秦沈鐵路十年回眸

喬健

（鐵道部工程設(shè)計鑒定中心原副總工程師，北京 100844）

秦沈鐵路十年回眸

喬健

（鐵道部工程設(shè)計鑒定中心原副總工程師，北京 100844）

回顧秦沈鐵路的決策和建設(shè)過程，總結(jié)了秦沈鐵路設(shè)計、建造中的諸多“第一次”，形成高速鐵路設(shè)計理念。秦沈鐵路的建設(shè)對中國形成自己的高速鐵路標準和建設(shè)方案起到了探索和奠基的作用。

秦沈鐵路；高速鐵路；設(shè)計；標準；建設(shè)方案

1 概述

鐵道部經(jīng)過廣深準高速鐵路的探索，在出關(guān)通道上提出客運專線這個概念時，面臨的最大問題就是客、貨分線運輸后，專跑客車的客運專線速度目標值和建設(shè)標準的問題。中國鐵路當時雖已立項研究高速鐵路主要技術(shù)問題多年，但仍沒有建設(shè)高速鐵路的經(jīng)驗和技術(shù)儲備，在上報和批復的預可研、可研、初步設(shè)計文件中用基礎(chǔ)設(shè)備按160 km/h以上設(shè)計描述?？梢?，當時各級決策層面對客運專線技術(shù)標準的理解是不一致的。因此該條鐵路建成通車后，鐵道部還在被追問，到底是按照多少行車速度設(shè)計、建造的。秦沈鐵路建成十年了，決策的環(huán)境、人員都發(fā)生了巨大的變化，中國的高速鐵路建設(shè)成就已享譽全球，回顧秦沈鐵路的決策、設(shè)計、建造，可以用鄧小平同志對社會變革的一句話來表述，“摸著石頭過河”。秦沈鐵路的設(shè)計、建造創(chuàng)造了中國鐵路建設(shè)史上的許多第一次。本文就羅列這些第一次對后來建設(shè)高速鐵路的影響和經(jīng)驗教訓，供大家參考。

2 秦沈鐵路建設(shè)中的“第一次”

2.1 第一次將曲線半徑成段分布

秦皇島站中心至沈陽北站中心是秦沈鐵路的設(shè)計范圍，約為400 km，全線共設(shè)有82個曲線，曲線半徑值有R=1 500 m、3 500 m、4 000 m、4 500 m、5 500 m、6 000 m、7 000 m、8 000 m、10 000 m。當時認為曲線半徑3 500 m可以運行250 km/h車速，曲線半徑5 500 m可以運行300 km/h車速。

從山海關(guān)出發(fā)到錦州前是鐵道部安排的300 km/h行車試驗的試驗段，采用的曲線半徑均大于等于5 500 m曲線半徑；錦州至溝幫子段處于低山區(qū)，從DK81+457處到DK225+226處，成段地采用了最小曲線半徑3 500 m，之后又均采用大于或等于5 500 m曲線半徑；進入沈陽樞紐大成站，在DK400+050處采用了一處曲線半徑為1 500 m的曲線后進入沈陽北站。按當時的策劃，前81 km段落可以運行300 km/h車速，中間約144 km段落可以運行250 km/h車速，后約175 km段落可以運行300 km/h車速，進入沈陽樞紐的約11 km按普通客車速度運行。這是第一次在設(shè)計中成段落布置曲線，以利于設(shè)備標準配套和行車操作。

2.2 第一次在鐵路橋梁設(shè)計中采用動力學分析作為控制設(shè)計的參考標準

在秦沈鐵路之前，中國鐵路無論在準高速鐵路、客貨混跑鐵路、重載、運煤專線都采用一種圖號的組合T形梁，并有成套的運架設(shè)備。它經(jīng)受過承載能力的考驗，卻沒有經(jīng)受過行車速度的考驗，因為中國當時還沒有高速鐵路。

在設(shè)計和審查階段，相關(guān)人員出訪、調(diào)查了世界各國的高速鐵路橋梁形式，也沒有發(fā)現(xiàn)固定的模式和規(guī)律，西班牙用多片式T梁，德國用混凝土箱型梁，日本用小剛構(gòu)橋，法國用鋼板梁等等。但發(fā)現(xiàn)各國采用梁的剛度遠大于其規(guī)范規(guī)定值，并有動力學的要求，這一點在我國之前的規(guī)范中是沒有的?！皠恿W仿真分析”是當時設(shè)計高速鐵路橋梁較為新穎的詞匯，鐵道部科技司在組織鐵道科學研究院、高等院校等部門研究動力仿真分析軟件方面下了很大功夫，并使多家分析離散的成果逐漸趨向統(tǒng)一，將秦沈鐵路擬采用的橋梁形式背對背發(fā)放給動力學軟件研制各單位。建成后有了實體對照的測試結(jié)果，驗證的成果使之后建造的高速鐵路有了基本的數(shù)據(jù)參考。雖然當時分析的仿真成果精準性還不夠高，卻使秦沈鐵路采用的橋梁形式有了初始的動力學判斷成果。

2.3 第一次在中國鐵路建設(shè)中大范圍采用混凝土箱型梁、鋼箱型連續(xù)梁、混凝土剛構(gòu)連續(xù)梁

設(shè)計和審查階段對于混凝土常用跨度梁是采用T形梁、∏形梁還是采用箱形梁的爭論是廣泛的，從工程量、動力學特征、運架設(shè)備、造價等方面，各部門、各層次的觀點都不太一致。無論哪種梁設(shè)置于秦沈鐵路都是第一次，最終基本統(tǒng)一到動力學特征方面?？缍?6 m以下的組合T形梁，動力學特征為良好，條件合適予以采用。而對于箱型梁，雙線整孔箱型梁的動力學特征好于單線組合式箱型梁，當時的適用速度分界在250 km/h左右。考慮到32 m箱型梁重接近900 t，制造架橋機和運梁車的技術(shù)跨度太大，引發(fā)眾多擔憂，故秦沈鐵路分區(qū)段多采用24 m跨度的雙線箱型梁和單線組合式箱型梁。

在最小半徑曲線5 500 m及以上的區(qū)段，配置了24 m整孔箱型梁和16 m組合T梁橋，用當時的動力學指標判斷，運行300 km/h車速時為合格和良好。為了減小運架梁噸位，在最小半徑3 500 m的區(qū)段，配置了24 m單線組合式箱型梁。

對于跨越道路等需要大跨度橋梁時，參照法國的經(jīng)驗設(shè)置了中跨32 m、40 m、48 m、56 m鋼混凝土結(jié)合連續(xù)梁，以及中跨24 m及以下或多個24 m的混凝土剛構(gòu)連續(xù)梁橋，接近沈陽的約100 km路段橋梁稀少，采用運架梁長途運輸不合理，均采用了上述結(jié)構(gòu)。

遼河橋位于DK337 km處，處在最小曲線半徑5 500 m及以上集中段落的中部，河道管理部門堅決不同意采用小于32 m跨度的橋梁。沒有可用的架橋機，最終采用階段拼裝施工方法，建成了74孔32 m雙線整孔箱型梁橋，也使能夠運行300 km/h的段落延長了約70余km。

這些第一次在中國鐵路上采用的橋式中，鋼混凝土結(jié)合連續(xù)梁經(jīng)測試后發(fā)現(xiàn)由于梁體重心高，實測動力學特性差于其他橋式，造價也沒有優(yōu)勢，在之后的高速鐵路建設(shè)中不再采用。24 m跨度的箱型梁雖然動力學仿真分析良好，實測也沒有發(fā)現(xiàn)明顯的問題，但其與車輛的換長接近，旅客感覺有共振的情況。隨著架橋設(shè)備上升為約900 t，有條件架設(shè)32 m箱型梁后，后期建造的高速鐵路不再集中采用24 m跨度的箱型梁，多采用32 m預應(yīng)力混凝土箱型簡支梁的橋式。

國外簡支梁的梁高一般為1/10，當時我國專家經(jīng)分析認為1/12就可以了，秦沈鐵路采用的24 m箱型梁的梁高是2 m，但經(jīng)后期測試有偏弱的傾向，在以后的高速鐵路建設(shè)中采用的箱型梁增加了梁高。我國后期建造的橋梁與世界各國高速鐵路簡支梁的高跨比規(guī)律基本一致，也適應(yīng)了大范圍鋪設(shè)無砟軌道的需求。

2.4 第一次在高標準線路橋梁上采用無砟軌道

在秦沈鐵路初步設(shè)計和審查階段，經(jīng)過科研前期立項，對無砟軌道技術(shù)有一些儲備，選擇了平坡直線的沙河、狗河橋作為實施工點，建設(shè)司組織對無砟軌道的梁進行了適應(yīng)性調(diào)整，主要工作是加高了20 cm梁高，以求減少梁體的混凝土收縮徐變上拱值。歷史上混凝土簡支梁的后期混凝土收縮徐變上拱值有發(fā)展得十分驚人的情況，發(fā)生過在有砟軌道的線路上上拱10余cm不得不換梁的情況。初步設(shè)計階段，在審查橋梁上無砟軌道結(jié)構(gòu)的設(shè)計時與各部門協(xié)商后，審查意見確定無砟軌道的結(jié)構(gòu)高度與有砟軌道的結(jié)構(gòu)高度相同，這也表明當時對無砟軌道的認識并不充分，留有拆換的條件，在秦沈鐵路運行多年后建設(shè)的高速鐵路橋梁上無砟軌道的結(jié)構(gòu)高度有所降低。

秦沈鐵路建造過程中，由于工總、建總兩個總公司認為都需要實施無砟軌道的技術(shù)儲備，提出要求工程總公司范圍也選一座雙河橋?qū)嵤o砟軌道。該橋位于3 500 m曲線半徑上，其超高的設(shè)置一度困擾相關(guān)專家，直線上可以不談速度和超高，而曲線上則非定不可。這個問題直到今天尚沒有定論，在各條高速鐵路建設(shè)中，到底按什么速度確定超高需要一事一議[1]。

2.5 第一次采用600 t無軌運輸?shù)倪\、架梁設(shè)備

秦沈鐵路采用的雙線整孔箱型梁重達550 t，設(shè)計、審查、建造初期對采用有軌還是無軌運、架梁設(shè)備，展開了廣泛的研究和討論。最終無軌運、架梁成為主流和開拓的聲音，并采用引進和自行研造運架梁設(shè)備兩條腿走路的方式。

引進的尼古拉運架橋機的隨機外國工程人員不敢上看上去纖細的中國橋墩，經(jīng)中國工程人員上墩架設(shè)幾孔后，才正式開展工作并認真審視中國式的橋墩。之后建造的高速鐵路橋墩的剛度也隨著動力學仿真研究的深入得到了提高。

中國自己研制的運梁車、架橋機發(fā)揮了全國各行業(yè)的技術(shù)專長和積極性。從運、架梁效率上看，與國外的設(shè)備相差無幾，只是在制造工藝上還有提高的空間。

尼古拉運架橋機的常用規(guī)格是600 t、900 t、1 400 t，分別可以架設(shè)25 m、30 m、40 m預應(yīng)力混凝土箱型梁，并在多個國家的高速鐵路上有使用。當時注意到600 t運架橋機與900 t的運架橋機并無本質(zhì)的區(qū)別，這也為后期研制高速鐵路的32 m預應(yīng)力混凝土箱型梁的運架設(shè)備奠定了基礎(chǔ)。

2.6 第一次采用廠拌級配路基表層填料

級配碎石填筑路基基床表層不是秦沈鐵路提出的，但施工中采用配料廠、分料機配置級配填料是中國鐵路建設(shè)的首次，使級配填料真正達到了分級級配的標準。其工藝雖不復雜，但帶來的結(jié)果對之后設(shè)計、建設(shè)的高速鐵路起到了指導作用。

2.7 第一條沒有區(qū)間地面信號機的鐵路

秦沈鐵路采用車載速度顯示信號作為行車憑證，取消了傳統(tǒng)的區(qū)間地面通過信號機，是基于200 km以上速度行車司機能否看得清信號燈顯示的問題。秦沈鐵路也是我國第一條沒有地面信號機的鐵路。

引進采用車站聯(lián)鎖系統(tǒng)與列車運行控制系統(tǒng)合二為一的一體化系統(tǒng)，將系統(tǒng)之間傳統(tǒng)的外部接口方式轉(zhuǎn)變?yōu)橄到y(tǒng)內(nèi)部進行信息交換的方式，提高了系統(tǒng)的可用性和可靠性。并采用專用光纖進行安全數(shù)據(jù)傳輸?shù)男盘柊踩珨?shù)據(jù)局域網(wǎng)和廣域網(wǎng)技術(shù)，將全線信號控制系統(tǒng)連成了一個整體，信息共享。

第一次采用信號系統(tǒng)綜合接地，將沿線所有信號設(shè)備的接地實現(xiàn)等電位連接，實現(xiàn)了多專業(yè)設(shè)備的綜合接地，也是高速鐵路綜合接地系統(tǒng)的雛形。

秦沈鐵路信號工程采用的技術(shù)是我國鐵路信號領(lǐng)域的重大技術(shù)創(chuàng)新嘗試，為高速鐵路設(shè)計規(guī)范編制和后續(xù)建設(shè)的高速鐵路所借鑒和采納。由于該系統(tǒng)對使用人員的要求較高，備品備件依賴于國外，而秦沈鐵路又孤立于一個傳統(tǒng)的大系統(tǒng)之外，目前列控和聯(lián)鎖設(shè)備已被傳統(tǒng)的獨立設(shè)備取代。

2.8 第一次在鐵路上采用銅鎂合金接觸線

我國傳統(tǒng)電氣化鐵路接觸導線主要采用純銅線、銅銀合金線等，由于列車高速運行需要提高接觸網(wǎng)接觸導線的張力和良好的弓網(wǎng)受流性能，在秦沈鐵路高速試驗段首次采用了銅鎂合金導線，張力提高到20 kn，適應(yīng)了高速試驗列車運行的弓網(wǎng)受流要求，也為后來發(fā)展的高速鐵路建設(shè)奠定了基礎(chǔ)。

2.9 第一次建造了真正意義上的橋梁上聲屏障

傳統(tǒng)的橋上聲屏障受到T型橋梁結(jié)構(gòu)的承重限制，多是在角鋼支架人行道邊設(shè)置鋼板并輔以各種隔、吸聲材料形成，其耐久性較差，幾年后隔、吸聲材料脫落者占非常大的比例，最終剩下的薄鋼板基本起不到隔、吸聲作用，更有放大噪聲的說法。

秦沈鐵路在箱型梁上設(shè)置了插板式的聲屏障，插板由混凝土板和吸聲材料組成，真正實現(xiàn)了一定的隔、吸聲效果，也為之后高速鐵路橋梁上建設(shè)大范圍采用的插板式聲屏障奠定了基礎(chǔ)。

2.10 第一次在中國實現(xiàn)了試驗列車運行時速超過300 km

在秦沈鐵路建成初期的試驗階段，在山海關(guān)至錦州的試驗區(qū)段，動力集中拖掛18節(jié)車廂的中華之星列車，試驗速度達到321.5 km/h，成為當時在中國最高行車速度的記錄。

此外，秦沈鐵路上首次開展的工程實踐還有房建、施工組織等專業(yè)，這也是中國對高速鐵路建設(shè)的探索。在鐵道部各決策、科研、設(shè)計、審查等部門的密切協(xié)作下，以及各參建施工單位的認真實施和摸索下，對中國形成自己的高速鐵路標準和建設(shè)方案起到了探索和奠基的作用。

3 結(jié)束語

回眸秦沈鐵路的探索和建設(shè)，它使中國的工程技術(shù)人員和決策者有機會對高速鐵路的設(shè)計、建造標準和實施方案進行實踐。照搬國外的經(jīng)驗有不符合中國地理環(huán)境和國情的情況，而中國工程技術(shù)人員的創(chuàng)造性也使參觀過秦沈鐵路建設(shè)的外國同行刮目相看，這些實踐經(jīng)驗也為后期中國大范圍開展的高速鐵路建設(shè)奠定了基礎(chǔ)。秦沈鐵路的開拓使中國建設(shè)者明白一個道理，沒有自己的實踐，再好的工程經(jīng)驗也是學不來的。

[1]周詩廣.大跨度上鋪設(shè)無砟軌道結(jié)構(gòu)設(shè)計研究[J].鐵道經(jīng)濟研究，2011（1）：6-11

The article reviews the process of decision and construction of Qinshen Railway, expatiates contents of the project adopted for the first time trying the design of high-speed railway, and discusses the influence on the later construction of highspeed railways, playing the role of exploration and foundation for China to form own high-speed railway standard and construction scheme.

Qinshen railway； high-speed railway；design；standard；construction scheme

A

1004-9746（2013）02/03-0030-03

魏艷紅）

2013-04-10）