中國“最北高鐵”哈齊高鐵開通應(yīng)對高寒濕地挑戰(zhàn)
2015-09-01
8月17日，哈爾濱首發(fā)的D7989列車到達(dá)齊齊哈爾。當(dāng)日，哈爾濱至齊齊哈爾高鐵開通運營，全線設(shè)哈爾濱、哈爾濱北、肇東、安達(dá)、大慶東、大慶西、泰康、齊齊哈爾南8個車站，初期運營時速250公里。（新華社發(fā)）哈齊高鐵松花江特大橋是目前國內(nèi)首例整體四線剛性系桿拱橋，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。
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(wǎng)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(yán)寒酷暑、點多線長、凍脹變形等重重艱難險阻，我國鐵路建設(shè)者用突破性創(chuàng)新的智慧，以鋼鐵般的毅力，譜寫了一段高寒高鐵的嶄新篇章。
勇于探索
應(yīng)對高寒濕地挑戰(zhàn)
“作為哈齊高鐵的主要設(shè)計者，鐵三院為哈齊高鐵項目部派出了以""70后""""80后""為主力軍的骨干設(shè)計人員，我有幸成為這個項目的總工程師，從2009年開始參與到設(shè)計工作中，見證了哈齊高鐵從圖紙上到大地上的全過程?！辫F道第三勘察設(shè)計院集團(tuán)有限公司哈齊高鐵項目總工程師盧茂勝說。
被譽為我國“最北高鐵”的哈齊高鐵，正線全長281公里，其中橋涵部分占61.8%，路基部分占38.2%。哈爾濱鐵路局工作人員介紹，當(dāng)旅客乘坐哈齊高鐵列車時，普遍感覺到非常平穩(wěn)舒適，這在很大程度上要歸功于路基。哈齊高鐵全線鋪設(shè)無砟軌道，顯著技術(shù)難點便是如何嚴(yán)格控制軌道的變形。相對于其他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(zhàn)。
“雖然以前我也曾經(jīng)參加過秦沈客專、京滬高鐵的設(shè)計工作，但是首次擔(dān)任高鐵項目總工程師，負(fù)責(zé)哈齊高鐵的設(shè)計團(tuán)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(zhàn)，那就是嚴(yán)苛的氣候特點和特殊的地理環(huán)境。”盧茂勝介紹說。
哈齊高鐵全線位于高緯度嚴(yán)寒地帶，沿線地區(qū)一年中有半年時間處于冬季，最冷月平均氣溫達(dá)零下27.3攝氏度，沿線地勢低洼，地下水位較高，分布著扎龍自然保護(hù)區(qū)、龍鳳濕地，50%的路基路堤高度小于3米，可以說是“泡在水里的低路基”。冬季，土壤結(jié)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(shè)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(shù)難關(guān)的過程中，專業(yè)設(shè)計人員勇于創(chuàng)新、敢于探索。比如，路基設(shè)計創(chuàng)造性地采用了混凝土基床、改善路基填料或基床結(jié)構(gòu)、設(shè)置隔水層及防凍脹護(hù)道、加強(qiáng)地表水及地下水的排除等路基凍脹變形控制的新技術(shù)；橋梁從材料選娶混凝土強(qiáng)度等級、橋涵基礎(chǔ)埋深、附加防腐等多方面采取措施，保證了凍融環(huán)境下哈齊高鐵橋涵結(jié)構(gòu)的安全性和耐久性。
“內(nèi)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(xué)，在參與哈齊高鐵項目之前，還沒感受過什么是真正的冷?；慕家巴饬阆露?dāng)z氏度甚至零下40攝氏度的嚴(yán)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，就是要研究和破解哈齊高鐵路基凍脹變形控制的難題?！辫F三院地質(zhì)路基勘察設(shè)計院工程師，哈齊高鐵項目路基專業(yè)負(fù)責(zé)人劉東說。
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(huán)境，到了冬天這一帶的凍土現(xiàn)象較為嚴(yán)重。鐵路工作人員在哈大高鐵路基凍脹變形控制技術(shù)的基礎(chǔ)上，積極開展路基凍脹控制技術(shù)攻關(guān)，創(chuàng)造性地采用了改善路基填料或基床結(jié)構(gòu)、設(shè)置隔水層及防凍脹護(hù)道、加強(qiáng)地表水及地下水的排除等路基凍脹變形控制新技術(shù)。
“形象地說，這種路基凍脹變形控制技術(shù)，如同傳統(tǒng)中醫(yī)治療的""內(nèi)服外敷""法?！眲|介紹說，“內(nèi)服”就是改善了路堤填料，采用了粗顆粒填料防凍技術(shù)，即首先在凍結(jié)深度范圍內(nèi)填筑非凍脹性填料；其次，針對“泡在水中的低路基”的特殊情況，采用了混凝土基床結(jié)構(gòu)。這種混凝土基床防凍的設(shè)計方法在我國高鐵歷史上并不多見。
“外敷”是為了防患于未然，在路堤坡腳兩側(cè)設(shè)置“防凍脹護(hù)道”，也稱為“保溫護(hù)道”，該護(hù)道高2.5米、寬2.5米，采用就近挖方棄土的方法填筑，既對路基起到保溫作用，減少了路基凍脹，又利用了棄土，節(jié)約了棄土占地，保護(hù)了自然環(huán)境。
同時，還對地下水位埋深相對較大的低路堤地段，首次采用了將水導(dǎo)入地下的排水方法，并在約10公里的路基地段上成功應(yīng)用，經(jīng)過去年冬天的監(jiān)測，成功預(yù)防了“泡在水里的低路基”冬季凍脹變形問題。
“穿衣戴帽”
設(shè)計松花江特大橋
多年前，一部名為《夜幕下的哈爾濱》的電影，讓松花江上建于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，這就是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(yè)負(fù)責(zé)人尚海濤介紹說，其實，松花江特大橋原來的設(shè)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，它位于哈爾濱松花江畔斯大林公園東側(cè)，濱洲線2.741公里處。同時，它也是哈市道里、道外兩區(qū)的分界橋。2008年，松花江大橋被文物專家確定為國家重點文物進(jìn)行保護(hù)。于是，拆舊建新的設(shè)計方案行不通了，設(shè)計人員隨即進(jìn)行了橋梁移位變更設(shè)計。
如何在保留老橋的同時展現(xiàn)新橋的時代特征，并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(shè)計方案的一大難題。
為此，橋梁設(shè)計人員多次到橋位處調(diào)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(guī)劃、城建、水利等部門接洽后，最終確定為現(xiàn)在的四線預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁拱組合橋。它全長3460.58米，主橋跨度長626.6米，設(shè)計時速250公里，是目前國內(nèi)首例整體四線剛性系桿拱橋，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(shè)計松花江特大橋時，創(chuàng)新性地采用了在江底設(shè)置隔離保護(hù)層的方案，這就好比為該橋穿上了“鋼鐵衣”，避免建設(shè)施工及通車運營以后對松花江大橋產(chǎn)生破壞性的影響。同時，為了進(jìn)一步保證市區(qū)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(qū)間安裝一個9米高、17米寬、440米長的聲屏障。這個聲屏障形似一頂“防護(hù)帽”，可以很好地屏蔽哈齊高鐵動車組列車運行時的噪聲。
“2010年9月，松花江特大橋正式開始施工，其施工難度、安全質(zhì)量風(fēng)險均為我國橋梁史上罕見。施工中采用新工藝25項，完成技術(shù)創(chuàng)新成果29項。”中國鐵建(601186,股吧)二十二局教授級高工、項目指揮長張國華說。（經(jīng)濟(jì)日報記者齊慧）
