蘭新高鐵：中國(guó)“智”造
——帶你走進(jìn)不一樣的蘭新高鐵

文/高俊

2014年12月26日，蘭新高鐵全線開(kāi)通運(yùn)營(yíng)。

隨著開(kāi)通前后各路媒體的集中報(bào)道，其“世界一次性建成里程最長(zhǎng)的高速鐵路”、“全球第一條修建在高原地區(qū)的高速鐵路”、“全球第一條通過(guò)大風(fēng)地區(qū)的高速鐵路”以及“中國(guó)西部建成通車的第一條高速鐵路”等概念逐漸為普通公眾所了解，蘭新高鐵也迅速成為歲末年初舉國(guó)關(guān)注的新聞熱點(diǎn)之一。

鮮為人知的是，作為一條長(zhǎng)達(dá)1776公里的長(zhǎng)大干線，蘭新高鐵沿途所經(jīng)地區(qū)包含了高原、高山、黃土、戈壁、沙漠、綠洲、濕地以及干旱、大風(fēng)、極寒等各種不良地質(zhì)類型和極端氣候?；旧铣浲梁臀髂系貐^(qū)常見(jiàn)的喀斯特巖溶地貌外，其他工程地質(zhì)難題在蘭新高鐵都能遇到，其綜合修建技術(shù)難度在國(guó)內(nèi)高鐵獨(dú)占鰲頭，堪稱中國(guó)最復(fù)雜、最具挑戰(zhàn)性的高鐵，也最能代表中國(guó)高鐵的綜合技術(shù)水平。

蘭新高鐵有哪些鮮為人知或尚不為人所知的特點(diǎn)？又在哪些方面體現(xiàn)了中國(guó)“智”造的技術(shù)水平？作者專程采訪了蘭新高鐵總設(shè)計(jì)師、中鐵第一勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)教授級(jí)高工王正邦。

中國(guó)高鐵“一半路基在蘭新”

眾所周知，高速鐵路對(duì)軌道的平順性有著近乎苛刻的要求，而路基工程因?yàn)榻Y(jié)構(gòu)相對(duì)松散、易沉降變形等自然特性，其穩(wěn)定性要遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于橋梁、隧道等剛性結(jié)構(gòu)，這也是目前國(guó)內(nèi)高鐵大范圍采用橋梁和隧道結(jié)構(gòu)的重要原因之一。而長(zhǎng)達(dá)1776公里的蘭新高鐵，沿線所經(jīng)地區(qū)大多為荒漠、戈壁，從工程的經(jīng)濟(jì)性和合理性考慮，采用造價(jià)相對(duì)低廉的路基工程應(yīng)為首選方案。

這給設(shè)計(jì)和建設(shè)者提出了嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。為此，鐵一院進(jìn)行了大量前期科研和試驗(yàn)，選擇確立了最科學(xué)合理的路基高度和結(jié)構(gòu)形式，在設(shè)計(jì)建設(shè)中采用加強(qiáng)填方、減少挖方，以疏為主以堵為輔的防排水加強(qiáng)措施和先期施工、自然沉降等一系列綜合手段；針對(duì)沿線極端寒冷和晝夜溫差大的特點(diǎn)，選用防凍性較好的路基填料，并在施工中嚴(yán)格控制，保證了路基填筑的高密實(shí)度。經(jīng)過(guò)連續(xù)三年的觀測(cè)，已建成路基的最大沉降值僅為8毫米，從而將路基的沉降率牢牢地控制在15毫米的許可范圍內(nèi)，確保了將來(lái)的安全運(yùn)營(yíng)。

據(jù)王正邦介紹，蘭新高鐵的路基工程占全線總長(zhǎng)度的66.8%以上，主要集中在祁連山以西至烏魯木齊以東的河西走廊地區(qū)，全長(zhǎng)接近1200公里，相當(dāng)于目前中國(guó)已建成高鐵的路基總長(zhǎng)度！

得益于大量采用了路基工程，蘭新高鐵的每公里造價(jià)僅為7000萬(wàn)元左右，而國(guó)內(nèi)已建成高鐵的每公里造價(jià)基本上都在億元以上，沿海及經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)地區(qū)的平均造價(jià)更是達(dá)到每公里近1.4億元。

“敢于在高鐵建設(shè)中大范圍采用路基工程，一方面體現(xiàn)了設(shè)計(jì)、建設(shè)者的底氣和自信，另一方面也反映出中國(guó)的高鐵技術(shù)取得了全面的進(jìn)步?！边@是所有參加過(guò)蘭新高鐵設(shè)計(jì)、施工的建設(shè)者共同的心聲。

內(nèi)服外敷” 解決干旱難題

蘭新高鐵全線采用無(wú)砟軌道鋪設(shè)，承載軌道的整體道床板為大面積現(xiàn)澆混凝土結(jié)構(gòu)，在施工過(guò)程中需要通過(guò)定期灑水進(jìn)行養(yǎng)護(hù)。而蘭新高鐵經(jīng)過(guò)的很多地段都是干旱大風(fēng)環(huán)境，其穿越戈壁地段超過(guò)線路總長(zhǎng)的50%，年均降雨量小于100毫米，中心地帶甚至不足50毫米，如果采用傳統(tǒng)的覆蓋灑水養(yǎng)護(hù)方式，在施工過(guò)程中水分蒸發(fā)的速度要遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于灑水的速度，很容易造成混凝土一直處于干濕循環(huán)狀態(tài)，惡化了混凝土質(zhì)量，有可能形成大量的收縮裂縫，會(huì)對(duì)工程質(zhì)量和后期的運(yùn)營(yíng)安全造成嚴(yán)重影響。

為此，鐵一院專門(mén)開(kāi)展了《干旱風(fēng)沙地區(qū)混凝土和無(wú)砟軌道施工質(zhì)量控制措施研究》課題，并根據(jù)相關(guān)研究成果，針對(duì)大風(fēng)干旱環(huán)境提出了“內(nèi)服外敷”的解決辦法?！皟?nèi)服”即預(yù)先在混凝土內(nèi)部摻入塑性階段表面保水、硬化階段內(nèi)部補(bǔ)水的內(nèi)養(yǎng)護(hù)材料；“外敷”則是指混凝土收面完成后立即在道床板表面噴涂保水率不小于85%的外養(yǎng)護(hù)材料。通過(guò)“內(nèi)外兼治”，起到了很好的保濕作用，從而有效防止了混凝土的水分蒸發(fā)，提高了一次成型的成功率和施工效率，滿足了高鐵施工嚴(yán)格的質(zhì)量要求。

“化整為零”避免道床開(kāi)裂

蘭新高鐵沿線的晝夜溫差非常大，極端情況下可以達(dá)到80攝氏度，如果采用常規(guī)的連續(xù)道床板結(jié)構(gòu)，在強(qiáng)烈的熱脹冷縮作用下，極易發(fā)生溫度裂縫且裂縫的寬度難以控制，同時(shí)隧道洞口段還易受雨水侵襲從而影響混凝土的耐久性。

為從根本上解決無(wú)砟軌道的開(kāi)裂問(wèn)題，鐵一院創(chuàng)造性地將整體道床“化整為零”，在路基地段設(shè)計(jì)采用19.5米長(zhǎng)度的雙塊式單元無(wú)砟軌道結(jié)構(gòu)，每隔19.5米設(shè)置一道橫向伸縮縫、每3.9米設(shè)置一道橫向假縫，并通過(guò)支承層設(shè)置縱向鋸齒形的凹槽，在道床板的伸縮縫設(shè)置傳力桿裝置，實(shí)現(xiàn)了道床變形的調(diào)節(jié)和控制；在隧道段，則采用6.5米的單元雙塊式無(wú)砟軌道結(jié)構(gòu)，每隔6.5米設(shè)置一道橫向伸縮縫，并通過(guò)在道床板與隧道仰拱間設(shè)置連接鋼筋等措施，有效避免了連續(xù)式道床板溫度裂縫的產(chǎn)生，提高了道床板混凝土的可靠和耐久性。

“穿衣蓋被”確保隧道暢通

蘭新高鐵全線共有隧道64座，總長(zhǎng)185.15公里，其中50座隧道集中在甘肅和青海境內(nèi)，總長(zhǎng)166.197公里，占全線隧道的92%。

全線最長(zhǎng)的隧道是位于青海西寧市大通縣和海北州門(mén)源縣的大坂山隧道，全長(zhǎng)15.918公里；最高的隧道是大梁隧道，軌面標(biāo)高海拔3607米；最著名的隧道是祁連山隧道，全長(zhǎng)9490米，與大梁隧道僅一溝之隔，遙遙相望。

這些隧道共同的特點(diǎn)是都位于極度嚴(yán)寒地區(qū)，夜間最低溫度往往達(dá)到零下40多度。而且祁連山區(qū)地下水極其豐富，隧道先后通過(guò)十幾條大的斷裂帶，地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜、新構(gòu)造運(yùn)動(dòng)強(qiáng)烈，褶皺、斷裂極度發(fā)育，巖石極其破碎，隧道開(kāi)挖后經(jīng)常會(huì)遇到突然涌水，祁連山隧道的最大涌水量甚至達(dá)到了每天10萬(wàn)方。更雪上加霜的是，高鐵隧道的開(kāi)挖斷面往往達(dá)到160平方米，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)一般鐵路隧道的50-60平方米，直接表現(xiàn)為極高的地應(yīng)力。剛剛開(kāi)挖成型的隧道在強(qiáng)大的壓力下會(huì)迅速變小，常規(guī)支護(hù)的鋼架和仰拱會(huì)扭曲、隆起，甚至連鋼筋混凝土襯砌都會(huì)被擠爆、開(kāi)裂。

冰凍、涌水、高地應(yīng)力，這些世界級(jí)的工程建設(shè)難題，成為隧道建設(shè)中必須首先解決的“攔路虎”。

借鑒青藏鐵路的成功經(jīng)驗(yàn)，鐵一院在高寒隧道的建設(shè)中沿襲了“保溫”的設(shè)計(jì)思想，并在此基礎(chǔ)上再增加一層襯砌，形成了雙層保溫襯砌結(jié)構(gòu)，鐵一院隧道設(shè)計(jì)負(fù)責(zé)人田鵬將其形象地稱之為“穿棉襖”；針對(duì)隧道開(kāi)挖后巖石松動(dòng)造成的涌水尤其是洞口滲水形成的凍結(jié)帶，則用“蓋被子”的方式，設(shè)計(jì)采用壓漿法施工，在襯砌內(nèi)部緊貼巖石注入一層水泥漿，以最大程度地封閉巖石縫隙，避免流水的侵蝕；為了解決地應(yīng)力大變形問(wèn)題，設(shè)計(jì)采用分步開(kāi)挖、臨時(shí)支護(hù)以及增設(shè)鋼支撐加固“鋼腰帶”等方法，有效地解決了這一施工難題。

與此同時(shí)，鐵一院先期設(shè)計(jì)開(kāi)展了平行導(dǎo)坑的驗(yàn)證性施工，用平導(dǎo)的施工隨時(shí)指導(dǎo)、調(diào)整正洞施工，并充分利用這一設(shè)施，在隧道正下方和側(cè)下方增設(shè)防寒泄水洞，利用隧道的自然落差將涌水排出洞外，在洞口設(shè)置保溫出水口，以通暢的排水確保了隧道的暢通。

“明擋暗鉆”通過(guò)四大風(fēng)區(qū)

蘭新高鐵新疆段穿越舉世聞名的內(nèi)陸四大戈壁風(fēng)區(qū)，總長(zhǎng)度達(dá)462.4公里，占此段線路總長(zhǎng)的65.1%，且大風(fēng)頻發(fā)、風(fēng)速極高，部分區(qū)段年均大于8級(jí)大風(fēng)的天氣達(dá)到208天，最大時(shí)速60米/秒，相當(dāng)于17級(jí)大風(fēng)，對(duì)高鐵設(shè)施和行車安全造成嚴(yán)重危害。

為確保運(yùn)營(yíng)安全，鐵一院在高鐵路基的迎風(fēng)側(cè)設(shè)置了高度3.5～4米的擋風(fēng)墻，并根據(jù)不同區(qū)域的風(fēng)力、風(fēng)向、頻率、地形及線路條件，因地制宜地設(shè)計(jì)了懸臂式、扶臂式、柱板式等多種結(jié)構(gòu)形式的鋼筋混凝土擋風(fēng)墻，其中僅新疆境內(nèi)的路基擋風(fēng)墻總長(zhǎng)度就達(dá)到345公里。

針對(duì)大風(fēng)區(qū)的124座橋梁，分別設(shè)計(jì)了T形、箱形、槽型橋梁結(jié)構(gòu)和總長(zhǎng)達(dá)95公里的擋風(fēng)屏，根據(jù)風(fēng)力大小，由不同尺寸的H型鋼柱和開(kāi)孔波形鋼板組成，固定在橋梁的兩側(cè)或一側(cè)。在大風(fēng)頻繁、風(fēng)力最為強(qiáng)勁的百里風(fēng)區(qū)，更是采用結(jié)構(gòu)受力和防風(fēng)結(jié)構(gòu)相結(jié)合的槽形梁形式，這也是該結(jié)構(gòu)在高鐵的首次應(yīng)用。

在百里風(fēng)區(qū)的核心地帶，還設(shè)計(jì)建成了長(zhǎng)達(dá)1.2公里的防風(fēng)明洞，相當(dāng)于在路基上拼裝了一座完整的“地上隧道”，迎風(fēng)一側(cè)為實(shí)體墻，背風(fēng)一側(cè)留有通風(fēng)和照明窗口，有效確保了高速列車的運(yùn)行安全。

蘭新高鐵的防風(fēng)工程建設(shè)規(guī)模在世界高速鐵路中位居首位，防風(fēng)工程技術(shù)的運(yùn)用在高速鐵路建設(shè)中尚屬首次。通過(guò)路基擋風(fēng)墻、橋梁擋風(fēng)屏、防風(fēng)明洞等三類主要防風(fēng)結(jié)構(gòu)和沿線的隧道、渡槽明洞及深路塹等兼顧防風(fēng)工程，蘭新高鐵實(shí)現(xiàn)了“明擋”和“暗鉆”的結(jié)合，將大風(fēng)的影響降低到最低程度，將每年因大風(fēng)限速的時(shí)間從既有蘭新鐵路的60天大幅度縮減至10天以內(nèi)。

中國(guó)“最親民”的高鐵

蘭新高鐵先后穿越甘肅、青海和新疆維吾爾自治區(qū)三個(gè)省區(qū)，其中甘肅境內(nèi)全長(zhǎng)799公里、青海境內(nèi)267公里、新疆境內(nèi)709.9公里，途經(jīng)青海省民和、樂(lè)都、平安、大通、門(mén)源各縣，穿越祁連山進(jìn)入甘肅省河西走廊，經(jīng)民樂(lè)、張掖、臨澤、酒泉、嘉峪關(guān)、玉門(mén)等縣市以及新疆自治區(qū)的哈密、鄯善、吐魯番，將蘭州、西寧和烏魯木齊三個(gè)西部最重要的省會(huì)城市連為一體，全線共設(shè)37座車站（不含蘭州西和烏魯木齊新客站）。

不同于國(guó)內(nèi)高鐵車站往往遠(yuǎn)離市區(qū)、旨在帶動(dòng)城市新區(qū)建設(shè)和發(fā)展的常見(jiàn)思路，蘭新高鐵在車站位置的選擇上有意識(shí)地向人口密集城區(qū)靠攏，以方便廣大群眾的日常出行。

作為新建設(shè)的大型鐵路客運(yùn)樞紐，蘭州西站位于城市中心繁華地帶，并通過(guò)多層次立體化的交通銜接，將高鐵、城市軌道交通和常規(guī)的公交、出租車、長(zhǎng)途客運(yùn)及社會(huì)車輛高效地整合在一起，形成了快速便捷的大型城市綜合交通樞紐。西寧站則直接接入位于市中心的現(xiàn)有西寧火車站，并進(jìn)行現(xiàn)代化改擴(kuò)建，以滿足高鐵運(yùn)營(yíng)和人民群眾日益增長(zhǎng)的出行需求。

既有蘭新鐵路的吐魯番、鄯善車站都遠(yuǎn)離市區(qū)，其中吐魯番車站距離市區(qū)49公里、鄯善車站距離市區(qū)39公里。蘭新高鐵在設(shè)置新的站位時(shí)，為旅客出行方便，將新設(shè)的吐魯番北、鄯善北車站位置選擇在距離市區(qū)3公里的地方，同時(shí)將吐魯番北站與吐魯番機(jī)場(chǎng)平行臨靠，實(shí)現(xiàn)了航空旅客與鐵路旅客的零換乘。

蘭新高鐵全線開(kāi)通后，12小時(shí)之內(nèi)即可從蘭州直達(dá)烏魯木齊，比現(xiàn)有最快的特快列車還要節(jié)省6個(gè)小時(shí)以上，且未來(lái)運(yùn)營(yíng)時(shí)間將進(jìn)一步壓縮到8小時(shí)以內(nèi)。而隨著幾年后寶蘭客專的建成通車，昔日的絲綢之路將全線邁入“高速時(shí)代”，烏魯木齊至成都、重慶、鄭州、西安均可實(shí)現(xiàn)“夕發(fā)朝至”。

“最美高鐵”覽盡西部風(fēng)情

作為橫穿整個(gè)中國(guó)西部的長(zhǎng)大干線，蘭新高鐵不但是西部地區(qū)的交通命脈，更串連起一座座久負(fù)盛名的西部旅游勝地，成為一條不折不扣的黃金旅游線路。

在甘肅省會(huì)蘭州乘著羊皮筏子感受完黃河的魅力，可以坐著高鐵一路向西，欣賞青海湖的湖光山色，感受塔爾寺的人文氛圍，在門(mén)源的油菜花海中徜徉流連，領(lǐng)略“大美青?！钡膫€(gè)中真諦；之后穿大坂、越祁連，著名的河西走廊便出現(xiàn)在你的視野：鬼斧神工的張掖丹霞地貌，歷盡滄桑的古絲路名關(guān)陽(yáng)關(guān)、玉門(mén)關(guān)，“天下第一雄關(guān)”的嘉峪關(guān)，以及中國(guó)航天工業(yè)的搖籃酒泉衛(wèi)星發(fā)射中心，稍遠(yuǎn)還有著名的莫高窟、鳴沙山、月牙泉；略作休整繼續(xù)向西，即進(jìn)入了新疆的東大門(mén)哈密，這里有神秘的魔鬼城，還有遼闊的巴里坤草原；在吐魯番品嘗過(guò)甜美的葡萄，于火焰山下與唐僧師徒合影留念，最后來(lái)到蘭新高鐵的終點(diǎn)烏魯木齊。體會(huì)過(guò)大巴扎的風(fēng)情，品味過(guò)烤肉拌面的濃烈，美麗的新疆便從此在你心里種下一顆牽掛的種子，成為永不磨滅的記憶。

乘坐蘭新高鐵出行，一定會(huì)帶給你一種不一樣的感覺(jué)。