列车在高寒地区飞驰,需攻克哪些难题?
来源:中国气象报 日期:2018-11-08 16:00:47 浏览次数: 作者:赖栩雯  [字体:          



 中国气象报实习记者 赖栩雯

  近日,中央财经委第三次会议讨论川藏铁路规划建设问题。高寒铁路再度走入人们视野。

  我国可谓拥有高寒铁路建设运营的丰富经验。2006年,开通了被誉为“天路”的青藏铁路;2012年,开通了设计时速为350公里/小时的首条高寒高铁——哈大铁路;今年7月16日6时36分,随着55001次运行试验测试列车驶出哈尔滨西站,我国高寒地区最长快速铁路——哈佳铁路正式进入试运行阶段。

  那么,列车在低至-40℃、经常遭遇暴风雪且地质条件复杂的高寒地区快速运行,究竟需要攻克哪些技术难题?  

  面临难题:路基冻胀及接触网防冰等

  “冻胀是掣肘高寒铁路建设的最主要的技术难题。”哈佳铁路客运专线有限责任公司总工程师、副总经理李雄飞说。

  以青藏铁路为例,冻土在冬季像冰一样冻结,随着温度降低,体积发生膨胀,建在上面的路基和钢轨就会被膨胀的冻土顶起。到了夏季,温度升高,冻土融化体积缩小,路基和钢轨又会随之凹下去。冻结和融化反复交替,路基就会出现翻浆、冒泥、沉降变形,钢轨变得高低起伏。列车如果行驶在这样的钢轨上,车身就会摇晃,威胁行车安全。

  和普通高寒铁路比,高寒高铁遇到的挑战更严峻:高铁车速快,对路基、钢轨的压力强度更大,冻胀破坏的威胁会更突出。另外,动车组动力主要依靠接触网供电,高寒地区的降雪、结冰会影响接触网性能。不仅如此,出现强降雪也会对接触网、应答器等铁路轨旁设备造成破坏。线路积雪被高速运行的动车组吹起后,会在车底和车体两侧形成结冰并逐渐变大。当列车运行至温度较高的区段或高速通过隧道时,因温度上升导致车体底部和侧面携带的冰块大量脱落掉入线路中间和两侧,直接击中线路中心和两旁的信号设备,会造成设备损坏,干扰正常行车秩序。

  而我国科技人员已攻克了这些难题。

  以哈大铁路为例,技术人员开展了专门的接触网融冰防冰技术攻关,设计了接触网覆冰在线接触系统。

  针对哈佳铁路,为了解决冻胀问题,技术人员采取隧道排水沟加装保温防寒设备,严格控制路基砟石品类、比例和粒径,基床采用非冻胀填料。技术人员还在沿线安设了数百个冻胀监控设备用于监控路基的变化情况。

  “根据经验,当路基冻胀高度达到8毫米以上,说明情况比较严重,需要把原来铺好的钢轨等设备全部拆除换掉;若是在8毫米以下只需要做好日常维修。”李雄飞说。  

  气象服务贯穿高寒铁路建设全周期

  实际上,对高寒铁路而言,在其设计、建设和运行的整个生命周期,都要充分考虑气象环境因素。

  哈大铁路曾因最初设计深度不够,没能充分应用我国先进高寒铁路建设技术,在联调联试时,出现了冻胀问题,并且未给应答器等轨旁设备安装防护装置,应答器及相应的底座就成为了冰雪击打的主要目标。发现问题后进行了补救,也对今后的高寒铁路建设提出了警示。

  在施工建设阶段,极端天气也成为考验。根据历史气象资料,东北铁路建设单位将每年11月15日至3月15日定为“冬歇期”,以调整施工计划。参与哈佳铁路施工的中铁十九局哈佳六标的工人李龙说,受冬季低温和夏季大雨天气影响,哈佳铁路全年实际施工时间最多只有8个月。“搅拌混凝土是在隧道外进行的,根据电子显示屏上的天气预报,一旦降温下雪,工人们就要出去给搅拌车铺上厚棉被,防止机器被冻坏;焊接时的温度必须保证在18℃至19℃之间,夏天就需要在晚上施工,有时吃住就在野外,为的就是抢在入冬前完成钢轨焊接。有时候工人在户外刚把混凝土配好,还没等到它凝固,突然来临的一场大雨就会改变混凝土的比例,这就会影响后期的施工质量。”李龙说。

  在运行阶段,我国也积累了高寒铁路气象保障的经验。吉林省气象服务中心专门为哈大高铁设计了高铁精细化冰雪预报服务产品,高铁运营部门根据气象部门的冰雪预报和实况监测,及时启动冰雪预警,通过采取对道岔进行电加热融雪等措施,保障了高铁的安全运行。  

  从无技术可引进到把红利带向世界

  尽管世界各地在多年冻土区修筑铁路已有百年以上的历史,但高寒地区铁路建设仍是一块难啃的骨头。“欧洲之星”曾在穿越英吉利海峡隧道时发生“冻僵”事故;俄罗斯在西伯利亚冻土地区修建的铁路,春融后基床最大下沉量高达85厘米,导致火车无法通行。

  另外,世界上现有的高寒铁路大部分都是普通线,高铁则相对罕见。迄今为止,除中国以外投入商业运营的高寒高铁仅有3条:莫斯科到圣彼得堡、圣彼得堡到芬兰赫尔辛基、莫斯科到下诺夫哥罗德。不过这三条线路是在既有铁路上改造而成的,因此严格意义上算不上高寒高铁。

  中国在建设高寒铁路时,既无经验可借鉴,也无技术可引进。

  上世纪七八十年代,寒冷地区、小半径曲线、大桥和山区的无缝线路建设是我国铁路建设的四大禁区,经过30余年研究和不断实践,我国高铁能在-40℃至40℃的环境中运行,在从冰冻环境瞬间进入湿热环境时,避开“冷凝水陷阱”,无论舱外多冷,耐寒列车内始终温度舒适,我国已经系统构建了完整的高寒铁路技术体系。

  “哈佳快速铁路的建成,充分显示了我国已掌握在高寒地区修建铁路的技术,对内搭起了中国‘八横八纵’高铁路网最北‘一横’的骨架,对外辐射俄罗斯远东地区。”中国铁道科学研究院研究员卢耀荣说,“以高铁‘走出去’为代表的铁路合作,不只是打造先进便捷的交通设施,还能将铁路红利带向世界各国。”

  2014年,俄罗斯时任总理梅德韦杰夫在参观“开放式创新”莫斯科国际创新发展论坛展览时,在中国自主研发的新一代高速动车组站台前,曾询问这种高铁能否在高寒地区运行。而今天,我国已经给出了满意的答案。

(来源:《中国气象报》2018年11月7日三版)