自古以來,進入天府之國就是一件異常艱難之事,群峰環伺的四川無論從哪個方向進入都步履維艱,直到新中國成立之后的五十年代初期,川渝鐵路才順利開通,將成都和重慶兩大城市連接在一起。
隨后,寶成鐵路建成通車,打通了北方入川的大通道;成昆鐵路橫空出世,從南方暢通入蜀才成為現實;宜萬鐵路的修建,徹底將東部入川通道打通,而國家重點工程川藏鐵路的規劃建設,讓西部通道入川不再遙遠。
當然,上面這些入川大通道都有一個典型特征——絕大多數是普速鐵路,速度慢、耗時長、運能有限,無法滿足日新月異的交通需求,因此,修建出入蜀地的高速鐵路只是時間問題,西安到成都的高速鐵路就是這種條件下提上日程的。
中國第一條穿越秦嶺的高鐵線
西成高鐵是國家中長期鐵路網規劃“八縱八橫”高鐵網中京昆通道的重要組成部分,它北起西安,南至成都,線路全長643公里,設計時速250公里。
西成高鐵線示意圖
全線橋隧占比93%,穿越秦嶺的隧道群全長134公里,其中超過10公里的特長隧道有7座,規模為全國之最,在中國高鐵建設史上也屬首例。西成高鐵是國內少有的需要“爬坡”的高鐵線路,爬坡長度長的能達到45km,從低點到最高點的海拔超千米。爬坡時高鐵仍保持高速運行,車頭和車尾相差有三層樓高,相當于平均每四秒鐘爬一層樓,車子仍能十分平穩,可見工程之險峻。
說西成高鐵是人間奇跡,恰如其分啊!有一位外國記者到中國來采訪,臨走時寫下了以下一段話:“推開南面的窗戶是工地,推開北面的窗戶是工地,推開東面的窗戶是工地,推開西面的窗戶的是工地,中國就是一個大工地。”
這個項目2012年底開工建設,2017年12月6日通車,建造時間長達5年。它將西安至成都原有的鐵路運行時間,從11個小時縮短到3小時。這條耗時5年建成的高鐵,真正實現了不少人“早上吃泡饃,下午看滾滾”的夢想。
蜀道難,不再難。
西成高鐵自北向南穿越關中平原、秦嶺山區、漢中平原、大巴山區和川西平原,是中國首條穿越秦嶺的高速鐵路,沿線地質條件極為復雜。
西成高鐵的建設難度
第一,就是西成高鐵要穿越秦嶺山區,這里地形艱險,山勢高聳,山體厚度達120公里,高差非常大,尤其是秦嶺北坡,在航空距離30公里范圍內高差達到1500至3260米,使得在這范圍里修建高鐵極為困難。對此,專家專門采用了25%的大坡度設計,用盡量長的行車距離來減緩坡度,最終這段大坡度持續落差段行駛里程長達46公里。由于山區持續坡道會對動車牽引制動能力產生較大影響,對于動車組的供電和運營是一個極大的挑戰。為了保證動車組不間斷的供電,設計人員采用了多抽頭的330千伏的牽引變壓器,增加了牽引變壓器電壓調節范圍,提高了牽引供電系統的供電能力。這也是西城高鐵只能跑250公里時速的原因之一。
秦嶺地形
其次則是穿越秦嶺段的隧道群帶來的挑戰。其中大秦嶺隧道是西成高鐵陜西段建設難度最大的工程,也是我國第一條貫穿兩個地理環境的高鐵隧道。大秦嶺隧道全長約14.8公里,平均海拔在1300到2638米之間。此外,大秦嶺隧道還要穿越秦嶺褶皺帶,這里的地質構造極其復雜,變形強烈,屬于極高風險隧道。由于無法使用掘進機,施工人員只能通過鉆孔爆破的方式來挖掘,不到15公里長的隧道,一共經歷了1304天的施工建設才最終完成。
西成高鐵的建設除了需要克服險峻地形帶來的挑戰和大秦嶺隧道的施工難度,還有三個需要重點控制的工程。
秦嶺天華山隧道全長約15.9公里,最大埋深超過1000米,是西成高鐵陜西段第一特長高風險隧道,也是亞洲最長單洞雙線高鐵隧道。這條隧道綿延長、海拔高、山勢厚、橫切秦嶺,屬于Ⅰ級高風險類別。
文川河特大橋全長約28.3公里,位于陜西省漢中市城固縣和漢臺區,是西成高鐵陜西段最長的橋梁。
黃家梁隧道全長約11.6公里。隧道洞身最大埋深約620米,這條隧道的難點是受石油、天然氣影響,是典型的高瓦斯隧道。
隧道群間距短,如何安排防災救援?
秦嶺隧道群之間連接比較緊密,間距比較短,對安全防災救援提出了艱巨的挑戰。
專家們圍繞艱險山區隧道群安全防災疏散問題,通過大量調研國內外隧道救援實例,合理地確定了秦嶺隧道救援疏散措施,將其分為洞內疏散和定點疏散兩種模式。
一旦動車組著火,原則上應該將列車拉到洞外的救援疏散定點;如果列車發生機械故障或者脫軌,列車不能繼續運行,那么就需要進行洞內疏散。
西成高鐵也是首次創造性地提出“疏散定點”的概念,這里所說的疏散定點,就是“救援站”。
西成高鐵在秦嶺隧道群中創新設置了兩類救援站,一類是一般的救援站,另一類是平導式救援站。這兩種救援站可以將列車著火點停靠在明線段落,最大程度為乘客安全疏散爭取時間,減少機械通風設備,大大降低了建設運營成本,提高了防災救援的安全性和效率。
西成高鐵如何穿越自然保護區?
西成高鐵需要克服的另一個關鍵問題,就是對秦嶺自然環境的生態保護的問題。
秦嶺地處中國南北自然分界線,氣候隨海拔升高而呈垂直變化,所謂“一山有四季,十里不同天”,就是對秦嶺氣候條件的最佳描述。這里的森林覆蓋率達到90.3%,是典型的國家“綠肺”,秦嶺不但是中國中部重要的水源涵養區,也是中國中央公園動植物的天然基因庫,這里分布著很多國家級、省級自然保護區、城市水源地、國家級森林公園等,需要進行整體性的保護。
所以在這里修高鐵就必須減少工程建設和運營對秦嶺生態的影響。
工程技術人員結合秦嶺當地的生態特點,提出了有效的生態保護措施。首先通過大規模的選線,讓西成高鐵的線位選擇避開秦嶺山區集中連片整體性較強的保護區,對于實在無法避開的國家級自然保護區,分別采用了深隧道通過和橋梁穿越的方式,不會對保護區形成分割,也不影響野生保護動物棲息地的完整性。
西成高鐵通過秦嶺大熊貓棲息地天華山國家級自然保護實驗區,90%以上的線路采用隧道,從埋深800米到1000米的地下穿越。在西成高鐵穿越秦嶺的地表段,為了避免對秦嶺的生物多樣性造成影響,就采取高架橋通過的形式。在橋的下方設置橋洞,在橋的兩側設置防護網,可以讓鳥類和動物自由遷徙。
西成高鐵穿過朱鹮保護區,采取的措施是沿線架設防護網,設計人員通過對朱鹮的行為特征研究,調查收集目前較為成熟的驅鳥設備和驅鳥方法,還到國內外考察鳥類的防護措施,最終提出在西城高鐵線路兩側設置防護網的保護方案。
這些防護網具有彈性,即使朱鹮與防護網發生碰撞,也不會對這種珍稀動物造成傷害。
西成高鐵也是世界上首條安裝鳥類防護網的高速鐵路,經過一年的監測實驗,專家們發現朱鹮飛越西成高鐵8000多次,沒有發現一例撞擊防護網的現象,對朱鹮起到了很好的保護作用。
西成高鐵陜西段“十大亮點”
1.秦嶺天華山隧道——亞洲最長單洞雙線高鐵隧道,全線第一長隧道
2016年7月8日,全線重點控制性工程——秦嶺天華山隧道順利貫通。這條隧道位于陜西省寧陜縣境內,全長15.989公里,是西成高鐵全線最長的隧道,也是目前亞洲最長的單洞雙線高鐵隧道。
秦嶺天華山隧道施工安全風險高、難度大,地質條件特別復雜,屬于I級高風險隧道,在施工中多次發生巖爆、涌水等不良地質災害。隧道最大埋深約1016米,隧道洞身穿越4條斷層帶和2條巖性接觸帶。
2.秦嶺隧道群——我國高鐵建設史中尚屬首例
從清涼山隧道入口至趙家嶺隧道出口,超過10公里的特長隧道有7座,形成了長達110公里的長大密集隧道群。隧道群采用25‰的大坡度設計,持續長達45公里,落差達1100米,大大縮短了線路穿越秦嶺地區的長度。
3.大秦嶺隧道——第一條貫穿秦嶺南北分界線的高鐵隧道
大秦嶺隧道為西成高鐵陜西段第三長隧道,貫穿黃河與長江兩大水系分水嶺的秦嶺主脈,于2016年9月12日貫通。
這條隧道位于秦嶺褶皺帶西安市戶縣澇峪鄉和安康市寧陜縣新場鄉境內,為全線6座I級風險隧道之一。這條隧道全長14.846公里,最大埋深1185米,是全線海拔最高的隧道。
4.大巴山隧道群——典型巴山山系特殊地質隧道施工技術
西成高鐵穿越大巴山區地段,毗鄰汶川地震帶,且巴山地區雨水豐富,是國內喀斯特地貌代表性地區之一,分布有滑坡、巖堆、危巖落石、風化卸荷松動層、采空區等,尤其是深埋長隧道順層、斷層、巖溶、危巖落石等地質災害眾多,圍巖軟弱、富水、變形大,多次出現涌水、坍塌等問題。作業人員在施工中采用弱爆破、短進尺、勤量測,加強超前支護、預注漿堵水等措施,嚴格控制開挖后圍巖暴露時間,盡快進行初期支護和二襯的施工,確保了隧道施工順利進行,使我國在典型巴山山系特殊地質下的施工技術處于世界先進水平,也為今后同類地質條件下的高鐵施工積累了寶貴經驗。
5.132米鋼桁梁——國內最大單跨雙線跨高鐵鋼桁梁
西成高鐵跨西寶高鐵、福銀高速公路特大橋1跨132米鋼桁梁,位于國家級開發區西安市西咸新區,是目前國內最大單跨雙線跨高鐵鋼桁梁,工程既跨越西寶高鐵,又跨越福銀高速公路,鋼桁梁與既有西寶高鐵斜交夾角僅為14度,距地面高度達37米,梁體重達2800噸。工程采用搭建拼裝平臺、布設滑道、高空拼裝、水平橫移的方式施工,攻克了鋼桁梁大跨度長距離同步控制及行走穩定性等施工難關。
6.朱鹮防護網——世界上首個大面積安裝的高鐵鳥類防護網
西成高鐵在穿越陜西洋縣朱鹮國家自然保護區實驗區段線路兩側安裝了總長33014米的朱鹮防護網,這種防護網為金屬編織柔性防護網,不僅具有一定的彈性及伸展性,可以防止碰撞對朱鹮個體的損傷,而且采用醒目的反光條擋塊,避免出現朱鹮看不見防護網的問題。自防護網投入使用以來,未出現過1例朱鹮撞上防護網的現象。
7.綠色環保——從設計到建成始終堅持建設生態高鐵
西成高鐵在設計之初,就充分貫徹“生態選線”原則,選線經過充分的環保論證,最大限度避開自然保護區、水源保護區。
通過秦嶺大熊貓棲息地、天華山國家級自然保護實驗區90%以上的線路,采用隧道從埋深800米至1000米的地下穿越。
地表段為避免對動物活動和秦嶺的生物多樣性造成影響,采取架設高架橋的形式,下方設置寬大的橋洞,讓鳥類和動物可以自由通過。
所有棄渣場的選址都位于保護區、實驗區之外,最大棄渣運送距離超過19公里。
在建設過程中,引入環境監理,建立了嚴格的環境監理制度。受陜西省科學院、世界自然基金會(WWF)委托的研究團隊對西成高鐵沿線野生動物保護工作開展專題研究。2010年以來,研究團隊在隧道兩側和高架橋上布設了數十臺紅外相機,全天候監測當地的野生動物活動規律,結果讓人欣慰:目前并無大的影響。
8.站房——展示高鐵沿線文化的新“名片”
西城高鐵陜西段共新建阿房宮、鄠邑、新場街(搶修作業點)、佛坪、洋縣西、城固北、新集、寧強南8個車站。每一個車站從概念設計、方案征集到建設實施,都堅持充分融入當地特色,展現城市魅力。例如佛坪站就充分結合了佛坪作為“大熊貓的家園”和“中國山茱萸之鄉”的特點,站房外觀從遠處看像大鵬展翅,站前廣場設有金屬的熊貓拱門,充分體現佛坪的特點和文化元素。
9.新場街——高鐵隧道群應急疏散救援的重要保障
西成高鐵新場街搶修作業點海拔1594米,為全線海拔最高的站點,其北側為大秦嶺隧道,南側為秦嶺天華山隧道。這里四面環山,站臺矗立在25米高的橋上。西成高鐵穿越秦嶺段形成長達110公里的長大密集隧道群及坡度25‰、持續長達45公里的長大坡道,隨之產生的應急救援疏散問題,也在西成高鐵建設中首次開展研究。新場街搶修作業點專門為應急救援而建設,同時秦嶺隧道群中還設置有7處救援站,包含列車臨時停靠點、疏散梯道及救援通道等。鐵路職工守候在這里,全天候維修保養線路設備,做好應急救援準備,確保高鐵安全。
10.4G信號全覆蓋——全線同步建成高速通信網絡
在西成高鐵陜西段建設過程中,西成客專陜西公司與中國鐵塔股份有限公司陜西省分公司開展戰略合作,采取“四聯合”“三同步”(即“聯合招標、聯合實地勘察、聯合測試網絡性能、聯合開站”“同步建設、同步開通、同步驗收”)的方式,建設了全線覆蓋的高速4G網絡。為保證高速列車上通信網絡的穩定性和延續性,在設計方案上,建設者采用了隧道內泄露電纜覆蓋和隧道口場坪站相結合的方式進行覆蓋,確保了整體網絡的無縫覆蓋;2017年8月31日,完成公網覆蓋的全部開通,在調試階段展現了高速穩定的良好性能。
(文章來源52監測網,本文轉載自鐵總、洋州老張、網易新聞(作者王麟),僅用來學習及交流,侵權刪)