西成高铁上的“硬科技”
2017-12-01
秦岭，天下之大阻也。西成高铁途经我国地理上最重要的南北分界线，是我国首条穿越秦岭山脉的高速铁路。动车是怎样爬上高陡的秦岭北坡？在川流不息的机场高速和已运营的西宝高铁上方怎样再架一层西成高铁桥？火车司机如何在分相绝缘区实现平稳驾驶的？斜跨嘉陵江的特大桥如何“迈出”那么大的步子……今天华商报带你听设计师、老司机讲故事，破解西成高铁上的硬科技之谜。华商报记者专访西成高铁总设计师揭秘设计中不为人知的故事高陡的秦岭北坡动车怎么爬上去的11月19日，中铁第一勘察设计院集团有限公司（简称铁一院）教授级高工、西成高铁总设计师王杰接受了华商报记者的专访，讲述了很多西成高铁设计中不为人知的故事。地形、地质、生态三大难题都要考虑西成高铁自北向南穿越关中平原、秦岭山区、汉中平原和大巴山区，地形地质条件极为复杂，是国内在建的最具山区特点的高标准现代化铁路，尤其线路途经的陕西境内段，为全线设计、建设的难点和重点区域。2008年，中国中长期铁路网规划提出建设西成高铁，从那时起铁一院的王杰团队负责线路勘测设计任务。王杰说，主要有三大难题：秦岭地区山体厚，相对高差大，坡面高陡，是典型的“V”形峡谷，尤其是秦岭的北坡30km范围内，相对高差达1000米以上，怎样翻越高陡的秦岭北坡是最大的问题。第二，西成高铁线路穿越地区地质条件复杂，特别是大巴山靠近龙门山地震带，选线设计难度很大。第三，秦岭生态环境敏感度高。秦岭是我国最重要的生态安全屏障，国家南水北调中线工程和陕西的主要水源涵养区，有多个国家级自然保护区，被称作中国的中央公园，设计选线必须考虑尽可能减少对生态环境的影响。长隧道群和长大坡道让动车爬上秦岭北坡如何克服这三大难题？在解决动车怎样爬上秦岭北坡的问题上，王杰说，首先需要大范围选择最优线路，设计团队在秦岭范围西到宝成线，东到西康线横向250公里大范围内进行选线，做了很多线路方案，再反复对比。考虑到现在设计和修建长隧道、高桥的技术比过去有很大提升，动车组列车爬坡能力增强，为设计方案提供了有力的技术保障，综合这些因素，方案采用长隧道群和长大持续坡道的方式，解决动车怎么爬上秦岭北坡的问题。在穿越秦岭山区时以桥隧为主，桥隧比高达92.1%。动车要穿越包括亚洲最长的高铁双线隧道——天华山隧道在内20座隧道组成的126公里的秦岭隧道群。最长的天华山隧道15.98公里，超过10公里的特长隧道就有6座，这在我国高铁建设史中尚属首例。此外，西成高铁从西安北站引出后，一路上坡，采用25的大坡度设计，为国内山区高铁首创，其中有一段长达45公里的25的长大坡道，从鄠邑站到线路海拔最高的新场街站落差1100米，大大缩短了线路穿越秦岭地区的长度，为全国之最。近33公里的防护网对鸟类保护世界一流铁一院也对秦岭生态保护进行了大范围详细研究，收集了很多系统资料寻找规律，发现秦岭环境敏感点沿岭脊呈带状分布。选线从平面上避开集中成片的高环境敏感点，同时采用了深隧道形式穿越天华山国家级自然保护区实验区，在洋县采用桥梁的方式穿越了朱鹮国家级自然保护区实验区。同时，为了保护朱鹮，还在桥梁两侧安装了近33公里的细密蓝色金属网，方便朱鹮识别，防止朱鹮误撞受伤。陕西省动物研究所的科学家团队负责西成高铁沿线动物保护项目，并针对大熊猫和朱鹮采用了不同的方法予以保护。此前，项目负责人吴晓民在接受华商报记者采访时表示：“国外的鸟类保护区没有中国保护区范围大，高铁里程也没有中国长，所以西成高铁对鸟类保护在世界都属于一流水平。”横跨机场高速和西宝高铁第三层桥怎么修的王杰觉得，西成高铁跨西宝高铁特大桥也是设计上一大亮点，这是我国高速铁路中单跨最大跨度简支钢桁（hng）梁桥。这座大桥在西咸新区六村堡附近，下面还有两层桥，第一层是川流不息的机场高速，第二层是运营中的西宝高铁，第三层就是西成高铁跨西宝高铁特大桥。建设时为了确保机场高速和西宝高铁安全，尤其是施工中不能往下掉一点东西，还要选择高铁运行“天窗期”进行，难度巨大。为避免对既有西宝高铁正常运营安全的影响，降低施工安全隐患风险，最终采用水平横移施工方案，施工中先行完成拼装，再整体横移到桥梁设计位置。2015年7月7日22时45分，当天最后一趟西宝高铁列车驶过后，参建人员需要在28米的高空（相当于10层楼高），将钢桁梁（用9万多套高强螺栓及钢构件形成的132米钢桁梁主体）通过空中滑道横向顶进38米，到达桥梁设计位置，连续4个小时的共同努力，在8日凌晨3时20分，完成2800吨重钢铁“巨无霸”的空中“搬家”。终结“蜀道难难于上青天”沿线旅游富矿将被开发勘测设计4年，建设期5年，今年7月22日，西成高铁启动全线拉通试验，现在开通运行已进入倒计时，作为首条穿越秦岭的高铁，将产生哪些重大意义？王杰认为，成都和西安两座城市的交流来往一直需求旺盛，但长期交通不便，西成高铁的开通将彻底结束“蜀道难难于上青天”，解决川渝地区铁路运输能力紧张问题，也将加深关中、成渝两大城市群的交流合作。西成高铁的开通不仅串联起了西安汉中成都重庆这些城市，也串联起了陕西宁强、洋县、佛坪等国家级贫困地区，使其一步跃入高铁时代。同时，沿途因为交通不便被“冷落”的旅游资源富矿将被开发。未来，西成高铁沿线县域经济尤其是旅游业将迎来巨大发展空间。火车司机眼中的蜀道变迁在宝成线翻秦岭要两个司机“双机配合”，在西成高铁爬坡讲究精准操纵“在宝成时我最快两天回家一次，等西成开了几乎天天能回家，我回家的时空距离也被拉近了。”今年38岁的王创粗是西安机务段一名驾龄20年的老火车司机。他曾在宝成铁路上开火车7年，现在在西成高铁线路上开动车，通过亲身经历，感受到蜀道从难到易的巨大变迁。宝成线开火车转圈翻山翻秦岭要前拉后顶“双机配合”多年以来，西安至成都的既有线旅客列车，都要经由陇海线西宝段和宝成线两条铁路动脉，由西安机务段机车司机和成都机务段司机分三个区段接力值乘，全程翻山越岭，驶过全国最复杂的山区铁路，穿越秦岭，才能来到天府之国。西成高铁开通后，西安至成都全程将由原先的最快14个小时缩短至3个多小时。1998年，王创粗来到宝鸡机务段当一名火车司机，在宝成铁路上开火车，他驾驶的线路是从宝鸡到广元段，大约需要8个半小时到9个小时。从2012年开始，他正式成为一名动车司机，在西安到郑州、西安到延安、西安到宝鸡的线路上开动车。今年7月9日开始，西成高铁进入联调联试阶段，他又来到西成高铁开动车。他值乘的线路是西安到广元，需要两个多小时。11月27日，刚刚执行完当天从西安到广元的驾驶任务，王创粗在广元接受了华商报记者采访。王创粗说，在宝成铁路开火车是转着圈翻山，列车时速平均65公里每小时，而西成线路条件好，直道多，设计时速是250公里每小时。王创粗回忆说，在宝成铁路，从宝鸡进入秦岭山区后这一段是最难开的。火车沿清姜河盘旋迂回，在任家湾和青石崖之间的线路以33的大坡度急速爬升。为了克服地势高差，过杨家湾站后，铁路线路就以3个马蹄形和1个“8”字螺旋形迂回进行爬升，线路层叠5层，高度相差达817米，至今，这段铁路的坡度和曲线半径仍为全国铁路干线之最。老一代电力机车牵引动力弱，因此在宝成线秦北区段牵引过程中必须前拉后顶，两台机车一起使劲，前后司机必须精准默契配合，保证机车牵引力协调一致，难度异常大。为避免“油门猛松猛踩”效应老司机精准操纵现在西成高铁不再需要“双机配合”，由于动车组只有一名司机，操纵中需“独立作战”，这下王创粗十多年来练就的精准操纵的本领终于派上了用场，用他的话来说：“新车加老司机，等于舒适又平稳。”西成高铁与其他铁路一样，设有众多分相绝缘区，列车通过分相绝缘区时，动力用电暂停供应，列车将依靠惯性滑行通过。然而，西成高铁长大坡道衔接不断，线路纵断面很复杂，其中鄠邑至新场街区间有长达45公里、坡度达25的连续长大坡道，列车爬上这个大坡，海拔要升高约1100米，相当于爬上375层楼。因此，动车组必须全程发力才能冲上大坡。这样一来，在通过分相绝缘区断电和通电的一瞬间，就会产生类似于开汽车猛松油门和猛踩油门的效应，造成列车冲动，影响旅客乘车平稳舒适性。为了解决这一难题，王创粗首先分析原理，再进行实际操纵验证，总结出必须在通过前后精准调整动力电流、平滑增减牵引动力的方法，达到列车动力瞬间变化时不发生纵向冲动的目的。为了保证每名司机操纵每趟列车在各种坡道通过分相绝缘区时都能做到平稳操纵，从联调联试开始，王创粗就和同事们一起，在实际运行中采集数据、摸索规律、总结经验，结合每一个分相绝缘区所处区段线路特性，定准通过前后增减电流的手柄级位、坐标距离和调速时机，优化出了一整套平稳操纵技巧，使列车穿山过岭如履平原。“以前两天回家一次现在几乎天天能回家”王创粗驾驶过SS3B、SS4B、SS6B、SS7D、SS7E等十余种型号电力机车，这些车型相比动车组条件较为落后。如今驾驶CRH3A新型动车，司机视野更开阔，能有效缓解视觉疲劳，司机室也宽敞了许多，“每次进入司机室担当值乘任务，就是一种享受。”他说。除了这些，驾驶时间只有以前的四分之一，吃饭也更加干净卫生，噪音也校他的生活也有变化，他家在宝鸡，以前往返需要一天，最少两天回家一次，回家要从西安站坐普速到宝鸡，而现在执行完任务回到北站，当天就能回宝鸡家里，陪同家人的时间也多了。再过不久，西成高铁就将开通运营，在开通运营之前，西安机务段的动车组司机们已做足了准备，将以饱满的精神状态和娴熟的业务技巧，平稳驾驶每一趟动车组列车，服务好每一位旅客。专访西成高铁四川段总设计师：这桥为何这么斜图纸画了四个月2013年，西成高铁四川段正式动工。作为四川段总设计师，曾诚无疑是西成高铁这5年“从无到有”的历史见证者之一。5年里遇到过大大小小的困难中，让他印象特别深刻的，是广元嘉陵江特大桥和青川站。横跨嘉陵江的大桥已不胜枚举，但广元嘉陵江特大桥仍然创造了一个“全国首例”——桥梁主跨长达144米，是目前高速铁路无砟轨道连续梁的最大跨度。“也就是两个桥墩之间隔了144米，一般我们常见的桥梁跨度为32米，大的也就90多米。”曾诚解释，因为周边条件限制，线路只能“斜跨”嘉陵江，并且还要跨过江边的108国道和宽约26米的广陕高速公路。“但线路与两条公路的交角只有17，和嘉陵江的交角是30，公路上不可能设桥墩，嘉陵江又是VII级航道要通船，所以这要求桥的跨度要设计得很大。”随后，负责桥梁设计的十多名同事在会议室里扎了4个多月，做这座大桥的专项设计。“这种特殊桥梁，没有任何可以借鉴的先例，从零开始。”曾诚告诉记者，桥梁的结构、稳定性涉及复杂的力学指标检算和建模，不同的高度、跨度都需要精细的计算。“不同方案的图纸最后摞在桌上有半米多高。”终于，从2013年5月到2017年5月，历时4年，这座大桥建成，成为西成高铁穿越秦岭隧道群后，进入四川的第一座特大桥。“建好之后我们专门开车上了广陕高速去看，开得特别慢，就为了多看一会、看仔细一点，比我想象中的还要壮观。”青川站是另一根“硬骨头”。曾诚表示，青川设站是在2013年4月提出的，而当时四川段已经开工，“主要考虑的是青川的震后重建。”但问题随之而来，“一线天”的地形让裸露出来的正线只有135米，剩余的线路都藏在隧道中。“如果按照传统设计，站台只能设在隧道里，那旅客的乘降就很麻烦。”因此又一个“全国首例”诞生了，设计团队创新性地采用了正线与站台分离的设计——如果动车直行，则直接从正线经过，如果动车在青川站停靠，则要“拐个弯”驶入停车线，抵达设立在一旁的车站，再“拐”出来接入正线。华商报记者雷婧成都商报记者尹沁彤西成高铁的守护者西成高铁线路横亘秦岭，地质环境复杂，自然生态多样，如何做好日常设备养护、确保高铁安全运行，是一个崭新的课题。高铁线路“清道夫”相当于在足球场上找花生米高速运行的动车，会在车身周围产生类似真空吸附的效应，所以在动车运行的线路上，不允许有任何的杂物存在，避免动车将轨道旁边的异物吸附进动车里，损坏动车设备。李春宵是一名高铁“清道夫”。每天23时，李春宵就和同事出发，对管辖的60余公里的高铁线路进行清洁。他们每天清理约8公里，清理一次线路需要七八天。总体计算下来，清理面积多达98000平方米，近乎于14个足球场那么大。李春宵说：“高铁线路上不能有一点杂物，即使像花生米大的杂物都可能会引起动车故障，所以需要特别的细心”。秦岭隧道里的“耳朵医生”300米的距离敲击上万次西成高铁线路中，秦岭隧道占比达到了55%，其中的天华山隧道是亚洲最长单洞双线高铁隧道。“隧道就像高铁列车的房子，房子质量好不好，有没有开裂漏水掉墙皮，这些都会严重影响高铁的运行安全”，负责天华山隧道保养维修工作的佛坪工区工长王江涛说。王江涛和他的工友每天的工作就是检查高铁隧道的墙壁是否存在裂缝、渗水、空鼓等问题。检查时主要用15斤重的敲击棒敲击隧道壁，根据发出的回声来判断是否存在空洞空响等安全隐患，如果敲击声音发闷，表示墙壁材料与洞体结合紧密，如果发出类似敲鼓的声音，就代表墙体有空洞。干这个“听声诊脉”的工作，必须有一双灵敏的耳朵。虽说只有300米的距离，可是敲击上万次，每天检查完后，王江涛都手腕僵痛，有时连一碗饭都端不起来。西安的高铁朋友圈1小时西安-渭南（17分钟，二等座29.5元）西安-安康（预计40分钟，2017年年内开工）西安-宝鸡（约1小时，二等座51.5元）西安-汉中（约1小时，2017年内开通）2小时西安-郑州（二等座239元）西安-延安（2小时10分，二等座95.5元）（2017年内高铁开工）3小时西安-太原（二等座178.5元）（动车）西安-兰州（二等座174.5元）西安-银川（预计2020年开通）西安-成都（2017年内开通）4小时西安-石家庄（二等座408.5元）西安-北京（二等座515.5元）西安-武汉（二等座454.5元）西安-西宁（二等座232.5元）5小时西安-南京（二等座540元）6小时西安-天津（二等座520元）西安-上海（二等座669.5元）西安-合肥（二等座529.5元）西安-济南（二等座519.5元）西安-长沙（二等座587元）7小时西安-杭州（二等座653.5元）西安-南昌（二等座561.5元）8小时西安-广州（二等座813.5元）西安-义乌（二等座698.5元）9小时西安-青岛（二等座637元）西安-深圳（二等座888元）10小时西安-沈阳（二等座762.5元）西安-烟台（二等座682元）西安-贵阳（二等座902元）11小时西安-大连（二等座866.5元）西安-福州（二等座824.5元）西安-温州（二等座813.5元）12小时西安-南宁（二等座856.5元）西安或将成为全国高铁交会最多的城市据华商报记者统计，近年来，随着郑徐高铁、宝兰高铁开通，西安已与20个直辖市、省会城市、自治区首府开通了直达高铁，其中，高铁直达直辖市的有北京、上海、天津三个城市，西安至重庆高铁2018年开工；省会城市中，西安高铁直达的有沈阳、南京、济南、合肥、石家庄、郑州、武汉、长沙、南昌、太原、西宁、广州、贵阳、杭州、福州、兰州等16个城市（未开通直达高铁的有哈尔滨、长春、海口、昆明、成都）；5个自治区首府中，西安高铁直达的有南宁，西安至乌鲁木齐可以经兰州或西宁转高铁到达，西银高铁预计2020年建成，通车后西安至银川的时间将由现在的12小时缩短至3小时，西安至呼和浩特、拉萨还没有开通。西成高铁开通前，西北高铁和西南高铁都处于独立运营的阶段，两个区域的高铁只能绕道郑州和武汉，才能相连接。西成高铁开通后，西安和成都这两个西部经济发展的中心城市，首次通过高铁直连，打通了西北和西南高铁网络，整个西部高铁连片成网。西成高铁开通后，日发送旅客将达到1.5万人以上，是宝成铁路日运输旅客的3倍。同时，将有效释放宝成和西康铁路的运输能力，进一步拓展陕川两盛关中经济圈和成渝经济圈之间的人员与物资的交流通道，对于促进西部经济发展，推进西部大开发形成新格局具有重要意义。到“十三五”末，西安或将成为全国高铁交会最多的城市。西成高铁开通后，作为“一带一路”建设中的重要节点城市，西安的高铁朋友圈将覆盖西北、西南、东北、华东及东南沿海地区。上百人报名想当西成主播很多都是“因为爱情”“陕西人，一直在成都上学，希望能早日坐上西成高铁回家。”如果让你当直播主播，你会在西成高铁开通首日给粉丝分享什么呢？11月30日，华商报记者通过官方微信征集“西成主播”，截至当日下午6时，有上百人报名参与。其中很多报名者给出的想当西成主播去成都的理由，都是“因为爱情”。网友“乌托邦”留言：“每个月都要坐火车从西安到成都一两次，去看女朋友，而且之前往返的票特别紧张，好多次都是站票或者硬座十几个小时过去的，之前都得趁周末节假日时间去，本来在一起的时间就短，路上还要花费大量时间。这次高铁开通对于我俩来说很重要，我一定要坐着首班西成高铁列车去看女朋友。”一位网友的留言有些伤感：“我上大学，西成高铁宣布正式开工，这些年无数次入蜀地，只为看一眼相隔两地的他。一起在川大小北门吃好吃的，去文殊院祈求好成绩，在太古里闲逛，去九眼桥酒吧畅饮。那时他说，西成高铁通了，我只要四个小时就能看到你了。现在终于要通车了，但是我们却分开了。想坐上这趟高铁，回到川大的北门留影一张，看一看他的宿舍楼，那是我四年的青春，是我们回不去的回忆。”而网友“酒声烟泪”则和部分报名者主打美食牌。“半个西安人，爱好美食，尤其爱陕西和四川美食，自有美食公众号。”
还有不少报名者主打铁路元素。网友“心听者”留言说：“我是地道西安人，也去过成都，对成都的美食以及名胜古迹有所了解。本人是在铁路家庭长大的，父亲爷爷是铁路职工，对铁路高铁等方面知识也有很多了解。”网友“WuJiangtao”说，自己从小在铁路边长大，是中国最权威的铁路爱好者网站西北区版主。在汉中工作，西成高铁开通将汉中融入西安生活圈，会极大促进汉中的发展，也将巩固西安作为国家铁路六大客运枢纽的位置。如果能当主播，将会分享很多铁路相关知识。本组稿件除署名外均由华商报记者雷婧采写摄影张杰刘翔唐振江
