高铁技术之“高”令人惊叹


  在仰望沪杭高铁的时候,在为它外观的雄伟壮观惊讶之时,可曾想过,那些看不见的地方也许更令人感叹?高速铁路技术为了使列车速度达到一定标准,其车辆、路轨、操作系统都需要配合提升,每一个看似不起眼的部件,每一项细微精密的技术,都凝聚着技术人员的艰辛与付出。

  本文为你讲述沪杭高铁的技术故事,让我们一起向文字背后那些看不见的技术工作者致敬。

  核心的硬件支撑——无砟轨道施工技术

  如果将整座高铁比喻为人的机体,桥梁路基犹如骨架,无砟轨道施工技术则犹如血肉,它是高铁与普通铁路速度差别如此之大的“玄机”所在,在高铁土建中至为重要。

  所谓无砟轨道,最显著的特点就是“一根钢轨铺到底”,道床没有枕木,也没有道砟,整条铁轨由无数根无缝钢轨通过焊接连成整体,道床全由钢筋混凝土浇筑。沪杭客专第五标段、中铁十局沪杭客专项目部总工程师陈东曾向记者阐释了这一技术的重要性,他说:“高铁所具有的高可靠性、高稳定性、高平顺性优点,是通过无砟轨道得到保证的。这种技术带给乘客最直观的感觉就是,看窗外景物能感觉到列车在飞驰,而坐在车内却非常平稳,离杯口1厘米的水都不会晃出来。”

  据了解,无砟轨道由5个部分组成,从下往上依次是滑动层、底座板、填充层、轨道板、无缝钢轨。这5个部分看起来稀松平常,在技术上对于中国高铁的探路者来说,实在是巨大挑战。业内人士透露,单单是那一块块看起来绝无奇妙之处、呈长方形的轨道板就“折磨”了中国技术人员整整4年。这块大水泥板的特殊之处在于:它的每一块都是唯一的,每一块的尺寸都不相同,铺设时先后顺序都不能调。

  关键的施工步骤——严苛的沉降控制

  高速铁路对沉降要求很高,一旦发生沉降不均,轨道高低不平,高铁就不能高速运行,高铁也就失去了意义。陈东说,高铁路基沉降误差参考值是30毫米,也就相当于人的一段指节的长度,而有砟轨道路基沉降的调整范围至少在高铁的10倍以上。

  据了解,高铁通车后,每平方米路基至少承重5.4吨的冲击力,一旦某一块路基发生落差较大的不均匀沉降,后果不堪设想,如此高标准的沉降控制对技术手段要求非常严苛。隧道工程质量甚至严格控制到拱顶不能渗一滴水。“因为高铁穿过时的速度太快,一滴水落下,就相当于打出一颗子弹。”通过沉降控制,高铁线的桥和路基使用寿命达100年。

  “路基要通过3个月至6个月的堆载预压,还要使用基底管桩加固处置,管桩打到地下30米至50米深处,管桩间距1.4米,在地表通过筏板把所有管桩连接成整体;桥梁部分使用钻孔桩打进地下50米至70米深处。整座沪杭高铁地下地面共有近100米的钢筋混凝土架构,只预留了20毫米的沉降空间,这20毫米用于通车后的调节,如果一些路段出现微沉降,通过钢轨的扣件系统调节,使整条钢轨保持一条流畅的直线。

  耀眼的单项工程——跨沪杭高速转体拱桥

  沪杭高铁在嘉善境内斜跨沪杭高速公路时,为了保证沪杭高速公路不封道,中铁十二局采用转体的方式造桥。据沪杭客专第四标段、中铁十二局沪杭客专项目部总工程师孟凡利介绍,这座转体拱桥在设计、重量、跨度上创造三个世界第一,一年时间要完成这一高难动作,更将施工难度推上了世界之巅。

  据了解,这座高速铁路自锚上承式钢筋混凝土拱桥跨度160米,单个转体桥梁重达1.68万吨,在实现转体的同时,施工人员自主创新研发了4项新技术。

  据孟凡利介绍,重达1.68万吨的庞然大物实现转体的方式非常“优雅”:拱桥的下部支撑于一个球铰上,通过18根钢丝绳缠绕于上承台之上,牵引桥体,实现转动,在施工过程中,我们通过自主创新和技术革新,减少了摩擦阻力,仅用了48吨的拉力,机器开动后,千斤顶拉着钢绞线,进而使球铰发生水平旋转,把桥梁水平转过来,桥梁的重心始终保持在球铰的中心位置。

  高端的软件装备——列车运行控制系统

  高铁技术之“高”,除土建部分之外,更体现在软件装备上。列车、通信、信号、供电等系统都是沪杭高铁技术的核心部分。集行车控制、调度指挥、信息管理和设备监测于一体的综合自动化系统统一指挥,确保实现高速度、高密度、高舒适性、大能力、强兼容、高正点率、高安全性的现代化旅客运输。

  高铁上的列车技术、供电系统和牵引系统、运输指挥系统等包括售票系统在内的旅客服务系统都来自于技术人员对国外技术的吸收和自主创新。他们为沪杭高铁造了一个中枢神经系统——列车的运行控制系统相当于人的大脑,高速铁路必须拥有这样一个先进的高铁的运营控制系统。普速铁路是以人控为主,机器做辅助的,而高速铁路是反过来的——机器控制为主,人是辅助的。

  沪杭高铁采用了由通号集团研发的具有完全自主知识产权的列控系统。通号集团为了打造沪杭高铁的通信信号系统集成,沿线打造了39个区间基站、7个车站通信、3个信号中继站、48处铁塔天线基础等。

  据了解,高铁通信系统由传输、电话交换及接入、数据网、专用移动通信、调度通信、会议电视、应急救援指挥通信、同步及时钟分配、电源、综合视频监控、通信综合网管、通信电源及环境监控、段(所)综合布线、通信线路等14个子系统构成。

  “列控系统的核心技术在于应用无线传输方式控制列车运行。”有关负责人表示,其中有两个关键设备,一个在地面,一个在车上。在地面的叫RBC系统,中文名字叫“无线闭塞中心系统”,RBC的功能就是让列车“该走的时候走,该停的时候停”;在车上的叫ATP系统,中文名字叫“列车超速防护系统”,功能就是连续不间断地对列车实行速度监督,实现超速防护。