兰新高铁:中国“智”造

高 俊

来源:1分快3-3分快3计划2019年09月11日14:05

新中国成立七十年来,我国铁路从路网稀疏发展到现在纵横交错、风驰电掣,铁路已织出了幸福路。七十年来,铁路巨变见证中国发展。如今,中国铁路营业里程已经增长到13.1万公里以上,尤其是中国高铁,营业里程已达2.9万公里以上,我国已拥有着世界上最现代化的铁路网和最发达的高铁网。作为新中国成立的第一批大型勘察设计企业,中铁第一勘察设计院集团有限公司(以下简称铁一院)六十多年来设计建成了3万多公里干、支线铁路,使广袤的中国西北大地实现了从无到有、从线到网、纵横交叉的路网格局。回首在铁路上奋斗过的岁月,兰新高速铁路(简称兰新高铁)是回忆中不可磨灭的一颗星……

绝!“知难而进”工程建设勇"亮剑"

选择高铁出行,已成为国内外游客领略壮美山河的首选交通方式。

而鲜为人知的是,作为中国西部最重要的钢铁大动脉和“一带一路”陆桥通道的重要组成部分,这条跨越1776公里的长大干线沿途所经地区不但包含了高原、高山、黄土、戈壁、沙漠、绿洲、湿地等各种地质类型,还面临着干旱、大风、极寒等极端气候条件,堪称是中国最具挑战性的高铁。用它的总设计师、铁一院教授级高工王正邦的话说,这是一条“最能代表中国铁路综合技术水平的高铁”。

牛!中国高铁“一半路基在兰新”

众所周知,高速铁路对轨道的平顺性有着近乎苛刻的要求,而路基工程因为结构相对松散、易沉降变形等自然特性,其稳定性要远远低于桥梁、隧道等刚性结构,这也是目前国内高铁大范围采用桥梁和隧道结构的重要原因之一。

考虑到兰新高铁沿线所经地区大多为荒漠、戈壁,从工程的经济性和合理性考量,采用造价相对低廉的路基工程应为首选方案,但这给设计和建设者提出了严峻挑战。为此,铁一院进行了大量前期科研和试验,选择确立了最科学合理的路基高度和结构形式,采用加强填方、减少挖方,以疏为主、以堵为辅的防排水加强措施和先期施工、自然沉降等一系列综合手段,选用防冻性较好的路基填料,并严格控制路基填筑的高密实度,将沉降率牢牢地控制在15毫米的许可范围内,从根本上确保了运营安全。

据王正邦介绍,兰新高铁的路基工程接近1200公里,相当于当时中国已建成高铁的路基总长度!而得益于大量采用路基工程,兰新高铁的每公里造价仅为7000万元左右,仅为沿海及经济发达地区平均造价的一半。

“敢于在高铁建设中大范围采用路基工程,一方面体现了设计、建设者的底气和自信,另一方面也反映出中国的高铁技术取得了全面进步。”这是所有兰新高铁建设者共同的心声。

奇!“内服外敷”解决干旱难题

兰新高铁全线采用无砟轨道铺设,承载轨道的整体道床为大面积现浇混凝土结构,施工过程中需要通过定期洒水进行养护。而兰新高铁超过一半的线路要穿越戈壁,年均降雨量小于100毫米,中心地带甚至不足50毫米,如果采用传统方式养护,水分蒸发的速度要远远大于洒水速度,很容易形成大量收缩裂缝,会对工程质量和后期的运营安全造成严重影响。

为此,铁一院专门开展了相关课题研究,并针对大风干旱环境提出了“内服外敷”的解决办法。“内服”即预先在混凝土内部掺入塑性阶段表面保水、硬化阶段内部补水的内养护材料;“外敷”则是指混凝土收面完成后立即在道床板表面喷涂保水率不小于85%的外养护材料。通过“内外兼治”,有效防止了混凝土的水分蒸发,提高了一次成型的成功率和施工效率,满足了高铁施工严格的质量要求。

巧!“化整为零”避免道床开裂

兰新高铁沿线的昼夜温差非常大,极端情况下可以达到80摄氏度,如果采用常规的连续道床板结构,在强烈的热胀冷缩作用下,极易发生温度裂缝且裂缝的宽度难以控制,同时隧道洞口段还易受雨水侵袭而影响混凝土的耐久性。

为从根本上解决无砟轨道的开裂问题,铁一院创造性地将整体道床“化整为零”,在路基地段设计采用双块式单元无砟轨道结构,每隔19.5米设置一道横向伸缩缝、每3.9米设置一道横向假缝,并通过支承层设置纵向锯齿形的凹槽,同时在道床板的伸缩缝中设置传力杆装置,从而巧妙实现了道床变形的调节和控制。在隧道段落,则采用6.5米的单元双块式无砟轨道结构,每隔6.5米设置一道横向伸缩缝,并通过在道床板与隧道仰拱间设置连接钢筋等措施,有效避免了连续式道床板温度裂缝的产生,提高了道床板混凝土的可靠和耐久性。

妙!“穿衣盖被”确保隧道畅通

兰新高铁超过90%的隧道集中在甘肃和青海境内,其共同特点一是都位于极度严寒地区,最低温度达到零下40度;二是地下水极其丰富,尤其祁连山隧道开挖后的最大涌水量高达每天10万方;三是要通过十几条大的断裂带,并且高铁隧道的开挖断面要远远超过一般铁路隧道,直接表现为极高的地应力,刚刚成型的隧道支护在强大的压力下会扭曲、隆起,甚至钢筋混凝土衬砌都会被挤爆、开裂。这些世界级的工程建设难题,成为隧道建设中必须首先解决的“拦路虎”。

借鉴青藏铁路的成功经验,铁一院在高寒隧道的建设中沿袭了“保温”的设计思想,并在此基础上再增加一层衬砌,形成了“穿棉袄”的双层保温衬砌结构;针对隧道开挖后岩石松动造成的涌水尤其是洞口渗水形成的冻结带,则用“盖被子”的方式,设计采用压浆法施工,在衬砌内部紧贴岩石注入一层水泥浆,以最大程度地封闭岩石缝隙,避免流水的侵蚀;为了解决高地应力带来的大变形问题,设计采用分步开挖、临时支护以及增设钢支撑加固“钢腰带”等方法,有效地解决了这一施工难题。

与此同时,铁一院先期设计开展了平行导坑的验证性施工,并充分利用这一设施,在隧道正下方和侧下方增设防寒泄水洞,利用隧道的自然落差将涌水排出洞外;同时在洞口设置保温出水口,以通畅的排水,确保了隧道的畅通。

高!“明挡暗钻”通过四大风区

兰新高铁新疆段穿越举世闻名的内陆四大戈壁风区,总长度达462.4公里,且大风频发、风速极高,部分区段年均大于8级大风的天气达到208天,最大时速60米/秒,相当于17级大风,对高铁设施和行车安全造成了严重危害。

为确保运营安全,铁一院在高铁路基的迎风侧设置了高度3.5~4米的挡风墙,并根据不同区域的风力、风向、频率、地形及线路条件,因地制宜地设计采用了悬臂式、扶臂式、柱板式等多种结构形式的钢筋混凝土挡风墙,其中仅新疆境内的路基挡风墙总长度就达到345公里。

针对大风区的124座桥梁,分别设计采用了T形、箱形等多种桥梁结构,以及总长达95公里的挡风屏。挡风屏由根据风力大小采用不同尺寸的H型钢柱和开孔波形钢板组成,固定在桥梁的两侧或一侧。在大风频繁、风力最为强劲的百里风区,则采用了结构受力和防风结构相结合的槽形梁形式,这也是该结构在高铁的首次应用。

在百里风区的核心地带,还设计建成了长达1.2公里的防风明洞,相当于在路基上拼装了一座完整的“地上隧道”,迎风一侧为实体墙,背风一侧留有通风和照明窗口,有效确保了高速列车的运行安全。

通过路基挡风墙、桥梁挡风屏、防风明洞以及沿线的辅助防风工程,兰新高铁实现了“明挡”和“暗钻”的有效结合,将每年因大风限速的时间从原有兰新铁路的60天大幅度缩减到10天以内。

强!摘取国际工程咨询“诺贝尔奖”

2017年国庆期间,在印度尼西亚雅加达召开的国际咨询工程师联合会(FIDIC,菲迪克)年会上,铁一院总体设计的兰新高铁以“世界上一次性建成里程最长的高速铁路”“全球第一条修建在高原地区的高速铁路”“全球第一条通过大风地区的高速铁路”“全球第一条穿越沙漠和戈壁地区的高速铁路”和“成功攻克严寒、戈壁、大风三大世界性工程技术难题”的骄人战绩,一举摘得被誉为国际工程咨询界“诺贝尔奖”的“年度杰出项目奖”——这是FIDIC年度最高奖,全球仅有3个项目获此殊荣。

而在这一殊荣的背后,是中国的铁路建设者超过一个甲子的拼搏和奉献。

作为荣获全球最高奖项的第一项高铁工程,兰新高铁不但树起了“中国智造”的又一座丰碑,更承载着中华民族伟大复兴的世纪之梦,昂首奔向一个新的时代。

(中国工程咨询协会推荐)

(责编:宋美琪、白 翔)