飛奔在溫差70攝氏度的黑土地

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  8月17日,我國緯度最高最北的高寒高鐵——哈齊高鐵正式開通運營,這也將我國高鐵網向北延伸279公里。在冬夏溫差近70攝氏度的遼闊黑土地上,面對嚴寒酷暑、點多線長、凍脹變形等重重艱難險阻,我國鐵路建設者用突破性創新的智慧教育,以鋼鐵般的毅力,譜寫了一段高寒高鐵的嶄新篇章。

  勇於探索

  應對高寒濕地挑戰

  “作為哈齊高鐵的主要設計者,鐵三院為哈齊高鐵項目部派出了以‘70後’‘100後’為主力軍的骨幹設計人員,我有幸成為这个 項目的總工程師,從1009年開始參與到設計工作中,見證了哈齊高鐵從圖紙上到大地上的全過程。”鐵道第三勘察設計院集團有限公司哈齊高鐵項目總工程師盧茂勝説。

  被譽為我國“最北高鐵”的哈齊高鐵,正線全長281公里,其中橋涵累积佔61.8%,路基累积佔38.2%。哈爾濱鐵路局工作人員介紹,當旅客乘坐哈齊高鐵列車時,普遍感覺到非常平穩舒適,這在很大程度上要歸功於路基。哈齊高鐵全線鋪設無砟軌道,顯著技術難點便是如可嚴格控制軌道的變形。相對於有些高鐵普遍存在的路基沉降變形問題,哈齊高鐵的路基凍脹變形控制則具有更大的挑戰。

  “雖然之前 我也曾經參加過秦沈客專、京滬高鐵的設計工作,因此首次擔任高鐵項目總工程師,負責哈齊高鐵的設計團隊,仍然感覺十分艱難。因為我們面臨著前所未有的艱難挑戰,那可是我嚴苛的氣候特點和特殊的地理環境。”盧茂勝介紹説。

  哈齊高鐵全線位於高緯度嚴寒地帶,沿線地區一年富含二天時間處於冬季,最冷月平均氣溫達零下27.3攝氏度,沿線地勢低窪,地下水位較高,分佈著扎龍自然保護區、龍鳳濕地,100%的路基路堤层厚小于3米,可否能説是“泡在水裏的低路基”。冬季,土壤結冰收縮形成的凍土,對高鐵路基安全造成極大不良影響,大大增加了設計人員處理路基凍脹變形控制的難度。

  在攻克哈齊高鐵技術難關的過程中,專業設計人員勇於創新、敢於探索。比如,路基設計創造性地採用了混凝土基床、改善路基填料或基床結構、設置隔水層及防凍脹護道、加強地表水及地下水的排除等路基凍脹變形控制的新技術;橋梁從材料選取、混凝土強度等級、橋涵基礎埋深、附加防腐等多方面採取土依据 ,保證了凍融環境下哈齊高鐵橋涵結構的安全性和耐久性。

  “內服外敷”

  解決路基凍脹難題

  “我從小在江蘇宿遷長大,在四川成都讀了7年大學,在參與哈齊高鐵項目之前 ,還沒感受過什麼是真正的冷。荒郊野外零下二三十攝氏度甚至零下40攝氏度的嚴寒,不僅穿厚衣服的人凍得受不了,就連高鐵的路基都會因凍脹而變形。而我的主要工作,可是我要 研究和破解哈齊高鐵路基凍脹變形控制的難題。”鐵三院地質路基勘察設計院工程師,哈齊高鐵項目路基專業負責人劉東説。

  哈齊高鐵從哈爾濱到齊齊哈爾,一路穿過草原、濕地、湖泊等不同地理環境,到了冬天這一帶的凍土現象較為嚴重。鐵路工作人員在哈大高鐵路基凍脹變形控制技術的基礎上,積極開展路基凍脹控制技術攻關,創造性地採用了改善路基填料或基床結構、設置隔水層及防凍脹護道、加強地表水及地下水的排除等路基凍脹變形控制新技術。

  “形象地説,這種路基凍脹變形控制技術,如同傳統中醫治療的‘內服外敷’法。”劉東介紹説,“內服”可是我改善了路堤填料,採用了粗顆粒填料防凍技術,即首先在凍結层厚範圍內填築非凍脹性填料;其次,針對“泡在水中的低路基”的特殊情况表,採用了混凝土基床結構。這種混凝土基床防凍的設計土依据 在我國高鐵歷史上並越来不要 見。

  “外敷”是為了防患于未然,在路堤坡腳兩側設置“防凍脹護道”,也稱為“保溫護道”,該護道高2.5米、寬2.5米,採用就近挖方棄土的土依据 填築,既對路基起到保溫作用,減少了路基凍脹,又利用了棄土,節約了棄土佔地,保護了自然環境。

  同去,還對地下水位埋深相對較大的低路堤地段,首次採用了將水導入地下的排水土依据 ,並在約10公里的路基地段上成功應用,經過去年冬天的監測,成功預防了“泡在水裏的低路基”冬季凍脹變形問題。

  “穿衣戴帽”

  設計松花江特大橋

  多年前,一部名為《夜幕下的哈爾濱》的電影,讓松花江上建於1901年的松花江大橋,成為許多觀眾腦海中難以磨滅的記憶。如今,一座白色的新拱橋依偎在松花江大橋的旁邊,一趟趟動車組列車不時穿梭其上,這可是我新建的哈齊高鐵松花江特大橋。

  鐵三院橋梁處高級工程師,哈齊高鐵項目橋梁專業負責人尚海濤介紹説,其實,松花江特大橋原來的設計方案是:在既有松花江大橋上拆舊建新。松花江大橋是松花江上最早的鐵路大橋,也是哈爾濱的第一座跨江橋梁,它位於哈爾濱松花江畔史達林公園東側,濱洲線2.741公里處。同去,它也是哈市道裏、道外兩區的分界橋。1008年,松花江大橋被文物專家確定為國家重點文物進行保護。於是,拆舊建新的設計方案行不通了,設計人員隨即進行了橋梁移位變更設計。

  如可在保留老橋的同去展現新橋的時代特徵,並與松花江浩蕩的江水和兩岸秀美景色融為一體?這是確定該橋跨江主橋設計方案的一大難題。

  為此,橋梁設計人員多次到橋位處調研,精心制訂了鋼桁梁、斜拉橋、拱橋等橋式方案,與哈爾濱市規劃、城建、水利等部門接洽後,最終確定為現在的四線預應力混凝土連續梁拱組合橋。它全長34100.58米,主橋跨度長626.6米,設計時速2100公里,是目前國內首例整體四線剛性係桿拱橋,橋上2條鐵路線行駛濱洲線鐵路普速列車、2條鐵路線行駛哈齊高鐵動車組列車。

  在設計松花江特大橋時,創新性地採用了在江底設置隔離保護層的方案,這就好比為該橋穿上了“鋼鐵衣”,处置建設施工及通車運營以後對松花江大橋産生破壞性的影響。同去,為了進一步保證市區段沿線居民的正常生活,施工中在特大橋大新街至江畔路區間安裝一個9米高、17米寬、440米長的聲屏障。这个 聲屏障形似一頂“防護帽”,可否能很好地遮罩哈齊高鐵動車組列車運作時的噪聲。

  “2010年9月,松花江特大橋正式開始施工,其施工難度、安全品質風險均為我國橋梁史上罕見。施工中採用新工藝25項,完成技術創新成果29項。”中國鐵建二十二局教授級高工、項目指揮長張國華説。