劉佳

（中國鐵道博物館，北京100055）

0 引言

鐵路作為我國各個(gè)地區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的基本保障，見證了我國綜合國力的飛躍，幾乎與社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展所有的生產(chǎn)過程都息息相關(guān)。中國高鐵的發(fā)展，推動(dòng)解決了長期存在的鐵路運(yùn)輸瓶頸制約問題，為實(shí)現(xiàn)人暢其行、貨暢其流提供了可靠的運(yùn)力支撐，也有效帶動(dòng)了產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)優(yōu)化升級(jí)，為實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)發(fā)展方式轉(zhuǎn)變發(fā)揮了推動(dòng)促進(jìn)作用，更有力促進(jìn)區(qū)域經(jīng)濟(jì)協(xié)調(diào)發(fā)展，為構(gòu)建新發(fā)展格局、實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)持續(xù)健康發(fā)展注入新動(dòng)能，這些也為交通強(qiáng)國、鐵路先行提供了有力的支持。高鐵從立項(xiàng)決策、勘察設(shè)計(jì)到工程實(shí)施、竣工驗(yàn)收再到運(yùn)營使用、養(yǎng)護(hù)維修，除了需要投入巨大的人力、物力和財(cái)力以外，它所涉及的專業(yè)知識(shí)、應(yīng)用的科學(xué)技術(shù)幾乎涵蓋經(jīng)濟(jì)學(xué)、工學(xué)、理學(xué)、管理學(xué)甚至交叉學(xué)等國內(nèi)現(xiàn)有的所有學(xué)科，幾乎觸及國民經(jīng)濟(jì)的各個(gè)領(lǐng)域。因此，鐵路是一項(xiàng)名副其實(shí)的“超級(jí)工程”，支撐它的也絕非僅僅是鋼筋和水泥，而是一個(gè)國家經(jīng)濟(jì)實(shí)力與技術(shù)創(chuàng)新力量的綜合體現(xiàn)。

1 京張高鐵建造特點(diǎn)

京張高鐵，全長174km，設(shè)有北京北站、清河站、八達(dá)嶺長城站、張家口等10 座高鐵站，于2019年12月30日正式通車(見圖1)。在這個(gè)關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)上京張高鐵的正式運(yùn)營，不僅助力京津冀一體化協(xié)同發(fā)展，同時(shí)還能為即將到來的2022年北京冬奧會(huì)，提供交通運(yùn)營服務(wù)保障。除此之外，京張高鐵是集智能建造、智能裝備、智能運(yùn)營為一體的現(xiàn)代化建設(shè)。智能建造：疊層進(jìn)出站通道設(shè)計(jì)，進(jìn)出站客流完全分離環(huán)形救援廊道設(shè)；實(shí)現(xiàn)緊急情況快速無死角救援，精準(zhǔn)微損傷控制爆破，消除對(duì)文物和環(huán)境的不利影響；特大橋采用岸上拼裝法最大限度保護(hù)水庫水體。智能裝備：京張高鐵是我國首條智能化高鐵，首次采用北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)有人值守的無人駕駛；設(shè)計(jì)時(shí)速350km/h，張家口至北京最快只要47min；運(yùn)用5G 技術(shù)實(shí)現(xiàn)列車上奧運(yùn)賽事直播，還能抵抗-40oC 嚴(yán)寒。智能運(yùn)營：一證通行、刷臉進(jìn)站車站自動(dòng)發(fā)車、區(qū)間自動(dòng)運(yùn)行。車站精準(zhǔn)自動(dòng)對(duì)標(biāo)停車、自動(dòng)開門防護(hù)，站內(nèi)還有客運(yùn)智能服務(wù)機(jī)器人為乘客提供導(dǎo)航、運(yùn)輸行李等服務(wù)。

京張高鐵線上的八達(dá)嶺長城站位于八達(dá)嶺長城風(fēng)景區(qū)內(nèi)，距離古長城不到兩百米，從出站口步行1～2min，即可乘纜車直接登上八達(dá)嶺長城，領(lǐng)略萬里長城的無限風(fēng)光。因?yàn)榘诉_(dá)嶺長城站特殊的地理位置、特殊的地形地貌和特殊的歷史背景，采取了特殊的工程設(shè)計(jì)、特殊的施工工藝，一舉創(chuàng)造了當(dāng)時(shí)的“四個(gè)之最”：世界最深的山嶺地下火車站，最大埋深達(dá)102m，相當(dāng)于在地下34 層修建了一座車站；世界最復(fù)雜的暗挖洞群車站，采用三層三縱的群洞結(jié)構(gòu)，包含各類洞室78 個(gè)、斷面形式88 種；世界旅客提升高度最大的高鐵地下站，從地下平臺(tái)層到地上出站口需要乘坐兩次電梯，最大垂直提升高度達(dá)62m；國內(nèi)單拱跨度最大的暗挖鐵路隧道，車站兩端渡線段單洞開挖跨度達(dá)32.7m。

2 建造八達(dá)嶺長城站面臨的突出困難

鐵路的設(shè)計(jì)建造，不僅要考慮政治、經(jīng)濟(jì)和國防的需要，還要考慮鐵路沿線地形、地質(zhì)、水文等自然資源條件和村鎮(zhèn)、交通、水利設(shè)施等情況，以提高鐵路質(zhì)量、降低工程造價(jià)、節(jié)約運(yùn)營成本、提高社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益。鐵路建設(shè)的主要困難也多集中在立項(xiàng)決策、勘探設(shè)計(jì)和工程實(shí)施等階段。

2.1 立項(xiàng)決策階段面臨的巨大挑戰(zhàn)

由于京張高鐵要途經(jīng)八達(dá)嶺長城、八達(dá)嶺陵園以及詹天佑設(shè)計(jì)建造的鐵路——京張鐵路，既要保護(hù)擁有兩千多年歷史的世界文化遺產(chǎn)、中國人的文化圖騰——長城，又要保護(hù)八達(dá)嶺陵園和京張鐵路青龍橋人字線，同時(shí)還要保證工程建設(shè)的可行性，八達(dá)嶺長城站的選址成了最大問題。

2.2 工程實(shí)施階段面臨的突出困難

地質(zhì)條件復(fù)雜，施工風(fēng)險(xiǎn)大。八達(dá)嶺地區(qū)是典型的喀斯特地貌，花崗雜巖地區(qū)，巖性種類多，巖脈發(fā)育，巖體破碎，風(fēng)化差異明顯，變化頻繁，若無法準(zhǔn)確預(yù)測前方巖體情況和不良地質(zhì)，將造成較大的施工風(fēng)險(xiǎn)。世界文化遺產(chǎn)核心區(qū)，環(huán)境保護(hù)要求嚴(yán)。位于長城風(fēng)景區(qū)，隧道兩次穿越國家重點(diǎn)文物保護(hù)單位、世界人類文化遺產(chǎn)——八達(dá)嶺長城，人口流量大，歷史文物多，對(duì)施工和運(yùn)營的振動(dòng)及防污等環(huán)保要求高。暗挖規(guī)模大、單拱跨度大，施工難度高。車站整體建筑面積為3.98 萬m2、開挖22.58km，站隧過渡段最大開挖跨度32.7m，采用傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方法難以保證結(jié)構(gòu)和施工安全。多維度洞群、洞室結(jié)構(gòu)復(fù)雜、斷面繁多，相互干擾嚴(yán)重。車站為三層三縱群洞布局，各類洞室達(dá)78 個(gè)，斷面形式多達(dá)88 種，交貫面63 個(gè)，爆破對(duì)中夾巖體的剛度削弱顯著，極易引起相互干擾、造成群洞結(jié)構(gòu)破壞[1]。工作任務(wù)重、施工工期僅45 個(gè)月，施工組織難度大。

3 八達(dá)嶺長城站的建成展現(xiàn)出的中國力量

為確保車站按期開工建設(shè)、高質(zhì)量完工交付，確保京張高鐵按期貫通運(yùn)營，完成保障2022年冬奧會(huì)，服務(wù)京津冀地區(qū)一體化協(xié)同發(fā)展戰(zhàn)略，響應(yīng)“一帶一路”倡議，通過科學(xué)論證、合理規(guī)劃、精心設(shè)計(jì)、精細(xì)管理、精益施工，充分展示了工程設(shè)計(jì)能力、技術(shù)創(chuàng)新能力和裝備制造能力[2]。

3.1 堅(jiān)持以人為本和求真務(wù)實(shí)的態(tài)度，科學(xué)規(guī)劃、精心設(shè)計(jì)，向世界展示中國智慧

從決策論證開始，即始終堅(jiān)持務(wù)實(shí)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)態(tài)度，僅車站選址就開展了長達(dá)數(shù)年的研究論證，在項(xiàng)目規(guī)劃、可行性研究、初步設(shè)計(jì)等關(guān)鍵環(huán)節(jié)，廣泛征集地方政府及相關(guān)部門意見，積極邀請(qǐng)中國工程界、文物界等社會(huì)各個(gè)領(lǐng)域的專家學(xué)者參與討論，如2018年獲得國家最高科學(xué)技術(shù)獎(jiǎng)的中國工程院院士錢七虎、90 多歲的中國文物界泰斗謝辰生等均參與過研討[3]。在設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)和各專業(yè)各領(lǐng)域?qū)＜艺匍_的大大小小的各類會(huì)議中，有院士參加的就有四次，最多一次有6 名院士同時(shí)參與討論。經(jīng)過無數(shù)次的修改-討論-修改，最終選擇了體現(xiàn)以人為本的服務(wù)理念車站建在景區(qū)的方案。

在工程設(shè)計(jì)方面，研究提出以“建造更安全、更人文、更環(huán)保、更耐久地下車站”為目標(biāo)的設(shè)計(jì)方案，創(chuàng)新提出了“尊重自然、形隱于山”的設(shè)計(jì)理念，首次開創(chuàng)了疊層進(jìn)出站通道設(shè)計(jì)和環(huán)形救援廊道設(shè)計(jì)，科學(xué)、合理利用地下空間，在實(shí)現(xiàn)了建筑與山體環(huán)境融合、現(xiàn)代文明與文化古跡融合的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)了緊急情況下快速無死角救援的目標(biāo)要求。

3.2 堅(jiān)持科技引領(lǐng)、技術(shù)創(chuàng)新，向世界展示了中國的科技創(chuàng)新能力

在工程建設(shè)階段，項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)聯(lián)合高校、科研院所及施工建設(shè)單位，始終堅(jiān)持科技引領(lǐng)，積極推進(jìn)技術(shù)創(chuàng)新，開展科研技術(shù)攻關(guān)，研發(fā)了一系列新技術(shù)、新工藝、新材料。

在工程管理方面，積極運(yùn)用BIM 施工管理技術(shù)，研發(fā)搭建了基于BIM+GIS 的三維管理平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)自動(dòng)采集、信息互聯(lián)互通和過程實(shí)時(shí)監(jiān)控，支撐各參建方協(xié)同管理、輔助決策，整體把控施工進(jìn)度，提高工作效率。

在施工建設(shè)方面，創(chuàng)建了“整體抽出式、局部壓入式”的綜合通風(fēng)技術(shù)、引進(jìn)了曝氣生物濾池（Biological Aerated Filter，簡稱BAF）污水處理技術(shù)、應(yīng)用了微震微損傷精準(zhǔn)爆破技術(shù)，為保證施工安全、減少環(huán)境污染和消除工程建設(shè)對(duì)文物不利影響，提供了必要、可靠保障[4]。

在質(zhì)量控制方面，采用了預(yù)應(yīng)力錨索技術(shù)和新型自黏式防排水一體技術(shù)，以及預(yù)應(yīng)力錨索注漿材料新配方，并首次創(chuàng)建了長壽命混凝土制備、澆筑和養(yǎng)護(hù)技術(shù)，以防止發(fā)生滲漏水、襯砌裂損、底部翻漿冒泥等危害，提高工程質(zhì)量、提升隧道的超長耐久性。

3.3 堅(jiān)持使用新型大型先進(jìn)國產(chǎn)裝備，向世界展示中國裝備制造能力

在建設(shè)過程中，施工單位與重點(diǎn)工程裝備制造企業(yè)密切配合，投入使用了一批先進(jìn)機(jī)械裝備，重點(diǎn)配置了阿特拉斯全電腦三臂鑿巖臺(tái)車、三臂拱架安裝臺(tái)車、自動(dòng)接桿錨桿鉆機(jī)、快速接桿錨索鉆機(jī)、混凝土噴射機(jī)械手等先進(jìn)的隧道施工機(jī)械化專業(yè)設(shè)備，設(shè)計(jì)研發(fā)了全液壓可調(diào)式超大斷面襯砌臺(tái)車，在為降低施工難度、保證工程進(jìn)度提供了必要保證的同時(shí)，也向世界展示了中國大型裝備的制造能力。

4 結(jié)語

綜上，京張高鐵八達(dá)嶺長城站的建成使用，在向世界展示了中國強(qiáng)大經(jīng)濟(jì)實(shí)力的同時(shí)，也向世界展示了中國速度和中國智慧，展示了中國強(qiáng)勁的科技創(chuàng)新能力和裝備制造能力。