文/高俊

2014年12月26日，蘭新高鐵全線開通運營。

隨著開通前后各路媒體的集中報道，其“世界一次性建成里程最長的高速鐵路”、“全球第一條修建在高原地區(qū)的高速鐵路”、“全球第一條通過大風地區(qū)的高速鐵路”以及“中國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關注的新聞熱點之一。

鮮為人知的是，作為一條長達1776公里的長大干線，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、極寒等各種不良地質類型和極端氣候。基本上除軟土和西南地區(qū)常見的喀斯特巖溶地貌外，其他工程地質難題在蘭新高鐵都能遇到，其綜合修建技術難度在國內(nèi)高鐵獨占鰲頭，堪稱中國最復雜、最具挑戰(zhàn)性的高鐵，也最能代表中國高鐵的綜合技術水平。

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

中國高鐵“一半路基在蘭新”

眾所周知，高速鐵路對軌道的平順性有著近乎苛刻的要求，而路基工程因為結構相對松散、易沉降變形等自然特性，其穩(wěn)定性要遠遠低于橋梁、隧道等剛性結構，這也是目前國內(nèi)高鐵大范圍采用橋梁和隧道結構的重要原因之一。而長達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)濟性和合理性考慮，采用造價相對低廉的路基工程應為首選方案。

這給設計和建設者提出了嚴峻的挑戰(zhàn)。為此，鐵一院進行了大量前期科研和試驗，選擇確立了最科學合理的路基高度和結構形式，在設計建設中采用加強填方、減少挖方，以疏為主以堵為輔的防排水加強措施和先期施工、自然沉降等一系列綜合手段；針對沿線極端寒冷和晝夜溫差大的特點，選用防凍性較好的路基填料，并在施工中嚴格控制，保證了路基填筑的高密實度。經(jīng)過連續(xù)三年的觀測，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)，確保了將來的安全運營。

據(jù)王正邦介紹，蘭新高鐵的路基工程占全線總長度的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)，全長接近1200公里，相當于目前中國已建成高鐵的路基總長度！

得益于大量采用了路基工程，蘭新高鐵的每公里造價僅為7000萬元左右，而國內(nèi)已建成高鐵的每公里造價基本上都在億元以上，沿海及經(jīng)濟發(fā)達地區(qū)的平均造價更是達到每公里近1.4億元。

“敢于在高鐵建設中大范圍采用路基工程，一方面體現(xiàn)了設計、建設者的底氣和自信，另一方面也反映出中國的高鐵技術取得了全面的進步。”這是所有參加過蘭新高鐵設計、施工的建設者共同的心聲。

內(nèi)服外敷” 解決干旱難題

蘭新高鐵全線采用無砟軌道鋪設，承載軌道的整體道床板為大面積現(xiàn)澆混凝土結構，在施工過程中需要通過定期灑水進行養(yǎng)護。而蘭新高鐵經(jīng)過的很多地段都是干旱大風環(huán)境，其穿越戈壁地段超過線路總長的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)護方式，在施工過程中水分蒸發(fā)的速度要遠遠大于灑水的速度，很容易造成混凝土一直處于干濕循環(huán)狀態(tài)，惡化了混凝土質量，有可能形成大量的收縮裂縫，會對工程質量和后期的運營安全造成嚴重影響。

為此，鐵一院專門開展了《干旱風沙地區(qū)混凝土和無砟軌道施工質量控制措施研究》課題，并根據(jù)相關研究成果，針對大風干旱環(huán)境提出了“內(nèi)服外敷”的解決辦法。“內(nèi)服”即預先在混凝土內(nèi)部摻入塑性階段表面保水、硬化階段內(nèi)部補水的內(nèi)養(yǎng)護材料；“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)護材料。通過“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，滿足了高鐵施工嚴格的質量要求。

“化整為零”避免道床開裂

蘭新高鐵沿線的晝夜溫差非常大，極端情況下可以達到80攝氏度，如果采用常規(guī)的連續(xù)道床板結構，在強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。

為從根本上解決無砟軌道的開裂問題，鐵一院創(chuàng)造性地將整體道床“化整為零”，在路基地段設計采用19.5米長度的雙塊式單元無砟軌道結構，每隔19.5米設置一道橫向伸縮縫、每3.9米設置一道橫向假縫，并通過支承層設置縱向鋸齒形的凹槽，在道床板的伸縮縫設置傳力桿裝置，實現(xiàn)了道床變形的調(diào)節(jié)和控制；在隧道段，則采用6.5米的單元雙塊式無砟軌道結構，每隔6.5米設置一道橫向伸縮縫，并通過在道床板與隧道仰拱間設置連接鋼筋等措施，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185.15公里，其中50座隧道集中在甘肅和青海境內(nèi)，總長166.197公里，占全線隧道的92%。

全線最長的隧道是位于青海西寧市大通縣和海北州門源縣的大坂山隧道，全長15.918公里；最高的隧道是大梁隧道，軌面標高海拔3607米；最著名的隧道是祁連山隧道，全長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是都位于極度嚴寒地區(qū)，夜間最低溫度往往達到零下40多度。而且祁連山區(qū)地下水極其豐富，隧道先后通過十幾條大的斷裂帶，地質構造復雜、新構造運動強烈，褶皺、斷裂極度發(fā)育，巖石極其破碎，隧道開挖后經(jīng)常會遇到突然涌水，祁連山隧道的最大涌水量甚至達到了每天10萬方。更雪上加霜的是，高鐵隧道的開挖斷面往往達到160平方米，遠遠超過一般鐵路隧道的50-60平方米，直接表現(xiàn)為極高的地應力。剛剛開挖成型的隧道在強大的壓力下會迅速變小，常規(guī)支護的鋼架和仰拱會扭曲、隆起，甚至連鋼筋混凝土襯砌都會被擠爆、開裂。

冰凍、涌水、高地應力，這些世界級的工程建設難題，成為隧道建設中必須首先解決的“攔路虎”。

借鑒青藏鐵路的成功經(jīng)驗，鐵一院在高寒隧道的建設中沿襲了“保溫”的設計思想，并在此基礎上再增加一層襯砌，形成了雙層保溫襯砌結構，鐵一院隧道設計負責人田鵬將其形象地稱之為“穿棉襖”；針對隧道開挖后巖石松動造成的涌水尤其是洞口滲水形成的凍結帶，則用“蓋被子”的方式，設計采用壓漿法施工，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；為了解決地應力大變形問題，設計采用分步開挖、臨時支護以及增設鋼支撐加固“鋼腰帶”等方法，有效地解決了這一施工難題。

與此同時，鐵一院先期設計開展了平行導坑的驗證性施工，用平導的施工隨時指導、調(diào)整正洞施工，并充分利用這一設施，在隧道正下方和側下方增設防寒泄水洞，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”通過四大風區(qū)

蘭新高鐵新疆段穿越舉世聞名的內(nèi)陸四大戈壁風區(qū)，總長度達462.4公里，占此段線路總長的65.1%，且大風頻發(fā)、風速極高，部分區(qū)段年均大于8級大風的天氣達到208天，最大時速60米/秒，相當于17級大風，對高鐵設施和行車安全造成嚴重危害。

為確保運營安全，鐵一院在高鐵路基的迎風側設置了高度3.5～4米的擋風墻，并根據(jù)不同區(qū)域的風力、風向、頻率、地形及線路條件，因地制宜地設計了懸臂式、扶臂式、柱板式等多種結構形式的鋼筋混凝土擋風墻，其中僅新疆境內(nèi)的路基擋風墻總長度就達到345公里。

針對大風區(qū)的124座橋梁，分別設計了T形、箱形、槽型橋梁結構和總長達95公里的擋風屏，根據(jù)風力大小，由不同尺寸的H型鋼柱和開孔波形鋼板組成，固定在橋梁的兩側或一側。在大風頻繁、風力最為強勁的百里風區(qū)，更是采用結構受力和防風結構相結合的槽形梁形式，這也是該結構在高鐵的首次應用。

在百里風區(qū)的核心地帶，還設計建成了長達1.2公里的防風明洞，相當于在路基上拼裝了一座完整的“地上隧道”，迎風一側為實體墻，背風一側留有通風和照明窗口，有效確保了高速列車的運行安全。

蘭新高鐵的防風工程建設規(guī)模在世界高速鐵路中位居首位，防風工程技術的運用在高速鐵路建設中尚屬首次。通過路基擋風墻、橋梁擋風屏、防風明洞等三類主要防風結構和沿線的隧道、渡槽明洞及深路塹等兼顧防風工程，蘭新高鐵實現(xiàn)了“明擋”和“暗鉆”的結合，將大風的影響降低到最低程度，將每年因大風限速的時間從既有蘭新鐵路的60天大幅度縮減至10天以內(nèi)。

中國“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)三個省區(qū)，其中甘肅境內(nèi)全長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、樂都、平安、大通、門源各縣，穿越祁連山進入甘肅省河西走廊，經(jīng)民樂、張掖、臨澤、酒泉、嘉峪關、玉門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西部最重要的省會城市連為一體，全線共設37座車站（不含蘭州西和烏魯木齊新客站）。

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

作為新建設的大型鐵路客運樞紐，蘭州西站位于城市中心繁華地帶，并通過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、長途客運及社會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，并進行現(xiàn)代化改擴建，以滿足高鐵運營和人民群眾日益增長的出行需求。

既有蘭新鐵路的吐魯番、鄯善車站都遠離市區(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。蘭新高鐵在設置新的站位時，為旅客出行方便，將新設的吐魯番北、鄯善北車站位置選擇在距離市區(qū)3公里的地方，同時將吐魯番北站與吐魯番機場平行臨靠，實現(xiàn)了航空旅客與鐵路旅客的零換乘。

蘭新高鐵全線開通后，12小時之內(nèi)即可從蘭州直達烏魯木齊，比現(xiàn)有最快的特快列車還要節(jié)省6個小時以上，且未來運營時間將進一步壓縮到8小時以內(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“高速時代”，烏魯木齊至成都、重慶、鄭州、西安均可實現(xiàn)“夕發(fā)朝至”。

“最美高鐵”覽盡西部風情

作為橫穿整個中國西部的長大干線，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，在門源的油菜花海中徜徉流連，領略“大美青?！钡膫€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陽關、玉門關，“天下第一雄關”的嘉峪關，以及中國航天工業(yè)的搖籃酒泉衛(wèi)星發(fā)射中心，稍遠還有著名的莫高窟、鳴沙山、月牙泉；略作休整繼續(xù)向西，即進入了新疆的東大門哈密，這里有神秘的魔鬼城，還有遼闊的巴里坤草原；在吐魯番品嘗過甜美的葡萄，于火焰山下與唐僧師徒合影留念，最后來到蘭新高鐵的終點烏魯木齊。體會過大巴扎的風情，品味過烤肉拌面的濃烈，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，一定會帶給你一種不一樣的感覺。