兰新高铁总设计师王正邦：四大秘籍 “智”造钢铁巨龙

    原标题：四大秘籍 “智”造钢铁巨龙

    兰新高铁总设计师王正邦为您详解兰新高铁过程如何攻克一个个技术难题

    2013年4月18日，中铁五局的施工人员在兰新高铁施工 新华社图

    商报讯  2014年12月26日，兰新高铁正式通车，数百名国内外媒体也将长枪短炮对准了兰新高铁，其“世界一次性建成里程最长的高速铁路”“全球第一条修建在高原地区的高速铁路”以及“全球第一条通过大风地区的高速铁路”等概念逐渐为普通公众所了解。

    作为一条长达1776公里的铁路干线，兰新高铁沿途所经地区包含了高原、高山、黄土、戈壁、沙漠、绿洲、湿地以及干旱、大风、极寒等各种地质类型和极端气候。基本上除软土和西南地区常见的喀斯特岩溶地貌外，其他工程地质难题在兰新高铁都能遇到，其综合修建技术难度在国内高铁建设历程独占鳌头，堪称中国最复杂、最具挑战性的高铁，也最能代表中国高铁的综合技术水平。

　　面对如此多的“之最”和挑战，建设者们又是如何攻坚克难的？为此，记者采访了兰新高铁总设计师、中铁第一勘察设计院集团教授级高工王正邦以及兰新高铁的建设者们，让他们为我们揭秘兰新高铁的建设秘籍。

　　强

　　防风秘籍：“明挡暗钻”通过四大风区

　　记者了解到，兰州到新疆的高铁距离远，经过广阔的沙漠，穿过著名的四大风区——烟墩风区、百里风区、三十里风区和达坂城风区。而四大风区是我国乃至世界上铁路风灾最严重的地区之一，其中百里风区、三十里风区部分区段年均大于8级大风的天气达到208天，最大时速60米/秒，相当于17级风。据说最厉害的风可以一下把车掀翻。

　　那么，速度极高的高铁将如何安全穿越“四大风区”？

　　“兰新高铁防风，我们有‘三大法宝’。”兰新高铁总设计师、中铁第一勘察设计院集团教授级高工王正邦介绍说，在普通戈壁路段，根据不同区域风力、风向、频率、地形及线路条件，我们因地制宜建设了钢筋混凝土挡风墙；在124座桥梁路段，安装了由不同尺寸的H形钢柱和开孔波形钢板组成的挡风屏；在风力最为强劲的百里风区核心地带，则是在路基上拼装了一座“地上隧道”——长1.2公里的防风明洞。“710公里长的新疆段，有防风工程的路段就长达462公里，占线路总长的65%。这些防风工程技术的运用在我国高速铁路建设中尚属首次，规模在世界上也是最大的。”王正邦说。

　　据了解，由于防风工程的保护，在风速不大于每秒30米的情况下（约11级），兰新高铁动车可以每小时200~250公里速度运行；在风速不大于每秒40米的情况下（约13级），列车仍然能以每小时120公里速度运行。在百里风区，设置防风工程后可能出现的停轮天数由50~60天减少到10天左右。

　　兰新高铁的防风工程建设规模在世界高速铁路中位居首位，防风工程技术的运用在高速铁路建设中尚属首次。通过路基挡风墙、桥梁挡风屏、防风明洞等三类主要防风结构和沿线的隧道、渡槽明洞及深路堑等兼顾防风工程，兰新高铁实现了“明挡”和“暗钻”的结合，将大风的影响降低到最低程度。

　　赞

　　防破坏秘籍：兰新高铁地底穿越古长城

　　“在兰新高铁设计和建设过程中，遇到了铁路建设与文化遗址保护相矛盾的现象”， 王正邦告诉记者。

　　嘉峪关明长城在嘉峪关市区西南6公里处，位于嘉峪关最狭窄的山谷中部，是明代万里长城最西端的关口，以巍峨壮观著称于世，被誉为“天下雄关” 自古为河西第一隘口，也是长城众多关城中保存最为完整的一座。　但兰新高铁的线路走向不可避免地与嘉峪关境内的明长城“十”字相交。

　　“怎么办呢？不能因为铁路的建设而破坏历史遗迹啊！”王正邦告诉记者，为了解决文物保护和设计施工问题，建设单位严格按照国家文物局下发的相公文件，慎重对待施工的各个环节，在与长城的交叉点上，建设了一个距离长城底部近20米、绵延数公里的地下隧道，铁路途经此处顺势下沉，穿过长城后驶出。施工中，高铁建设者还对长城墙体进行了“考古清理”“临时加固”“震动防护”，尤其是在减震方面，借鉴了西安地铁建设的经验，设计了轨道减震方案，将高铁穿越古长城对长城墙体的震动损坏缩小到最小，最终实现了兰新高铁成功穿越古长城。

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　　防开裂秘籍：“化整为零”避免道床开裂

　　兰新高铁沿线的昼夜温差非常大，极端情况下可以达到80摄氏度，如果采用常规的连续道床板结构，在强烈的热胀冷缩作用下，极易发生温度裂缝且裂缝的宽度难以控制，同时隧道洞口段还易受雨水侵袭而影响混凝土的耐久性。尤其是兰新高铁甘肃省瓜州县管段，夏季酷热干燥，冬季异常寒冷，昼夜和全年温差大，风沙大，干旱缺水。就需要采用无砟轨道，但在严重干旱缺水的戈壁地区施工采用无砟轨道易出现道床板开裂，轨道精度控制也是世界性难题。

　　王正邦告诉记者，为从根本上解决无砟轨道的开裂问题，铁一院创造性地将整体道床“化整为零”，在路基地段设计采用19.5米长度的双块式单元无砟轨道结构，每隔19.5米设置一道横向伸缩缝、每3.9米设置一道横向假缝，并通过支承层设置纵向锯齿形的凹槽，在道床板的伸缩缝设置传力杆装置，实现了道床变形的调节和控制；在隧道段，则采用6.5米的单元双块式无砟轨道结构，每隔6.5米设置一道横向伸缩缝，并通过在道床板与隧道仰拱间设置连接钢筋等措施，有效避免了连续式道床板温度裂缝的产生，提高了道床板混凝土的可靠和耐久性。

　　妙

　　防冰冻秘籍：

　　“穿衣盖被”

　　确保隧道畅通

　　兰新高铁全线共有隧道64座，总长185.15公里，全线最著名的隧道是祁连山隧道，全长9490米，隧道共同的特点就是都位于极度严寒地区，夜间最低温度往往达到零下40多度。而且祁连山区地下水极其丰富，隧道先后通过十几条大的断裂带，地质构造复杂、新构造运动强烈，褶皱、断裂极度发育，岩石极其破碎，隧道开挖后经常会遇到突然涌水，祁连山隧道的最大涌水量甚至达到了每天10万方。更雪上加霜的是，高铁隧道的开挖断面往往达到160平方米，远远超过一般铁路隧道的50~60平方米，容易使刚刚开挖成型的隧道在强大的压力下会迅速变小，常规支护的钢架和仰拱会扭曲、隆起，甚至连钢筋混凝土衬砌都会被挤爆、开裂。“祁连山隧道隧道在建设时，有一次洞里突然涌水，就像泥石流一样，有几个个人险些被冲走，这场景我现在想想都后怕。但其实，这不是唯一的一次，受地质影响危险随时都会发生。”中铁二十局兰新项目二工区书记屈国建提起参与建设祁连山隧道时的一幕，至今都心有余悸。

　　冰冻、涌水、高地应力，这些世界级的工程建设难题，成为兰新高铁隧道建设中必须首先解决的“拦路虎”。

　　借鉴青藏铁路的成功经验，铁一院在高寒隧道的建设中沿袭了“保温”的设计思想，并在此基础上再增加一层衬砌，形成了双层保温衬砌结构，铁一院隧道设计人员将其形象地称之为“穿棉袄”；针对隧道开挖后岩石松动造成的涌水尤其是洞口渗水形成的冻结带，则用“盖被子”的方式，设计采用压浆法施工，在衬砌内部紧贴岩石注入一层水泥浆，以最大程度地封闭岩石缝隙，避免流水的侵蚀；为了解决地应力大变形问题，设计采用分步开挖、临时支护以及增设钢支撑加固“钢腰带”等方法，有效地解决了这一施工难题。

　　与此同时，铁一院先期设计开展了平行导坑的验证性施工，用平导的施工随时指导、调整正洞施工，并充分利用这一设施，在隧道正下方和侧下方增设防寒泄水洞，利用隧道的自然落差将涌水排出洞外，在洞口设置保温出水口，以通畅的排水确保了隧道的畅通。（记者 李彦琴）