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自2012年12月26日京广高铁开通运营,已经过去将近两个月。从京津城际到京沪高铁,从哈大高铁到京广高铁,高铁在国人心中已不再新鲜。然而,当旅客们享受着安全、舒适、便捷的现代交通的同时,仍不免对沿线一个个恢弘的工程充满兴趣,并对此发出由衷赞叹。
闪耀智慧之光的世纪工程

  李沛潇 李 菁
图一为动车组列车行驶在京广高铁大寺台特大桥上。本报特约摄影记者祝庆 摄
图二为动车组列车行驶在京广高铁永定河特大桥上。刘坤弟 摄
图三为动车组列车驶离京广高铁郑州东站。本报特约摄影记者祝庆 摄
破解隧道设计难题形成成套技术
  京广高铁正式开通运营后,作为京广高铁重要枢纽的石家庄迎来了这个城市的首趟高铁。京广高铁通过铁路入地工程经停石家庄新客站,石家庄因此成为了全国首个地下跑火车的城市。这段长达三分钟的入地行驶路程,就是铁道第三勘察设计院集团有限公司设计的石家庄六线隧道。该隧道位于石家庄市区,是目前国内断面最大、结构断面形状变化最多的铁路隧道。
  该隧道是京广高铁重点控制工程之一,全长4.98公里,可并行普速与高速六条铁路,包含京广高铁、改建京广线、石青客运专线、石太联络线等。隧道结构断面宽26米至50米,结构高度约13米。
  因为六线隧道宽度很大,较之普通单线或双线隧道有很大不同,一般的城市隧道开挖技术不适用于这条隧道。六线隧道的另一大难点在于,它位于老京九铁路下盘,如果下挖,容易引起京九铁路的沉降。六线隧道还临近京广线,隧道最西侧离京广线只有15公里,如果开挖深度太大会有下降风险。
  面对这一系列难题,铁三院设计人员重点攻关,解决了包括普速、高速线路并行的连跨隧道空气动力学效应控制;紧邻既有运营铁路的长、大、深基坑工程变形控制;下穿既有运营铁路的大断面浅埋暗挖沉降控制;下穿市政道路大断面盖挖法设计施工;砂质地层内锚索支护设计施工;大型城市隧道施工动态监测等一系列技术难题,形成了大断面隧道设计成套技术。设计人员根据枢纽改扩建工程工期安排,合理制定了枢纽施工过渡方案。该方案既满足了客货运输需要,又节省了工程项目投资。
  为满足石家庄枢纽总体布局需要,铁三院设计人员将枢纽格局由原十字形枢纽变成客货运双十字形枢纽。为满足石太线客货分线、西北车流运行以及普速车场向太原方向发车的需要,设计人员在六线隧道内新设和平线路所引出石太联络线。高铁入地既节省了建设用地,又保证了城区的完整性,降低了高铁对石家庄市民日常生活的影响。
桥梁设计结构多样满足特殊需求
  京广高铁桥梁设计结构多种多样,为满足不同需求,铁三院设计人员采用了很多特殊设计。例如,高支架施工技术。一般支架使用高度在15米以下,工程实例中大于20米的施工支架非常少见,而该工程中支架最高达40.77米。之所以选用高支架,是因为原有预制、移动模架等工法均不能满足现场要求。为此,施工人员在工法上实现突破,采用支架现浇方案,达到了预期要求。
  京广高铁在跨越柳辛庄车站时采用了80米+128米+80米预应力混凝土连续梁施工。该施工交叉处共有4条既有股道,夹角为22度。为最大限度地减小对京广铁路及柳辛庄车站的影响、降低安全风险、压缩既有铁路上方作业时间,施工人员采用旁位大节段现浇预制转体施工的方法,在合龙段创新使用可回退构造,减少了铁路上方的拆装作业,进一步增加了安全性。
  京广高铁桥梁比例占全线80%左右,其中郑州黄河公铁两用桥更成为目前世界上公铁合建长度最长的桥梁。该桥是世界上荷载等级最高、跨度最大、速度目标值最高的斜桁结构桥梁。京广高铁建设用地桥梁所占比例很大是因为以桥代路的方式,可大量节省铁路建设用地。采用长桥可减少路涵、路桥的频繁过渡,有利于提高旅客乘车舒适度,有效减少铁路对城市的切割,方便沿线百姓的生产生活,也为未来城市发展预留了空间。
  在建设规模大、设计速度快、结构新颖的郑州黄河公铁两用桥的设计上,铁三院大胆创新,首次采用了斜主桁的三桁结构形式、平行四边形主桁杆件截面、无纵梁正交异性板整体铁路桥面、公路预制桥面板与主桁结合、钢主塔等一系列新技术。施工人员还在第一联斜拉桥上采用顶推法施工,改善了钢桁梁施工安装条件,确保了质量和工期。
四电集成系统为高铁编织安全网
  在京广高铁的设计中,铁三院设计人员采取 “科技创新、系统创新、集成创新”的建设模式,利用先进的四电集成技术,为京广高铁打造了一个高效率、高安全、高可靠的神经中枢,为高速列车运营编织了一张安全网。
  四电集成设计是将通信、信号、电力、电气化专业整合成一个平台进行设计。各系统之间相互匹配、兼容,使四电系统安全、可靠。
  通信系统以传输及接入、电话交换、数据网、专用移动通信等设备为基础,将有线和无线通信有机结合,实现话音、数据、图像、列控等多种功能传输。信号系统主要由CTC系统、CTCS-3级列车运行控制系统和联锁系统等组成。CTCS-3级列车运行控制系统是保证列车高效率、高安全、高可靠行车的中枢神经系统,是行车的 “大脑”。CTCS-3级列车运行控制系统主要采用基于GSM-R无线的通讯方式,实现列车和地面的双线通信,由地面的无线闭塞中心 (RBC)向列车发出行车许可来控制列车运行。信号系统极大增强了列控系统在高速条件下的适应性和可靠性。
  为达到四电系统的一体化和高安全性,设计人员在通信和信号设备上均增加了冗余配置,保证设备在长距离、长时间运行情况下,达到可靠性最优、故障率最小、维修再恢复时间最短等目的,确保整个系统高效、安全、一体化。
  牵引供电系统实现牵引所、分区所等所亭的信息化自动控制。在无人值守情况下,该系统可远程监控设备、设施运行情况,在掉电等突发事件发生后,可远程维护并排除故障,以最短时间恢复供电,提高了牵引供电设备的可靠性。
精心打造枢纽兼顾路网和城市需求
  随着大型高速铁路枢纽在我国大城市快速形成和发展,相关的规划和设计问题也日益被人们所关注。铁三院设计人员在京广高铁石家庄和郑州枢纽的设计中,综合考虑了铁路枢纽运量,研讨了综合交通枢纽由传统平面布局向立体化布局的转变,形成了各类交通设施 “零换乘”和 “无缝衔接”的规划设计思路,最大限度地满足了城市发展需求。
  石家庄枢纽以石家庄市区为中心,位于京广、石太、石德三条铁路干线的交会处,是典型的十字形交叉枢纽。京广货运从城市西部绕行,迁建石家庄编组站,预留枢纽南环线。设计人员利用编组站原站址新建石家庄客站,最终形成“客进货出、穿城入地”的客货双十字形总体布局。
  本着枢纽布局与城市发展紧密结合、方便旅客的理念,在设计过程中,设计人员将对城市环境有影响的货运铁路和编组站外迁,改善了城市环境;将高铁车站设在城市中心,方便人们出行;将城市中心地段铁路以隧道形式建设,缓解交通压力,提升城市品位。
  郑州铁路枢纽衔接京广铁路、陇海铁路两大干线,呈十字形交叉布局。郑州东站与既有郑州站形成东西两主格局,并逐步形成衔接2条普速干线和5条高铁、4条城际铁路,客站东西并立、货运环线分流的双十字形特大枢纽布局。
  设计人员结合郑州市郑东新区的规划,在新城区建设客运站,形成新的交通枢纽,带动新区发展,疏解中心城区交通压力;将高铁与城际铁路引入同一车站,与地铁等城市交通形成综合交通枢纽,并将机场城际引入高铁车站与航空港紧密结合,完善了城镇发展布局。
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