在連接北京、天津兩大城市120公里的線路上,是什么技術(shù)力量讓時速350公里的“和諧導(dǎo)”動車組實現(xiàn)了平穩(wěn)的“陸地飛行”?奠定高速鐵路堅實線路基礎(chǔ)的關(guān)鍵在哪里? 　　
　　我坐在京津城際鐵路風(fēng)馳電掣的高速列車上,窗外色彩宜人的植物群落,被深秋的陽光涂抹成了長長的畫卷,遠(yuǎn)處的田野祥和優(yōu)美,如同一張凝固的明信片。
　　京津城際鐵路是中國最早開工建設(shè)并最先建成的第一條高標(biāo)準(zhǔn)鐵路客運專線,在連接北京、天津兩大城市120公里的線路上,最高時速達(dá)到350公里,實現(xiàn)了平穩(wěn)的“陸地飛行”。和你一樣,我對這一奇跡的實現(xiàn)同樣疑惑,是什么技術(shù)力量讓時速350公里“和諧號”動車組實現(xiàn)平穩(wěn)的“陸地飛行”?奠定高速鐵路堅實線路基礎(chǔ)的關(guān)鍵在哪里?這次來到天津,我親耳聆聽了鐵道第三勘測設(shè)計院集團有限公司副總經(jīng)理、總工程師,也是京津城際鐵路設(shè)計總工程師孫樹禮講述京津城際背后的奧秘。
　　
　　如何實現(xiàn)“陸地飛行”?
　　
　　在一次測試中,京津城際列車運行創(chuàng)紀(jì)錄的達(dá)到了每小時394.3公里的時速,在當(dāng)時這是全國最快的,而且在世界范圍內(nèi)也屬于先進(jìn)行列。在實現(xiàn)令人矚目的高速度背后,要達(dá)到預(yù)期的安全、平穩(wěn)、舒適、高速,需要對整個工程項目進(jìn)行一系列的總體規(guī)劃及系統(tǒng)設(shè)計,正如采訪時孫樹禮總工程師所言:“速度包含的內(nèi)涵是很豐富的。”
　　中國報道:作為中國第一條具有國際一流水平的高速鐵路,在工程設(shè)上,您認(rèn)為應(yīng)當(dāng)關(guān)注哪些問題?需要重點考慮哪些因素?孫樹禮:在鐵道部領(lǐng)導(dǎo)和組織下,高速鐵路建設(shè)已形成完整的工程規(guī)范,作為設(shè)計單位,在高速鐵路設(shè)計中首先必須符合有關(guān)技術(shù)政策、工程規(guī)范和主要技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。
　　從宏觀上來說,工程設(shè)計包括固定設(shè)施(橋梁、線路、站場等)、移動設(shè)施(動車組)和設(shè)備設(shè)施(用于聯(lián)系固定設(shè)施和移動設(shè)施的相關(guān)設(shè)備等)。這三部分都需要進(jìn)行精心的規(guī)劃和設(shè)4to往細(xì)處說,在工務(wù)工程方面要控制橋梁、隧道、路基等的結(jié)構(gòu)變形(包括工程對地基產(chǎn)生的變形和結(jié)構(gòu)本身產(chǎn)生的不可恢復(fù)的變形等),要有適宜的剛度匹配,才能滿足安全、舒適等的基本要求。
　　在工程設(shè)計時,我們高度重視設(shè)計產(chǎn)品的安全性。高速鐵路運行速度高,安全上出不得任何問題,這需要在設(shè)計的源頭上加以研究控制,確保高速鐵路的建設(shè)與運營安全。線路走向的設(shè)計,要查明沿線的地質(zhì)情況,比如采空區(qū)、大型滑坡、活動斷裂帶等必須繞避;特別是隧道工程,穿過巖溶、斷層、大型暗河等等不良地質(zhì),以及可能誘發(fā)重大環(huán)境地質(zhì)災(zāi)害引起高度重視。高舒適性設(shè)計上,線路縱斷面連接充分考慮到了列車豎向和橫向平穩(wěn)型的舒適度的圓曲線,確保列車平穩(wěn)運行。大家熟悉的無砟軌道對于軌下結(jié)構(gòu)變形、鋪設(shè)精度等都有極高的要求。
　　中國報道:我們知道。京津城際實現(xiàn)了中國高速鐵路上的“陸地飛行”。哪些關(guān)鍵技術(shù)能夠支撐這樣的高速度?
　　孫樹禮:高速度是一個表現(xiàn)點,在高速度之下,內(nèi)涵是很豐富的。為了確保京津城際鐵路高速度,在設(shè)計之初,我們有針對性的對高速鐵路的關(guān)鍵技術(shù)及重點問題進(jìn)行了科研攻關(guān),我們在科研成果和工程試驗段實踐經(jīng)驗的基礎(chǔ)上,積極引進(jìn)國外先進(jìn)的技術(shù)進(jìn)行消化、吸收,并針對我國國情、路情進(jìn)行再創(chuàng)新,最終我們把若干個關(guān)鍵技術(shù)及幾個重大問題解決得非常好。
　　我們在無砟軌道方面進(jìn)行了基礎(chǔ)理論、結(jié)構(gòu)設(shè)計、制造技術(shù)、施工技術(shù)及工藝裝備等進(jìn)行研究,我們形成了具有自主知識產(chǎn)權(quán)的CRTS(中國鐵路軌道系統(tǒng))技術(shù)體系,并成功應(yīng)用于京津城際鐵路。其中,運用CRTS II型板式無砟軌道設(shè)計、制造、施工等一系列關(guān)鍵技術(shù),使每塊軌道板根據(jù)其軌道幾何尺寸采用數(shù)控打磨,其制造精度大幅度提高,提高生產(chǎn)效率。
　　高速鐵路對軌道的平順性要求很高,對路基、橋梁基礎(chǔ)的沉降要求很高,在路基沉降的過程中,路基采用裝樁板結(jié)構(gòu)以及預(yù)應(yīng)力管樁。應(yīng)用多種理論進(jìn)行橋梁沉降的預(yù)測控制,相鄰的不均勻沉降量之差控制在5毫米之內(nèi)。還有就是降低區(qū)域地面沉降的風(fēng)險,研制了可調(diào)高支座,成功應(yīng)用于京津城際鐵路。
　　我們還采用衛(wèi)星定位技術(shù),精度達(dá)到百萬分之一。我們自主研發(fā)了一體化測量設(shè)備,實現(xiàn)測量數(shù)據(jù)自動化處理。精測網(wǎng)的建立,實現(xiàn)了無砟軌道的高精度定位,為軌道的穩(wěn)定提供了技術(shù)支持。
　　中國報道:無砟軌道與現(xiàn)在常見的有砟軌道有什么不一樣?無砟軌道上列車的舒適度如何?
　　孫樹禮:無砟軌道和有砟軌道的區(qū)別可謂一目了然,以往我們看到的鐵路線,在鋼軌和枕木下是大量的碎石,也就是我們所說的道砟。列車在運行過程中由于車輪和鋼軌的摩擦,會對線路造成很大的震動,這些石砟就起到了減震和保持線路平順的作用。京津城際鐵路對線路的要求是高平順性,為旅客創(chuàng)造最舒適的出行空間,因此采用了當(dāng)今世界最先進(jìn)的無砟軌道技術(shù)。它包括了底座板、墊層、CRTS II型板和鋼軌四個組成部分,鋼軌直接固定在CRTS II型板上,替代了傳統(tǒng)的碎石路基。它的好處在于鋪設(shè)起來的線路平順性更好,有利于高速列車平穩(wěn)運行,此外有效避免了碎石路基所產(chǎn)生的粉塵,使得線路更加干凈環(huán)保。
　　鋼軌下的CRTS II型板都是根據(jù)前期精確的勘測數(shù)據(jù)通過數(shù)控機床打磨出來的,每塊板都有固定的位置,每個部件連接槽的誤差率都控制在一根頭發(fā)絲直徑的范圍內(nèi)。因此京津城際動車組行駛起來相當(dāng)平穩(wěn)舒適。我們做過試驗,在京津城際列車以300多公里時速運行時,把一根香煙立在小桌子上,可以保持4分鐘或更長時間不倒。如何保障安全?
　　京津城際高鐵正常每日開行70對,周末每日開行75對,節(jié)假日每日開行85對,遇客流高峰期開行100對。統(tǒng)計顯示,在2010年8月1日京津城際高鐵運營兩周年之際,高鐵運行兩年間共運送旅客4096萬人,日均運送旅客5.96萬人,京津城際高鐵的平均上座率達(dá)70%,列車正點率接近100%,在促進(jìn)京津同城化、打造“半小時經(jīng)濟圈”上起到了重要作用。在這種大運量、高密度、公交化運輸組織模式的背后,如何達(dá)到預(yù)定的安全?中國高鐵技術(shù)能否經(jīng)得住檢驗?
　　中國報道:京津城際鐵路在防范災(zāi)害、環(huán)境保護上有什么特別設(shè)計嗎?
　　孫樹禮:為了避免出現(xiàn)意外情況特別是自然災(zāi)害影響鐵路行車安全,對旅客生命財產(chǎn)造成威脅,我們在京津城際鐵路全線建立了一整套防災(zāi)安全監(jiān)控系統(tǒng),包括防風(fēng)預(yù)警監(jiān)測、異物侵限監(jiān)測、防雪預(yù)警監(jiān)測等。防風(fēng)預(yù)警檢測系統(tǒng)的作用在于,當(dāng)風(fēng)速超過每秒15米時,列車就會減速運行,當(dāng)風(fēng)速達(dá)到每秒35米時,全線列車會停止運行。異物侵限檢測系統(tǒng)一旦監(jiān)測到線路上有不明物體,列車就會收到中央控制系統(tǒng)的指令停止運行。
　　此外,我們還設(shè)置了地震監(jiān)測系統(tǒng),鐵路全線的橋墩下都設(shè)置了感應(yīng)裝置和檢測器,可以隨時監(jiān)測橋墩的沉降情況,進(jìn)而判斷線路是否適宜行車,再將指令發(fā)給運行 列車以便隨時作出反應(yīng)。在環(huán)境工程設(shè)計中采用了環(huán)保及減震降噪措施,第一次采用承插式高速聲屏障設(shè)備,滿足了環(huán)保要求等等。
　　《中國報道》:在平時的運營過程中,主要依靠什么來確保安全運營?
　　孫樹禮:京津城際鐵路在平時的運營中遵循“重檢慎修”的原則,我們作為設(shè)計者會比較多參與“重檢”。每個月建設(shè)單位和運營單位會組織夜間上線,我們稱為“天窗時間”。進(jìn)行檢測。
　　在檢測過程中,我們最關(guān)注的還是軌道的平順性,觀察橋梁路基的沉降情況,軌道變形情況等等,一旦發(fā)現(xiàn)異常情況,就要及時研究采取應(yīng)對措施。京津城際鐵路位于京津地區(qū),屬于軟土地區(qū),如果大量抽取地下水會很容易形成“區(qū)域性地面沉降”,應(yīng)對這種沉降給我們研究及設(shè)計帶來了新的課題,我們通過課題攻關(guān),預(yù)測未來可能發(fā)生的變化,針對軟土地區(qū)的特點,采取了應(yīng)對措施,比如在線路縱斷面設(shè)計時不用是最大坡度,留有適當(dāng)余量;在橋梁設(shè)計時盡量采用簡支梁,以減小差異性沉降對橋梁結(jié)構(gòu)的影響;全線采用可調(diào)高支座,增加結(jié)構(gòu)對沉降的適應(yīng)性。
　　
　　如何“自主創(chuàng)新”?
　　
　　運營時速350公里,工程精確度以毫米計算,人均百公里能耗不到8度電……京津城際鐵路在節(jié)能環(huán)保、持續(xù)運營時速以及舒適度等多個方面均站在世界高速鐵路的最前列。僅用幾年時間,中國走完了發(fā)達(dá)國家?guī)资�年的高鐵研發(fā)之路,一舉成為第四個系統(tǒng)掌握時速300公里高鐵技術(shù)的國家。面對國外媒體的質(zhì)疑,孫總工程師說:“我們通過消化吸收國外先進(jìn)技術(shù)使之為我所用,從而提高自主創(chuàng)新的能力�！敝袊鴪蟮�:我們注意到,歐洲的高鐵公司對外媒說中國只是在他們的技術(shù)體系上改變了5%,然后就稱自己進(jìn)行了再創(chuàng)新。是這樣嗎?
　　孫樹禮:并非如此。拿京津城際來說,德國是我們的合作方,當(dāng)時他們只進(jìn)行了一個十公里試驗段的實驗,最終他們的試驗成績還落后于我們設(shè)計的其他試驗段。德國向我們轉(zhuǎn)讓的技術(shù),比如博格型板的技術(shù),最終是在京津城際這個項目中大面積研發(fā)、應(yīng)用,通過檢驗成功的,而這個技術(shù)德國當(dāng)時并沒有研發(fā)成熟,也沒有正式用于工程。德國路基比重大,大約占90%,中國橋梁占到接近90%,所以德國的技術(shù)與我們的適用性不同,他們在橋梁技術(shù)上只是做了一點實驗。這是事實。
　　此外,無砟軌道與國外也有不一樣的地方,我們用于車輛運行控制提供信息采用的是軌道電路傳輸,他們則是沒有絕緣的電纜,這是我們自主研究的成果。在材料方面,德國轉(zhuǎn)讓的技術(shù)都是德國標(biāo)準(zhǔn),但我們的材料如鋼材、水泥等完全國產(chǎn)化,技術(shù)內(nèi)涵完全不一樣。在隨后的京滬高鐵中,我們還在進(jìn)一步創(chuàng)新和優(yōu)化,比如擋塊的調(diào)整,這些都是國外沒有想到的。
　　中國報道:京津城際鐵路具有什么樣的示范意義?它對中國高速鐵路的建設(shè)將起到什么樣的作用?
　　孫樹禮:京津城際2005年7月開工建設(shè),2008年8月1日正式開通。匯集了當(dāng)今世界高速鐵路建設(shè)的最新成果和先進(jìn)技術(shù),作為我國高速鐵路的試驗線,為今后高速鐵路的發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。
　　京津城際鐵路是中國高速鐵路的示范性和標(biāo)志性工程,具有典型的示范意義:首先,京津城際的成功無論在綜合技術(shù)、單項技術(shù)上都有借鑒和示范作用,為正在大規(guī)模展開的客運專線建設(shè)提供借鑒;其次,通過京津城際鐵路的實踐,我們看到了高鐵對于拉動區(qū)域經(jīng)濟增長的作用;再次,在這個過程中,驗證了中國技術(shù)的可行性、合理性,這極大地增強了中國技術(shù)人員建設(shè)高鐵的自信心。從技術(shù)本身來說,盡管中國目前已達(dá)到世界的領(lǐng)先水平,但我們技術(shù)人員還要不斷努力,在高速鐵路設(shè)計中不斷創(chuàng)新。

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