘江大桥建成通车的纪念日，选定该日是为了体现对工匠精神的传承和致敬，充分体现了工匠精神的时代性、历史性、民族性、传承性，既是对杭州历史上工匠精神的致敬，更是对杭州“世代匠心”传承的激励。