中国“最北高铁”哈齐高铁开通应对高寒湿地挑战
2015-09-01
8月17日，哈尔滨首发的D7989列车到达齐齐哈尔。当日，哈尔滨至齐齐哈尔高铁开通运营，全线设哈尔滨、哈尔滨北、肇东、安达、大庆东、大庆西、泰康、齐齐哈尔南8个车站，初期运营时速250公里。（新华社发）哈齐高铁松花江特大桥是目前国内首例整体四线刚性系杆拱桥，桥上2条铁路线行驶滨洲线铁路普速列车、2条铁路线行驶哈齐高铁动车组列车。
8月17日，我国纬度最高最北的高寒高铁——哈齐高铁正式开通运营，这也将我国高铁网向北延伸279公里。在冬夏温差近70摄氏度的辽阔黑土地上，面对严寒酷暑、点多线长、冻胀变形等重重艰难险阻，我国铁路建设者用突破性创新的智慧，以钢铁般的毅力，谱写了一段高寒高铁的崭新篇章。
勇于探索
应对高寒湿地挑战
“作为哈齐高铁的主要设计者，铁三院为哈齐高铁项目部派出了以""70后""""80后""为主力军的骨干设计人员，我有幸成为这个项目的总工程师，从2009年开始参与到设计工作中，见证了哈齐高铁从图纸上到大地上的全过程。”铁道第三勘察设计院集团有限公司哈齐高铁项目总工程师卢茂胜说。
被誉为我国“最北高铁”的哈齐高铁，正线全长281公里，其中桥涵部分占61.8%，路基部分占38.2%。哈尔滨铁路局工作人员介绍，当旅客乘坐哈齐高铁列车时，普遍感觉到非常平稳舒适，这在很大程度上要归功于路基。哈齐高铁全线铺设无砟轨道，显著技术难点便是如何严格控制轨道的变形。相对于其他高铁普遍存在的路基沉降变形问题，哈齐高铁的路基冻胀变形控制则具有更大的挑战。
“虽然以前我也曾经参加过秦沈客专、京沪高铁的设计工作，但是首次担任高铁项目总工程师，负责哈齐高铁的设计团队，仍然感觉十分艰难。因为我们面临着前所未有的艰难挑战，那就是严苛的气候特点和特殊的地理环境。”卢茂胜介绍说。
哈齐高铁全线位于高纬度严寒地带，沿线地区一年中有半年时间处于冬季，最冷月平均气温达零下27.3摄氏度，沿线地势低洼，地下水位较高，分布着扎龙自然保护区、龙凤湿地，50%的路基路堤高度小于3米，可以说是“泡在水里的低路基”。冬季，土壤结冰收缩形成的冻土，对高铁路基安全造成极大不良影响，大大增加了设计人员处理路基冻胀变形控制的难度。
在攻克哈齐高铁技术难关的过程中，专业设计人员勇于创新、敢于探索。比如，路基设计创造性地采用了混凝土基床、改善路基填料或基床结构、设置隔水层及防冻胀护道、加强地表水及地下水的排除等路基冻胀变形控制的新技术；桥梁从材料选娶混凝土强度等级、桥涵基础埋深、附加防腐等多方面采取措施，保证了冻融环境下哈齐高铁桥涵结构的安全性和耐久性。
“内服外敷”
解决路基冻胀难题
“我从小在江苏宿迁长大，在四川成都读了7年大学，在参与哈齐高铁项目之前，还没感受过什么是真正的冷。荒郊野外零下二三十摄氏度甚至零下40摄氏度的严寒，不仅穿厚衣服的人冻得受不了，就连高铁的路基都会因冻胀而变形。而我的主要工作，就是要研究和破解哈齐高铁路基冻胀变形控制的难题。”铁三院地质路基勘察设计院工程师，哈齐高铁项目路基专业负责人刘东说。
哈齐高铁从哈尔滨到齐齐哈尔，一路穿过草原、湿地、湖泊等不同地理环境，到了冬天这一带的冻土现象较为严重。铁路工作人员在哈大高铁路基冻胀变形控制技术的基础上，积极开展路基冻胀控制技术攻关，创造性地采用了改善路基填料或基床结构、设置隔水层及防冻胀护道、加强地表水及地下水的排除等路基冻胀变形控制新技术。
“形象地说，这种路基冻胀变形控制技术，如同传统中医治疗的""内服外敷""法。”刘东介绍说，“内服”就是改善了路堤填料，采用了粗颗粒填料防冻技术，即首先在冻结深度范围内填筑非冻胀性填料；其次，针对“泡在水中的低路基”的特殊情况，采用了混凝土基床结构。这种混凝土基床防冻的设计方法在我国高铁历史上并不多见。
“外敷”是为了防患于未然，在路堤坡脚两侧设置“防冻胀护道”，也称为“保温护道”，该护道高2.5米、宽2.5米，采用就近挖方弃土的方法填筑，既对路基起到保温作用，减少了路基冻胀，又利用了弃土，节约了弃土占地，保护了自然环境。
同时，还对地下水位埋深相对较大的低路堤地段，首次采用了将水导入地下的排水方法，并在约10公里的路基地段上成功应用，经过去年冬天的监测，成功预防了“泡在水里的低路基”冬季冻胀变形问题。
“穿衣戴帽”
设计松花江特大桥
多年前，一部名为《夜幕下的哈尔滨》的电影，让松花江上建于1901年的松花江大桥，成为许多观众脑海中难以磨灭的记忆。如今，一座白色的新拱桥依偎在松花江大桥的旁边，一趟趟动车组列车不时穿梭其上，这就是新建的哈齐高铁松花江特大桥。
铁三院桥梁处高级工程师，哈齐高铁项目桥梁专业负责人尚海涛介绍说，其实，松花江特大桥原来的设计方案是：在既有松花江大桥上拆旧建新。松花江大桥是松花江上最早的铁路大桥，也是哈尔滨的第一座跨江桥梁，它位于哈尔滨松花江畔斯大林公园东侧，滨洲线2.741公里处。同时，它也是哈市道里、道外两区的分界桥。2008年，松花江大桥被文物专家确定为国家重点文物进行保护。于是，拆旧建新的设计方案行不通了，设计人员随即进行了桥梁移位变更设计。
如何在保留老桥的同时展现新桥的时代特征，并与松花江浩荡的江水和两岸秀美景色融为一体？这是确定该桥跨江主桥设计方案的一大难题。
为此，桥梁设计人员多次到桥位处调研，精心制订了钢桁梁、斜拉桥、拱桥等桥式方案，与哈尔滨市规划、城建、水利等部门接洽后，最终确定为现在的四线预应力混凝土连续梁拱组合桥。它全长3460.58米，主桥跨度长626.6米，设计时速250公里，是目前国内首例整体四线刚性系杆拱桥，桥上2条铁路线行驶滨洲线铁路普速列车、2条铁路线行驶哈齐高铁动车组列车。
在设计松花江特大桥时，创新性地采用了在江底设置隔离保护层的方案，这就好比为该桥穿上了“钢铁衣”，避免建设施工及通车运营以后对松花江大桥产生破坏性的影响。同时，为了进一步保证市区段沿线居民的正常生活，施工中在特大桥大新街至江畔路区间安装一个9米高、17米宽、440米长的声屏障。这个声屏障形似一顶“防护帽”，可以很好地屏蔽哈齐高铁动车组列车运行时的噪声。
“2010年9月，松花江特大桥正式开始施工，其施工难度、安全质量风险均为我国桥梁史上罕见。施工中采用新工艺25项，完成技术创新成果29项。”中国铁建(601186,股吧)二十二局教授级高工、项目指挥长张国华说。（经济日报记者齐慧）
