中国高铁技术（六）：艰难的技术突破

改革开放让高速发展的春风吹遍中华大地，当年矗立在深圳街头广场上的口号：“时间就是金钱，效率就是生命”，也曾经让改革开放的总设计师邓小平同志大加赞许。改革开放早期当时落后的中国铁路现状，与实际需求不相适应的矛盾突出。中国铁路运行的列车速度普遍较慢，出个远门需要乘坐冒着白烟的蒸汽火车哐当哐当几天几夜，而且遇到春运等节假日绿皮车也一票难求。然而，进入新世纪后，在短短20年时间里，中国成长为世界第一的高铁大国，完成了一场真正意义上的出行革命。回首这段历史，从模仿到创新的思想也被发挥到了极致。

第六节 艰难的技术突破

我们在日常生活中所说的“高铁”特指动车组列车。其实，“高铁”是“高速铁路运输系统”的简称，包括动车组列车、路轨、车站及枢纽、通信、班车调度等组成的一个有机整体。不能把列车看成整个“高铁”。

中国“高铁”建设几个重要标志时段，1999年开始兴建我国第一条真正意义上的高速铁路，连接秦皇岛与沈阳两座城市的秦沈客运专线，2003年通车。2012年中国标准动车组研发工作启动，2017年9月21日复兴号动车组在京沪高铁实现时速350千米商业运营。2019年12月30日，高速铁路与人工智能结合的京张高铁开通运营，首次实现时速350千米自动驾驶、首次采用我国自主研发的北斗卫星导航系统保驾护航。2021年6月25日，习近平总书记亲自谋划、亲自部署的世纪性战略工程，世界海拔最高的川藏铁路拉萨到林芝电气化铁路建成通车，复兴号开上世界屋脊，拉萨至林芝只需3个多小时。标志着“复兴号”对31个省区市的全覆盖。

至2021年底我国高铁运营总里程突破4万千米，其中运营时速可达300千米的线路总里程超1.5万千米，占世界2/3以上。我国的高速铁路发展体系已充分完善，“四纵四横”高铁网提前建成，“八纵八横”高铁网加密成型，预计在2025年将建成约6万千米的高速铁路网。

大家都看到过一个在视频，一枚硬币立在行驶速度达300km／h的京沪高铁窗边，随着火车飞速前进,硬币却一直矗立不倒。高速行驶的动车组列车为何能如此平稳？达到这种高稳定性，主要取决于两方面，一方面是车辆自身的避震性能，另一方面是道路的平整条件。在高速行驶下，道路的平整度因素的影响会被放大，而车辆的避震性能的影响程度则减弱，所以车辆平稳性首先要从线路开始。

高速铁路线路的设计简单的讲就两个字“直”和“平”。当然，高速铁路线路最好是直线，但为了适应地形变化，以及减少工程量等因素，采用曲线不可避免。“直”是指水平方向上尽可能减少弯曲，在列车经过弯道的时候，为保证列车在以最低高速运行时能够平安稳健地行驶，要设定轨道的最小曲线半径，曲线半径越小，对轮轨的磨损越大。“平”是指在竖直方向尽可能减少发生倾斜和颠簸，一般区间正线的最大坡度，不得超过20‰，在困难情况下，经技术分析后，不应该超过30‰。动车组走行线的最大坡度不允许超过35‰。此外还限定了最大坡度长度，以及一些特殊情况下坡道的选择。高速铁路基本上属于客运专线，自身的巨大的自重和运行速度，如果线路在设计弯曲度过大或倾斜度过大，列车就不仅仅是晃动，甚至会产生危险。

高速列车对空气动力影响明显，进入隧道内时, 空气会形成微压波，并产生爆炸破碎的声响，威胁隧道洞口和附近建筑，当隧道内两端洞口都有建筑物或有特别环境要求时，还需设有缓冲结构装置以降低声震的影响。

在高速铁路的建造过程中，以桥代路、开凿隧洞经常会被采用，不仅克服了复杂的地质环境，而且还缩短了运营里程和时间。能够这样做也得益于我国铁路人练就的世界一流的技术，破解了高原峡谷区桥梁建造、高原地区隧道岩爆技术难题。高寒地区的哈大高铁、穿越热带地区和台风频发环境的海南环岛高铁、经过大风区和戈壁沙漠的兰新高铁、桥隧道路长度超过总长度一半的贵广高铁，都实现了时速300 km安全运行。

京沪高铁全线长约1318公里，共有桥梁244座，桥梁长度超过全线的80%，包括了赫赫有名的济南黄河大桥、南京大胜关长江大桥、丹昆特大桥等，这些工程最大限度地节约了宝贵的土地资源、降低了对周围居民的干扰。其中，南京大胜关长江大桥被誉为“世界铁路桥之最”，为六跨连续钢桁梁拱桥，是世界首座六线铁路大桥，可同时行驶3种速度完全不同的列车，其中京沪高速铁路设计时速达300 km，是当时能达到这个速度级别世界上最大跨度的桥梁。高强度结构用钢达到了国际先进水平，主桥钢梁首次采用了三主桁拱组合结构，下部结构受力明确、弯矩小，解决了高速、重载、大跨的技术难题。主墩采用双壁钢围堰整体浮运、精确定位技术，创造了大型深水基础快速施工新工法。荣获被誉为桥梁界诺贝尔奖的“国际桥协杰出结构工程奖”。

沪昆高铁线，东起上海西至昆明，途经的地质地貌多种多样，有雪峰、沟壑、溶洞、熔岩、暗河、流沙等，建设难度极大。北盘江特大桥为上承式劲性骨架钢筋混凝土拱桥，以一跨形式越过号称“世界大峡谷”的北盘江峡谷，距江面高约300米，其中主桥的445米跨度，在目前世界同类型铁路拱桥中跨度最大的。2017年4月17日，荣获中国土木工程“詹天佑奖”。

京张高铁线路穿过的新八达岭隧道总长约12.01千米，为目前国内埋藏深度最大、暗挖洞群结构最复杂的隧道。八达岭长城站就位于隧道内，乘客出入站时上升62米，是国内提升高度最大的高速铁路地下站点。

无接缝及超长跨度钢轨技术，消除了接头冲击力，延长了钢轨使用期限。高规格铺设跨区间的无缝钢轨，除了保证高速列车平稳安全的运行，旅客的直观感觉在车厢中几乎听不到“咣当”声。超长钢轨热胀冷缩，会形成很大的内部应力，解决的方法主要有2种，通过弹性或刚性扣件把长铁轨锁死在轨枕之上，使之不能因为温度而胀缩；在一些温差比较大的地方，而采取自动放散或者是定期放散的方式。线路施工时，常常采取工厂化生产方式，预先将钢轨和轨枕用扣件联结在一起，形成排轨，现场铺轨时就直接将排轨铺设在道床上。

传统铁路轨道都是有砟轨道，即钢轨固定放在轨枕上，轨枕下面是碎石路砟。铺设简便、造价低廉，但容易变形，飞溅道砟，维修频繁。无砟轨道路基不用碎石，混凝土铸成的轨枕直接铺在混凝土路基上。稳定性好，使用寿命长，列车运行时速可达350千米以上，无砟道床的使用逐渐成为首选。无砟轨道有长针埋入式无砟轨道、板式无砟轨道和弹性支撑块式无砟轨道三种结构。我国的高铁线路京沪、京石、石武、广深港、京沈、哈大、沪宁城际均采用的是板式无砟轨道。

无论是无砟轨道技术，以桥代路技术、隧道技术，还是动力系统、通讯系统、控制系统等，都是为高速列车服务的，这些虽然没有高速列车那样引人眼球，但同样凝结了无数技术创新，没有这些技术支持，高速列车也无法自由驰骋，也不会达到文中提到的硬币竖立起来不倒的效果。

本文链接：https://www.bjjcc.cn/kepu/58404.html，文章来源：科普之家，作者：星空计划，版权归作者所有，如需转载请注明来源和作者，否则将追究法律责任！