喬健

（鐵道部工程設(shè)計(jì)鑒定中心原副總工程師，北京 100844）

秦沈鐵路十年回眸

喬健

（鐵道部工程設(shè)計(jì)鑒定中心原副總工程師，北京 100844）

回顧秦沈鐵路的決策和建設(shè)過程，總結(jié)了秦沈鐵路設(shè)計(jì)、建造中的諸多“第一次”，形成高速鐵路設(shè)計(jì)理念。秦沈鐵路的建設(shè)對(duì)中國(guó)形成自己的高速鐵路標(biāo)準(zhǔn)和建設(shè)方案起到了探索和奠基的作用。

秦沈鐵路；高速鐵路；設(shè)計(jì)；標(biāo)準(zhǔn)；建設(shè)方案

1 概述

鐵道部經(jīng)過廣深準(zhǔn)高速鐵路的探索，在出關(guān)通道上提出客運(yùn)專線這個(gè)概念時(shí)，面臨的最大問題就是客、貨分線運(yùn)輸后，專跑客車的客運(yùn)專線速度目標(biāo)值和建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)的問題。中國(guó)鐵路當(dāng)時(shí)雖已立項(xiàng)研究高速鐵路主要技術(shù)問題多年，但仍沒有建設(shè)高速鐵路的經(jīng)驗(yàn)和技術(shù)儲(chǔ)備，在上報(bào)和批復(fù)的預(yù)可研、可研、初步設(shè)計(jì)文件中用基礎(chǔ)設(shè)備按160 km/h以上設(shè)計(jì)描述?？梢?，當(dāng)時(shí)各級(jí)決策層面對(duì)客運(yùn)專線技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的理解是不一致的。因此該條鐵路建成通車后，鐵道部還在被追問，到底是按照多少行車速度設(shè)計(jì)、建造的。秦沈鐵路建成十年了，決策的環(huán)境、人員都發(fā)生了巨大的變化，中國(guó)的高速鐵路建設(shè)成就已享譽(yù)全球，回顧秦沈鐵路的決策、設(shè)計(jì)、建造，可以用鄧小平同志對(duì)社會(huì)變革的一句話來表述，“摸著石頭過河”。秦沈鐵路的設(shè)計(jì)、建造創(chuàng)造了中國(guó)鐵路建設(shè)史上的許多第一次。本文就羅列這些第一次對(duì)后來建設(shè)高速鐵路的影響和經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)，供大家參考。

2 秦沈鐵路建設(shè)中的“第一次”

2.1 第一次將曲線半徑成段分布

秦皇島站中心至沈陽(yáng)北站中心是秦沈鐵路的設(shè)計(jì)范圍，約為400 km，全線共設(shè)有82個(gè)曲線，曲線半徑值有R=1 500 m、3 500 m、4 000 m、4 500 m、5 500 m、6 000 m、7 000 m、8 000 m、10 000 m。當(dāng)時(shí)認(rèn)為曲線半徑3 500 m可以運(yùn)行250 km/h車速，曲線半徑5 500 m可以運(yùn)行300 km/h車速。

從山海關(guān)出發(fā)到錦州前是鐵道部安排的300 km/h行車試驗(yàn)的試驗(yàn)段，采用的曲線半徑均大于等于5 500 m曲線半徑；錦州至溝幫子段處于低山區(qū)，從DK81+457處到DK225+226處，成段地采用了最小曲線半徑3 500 m，之后又均采用大于或等于5 500 m曲線半徑；進(jìn)入沈陽(yáng)樞紐大成站，在DK400+050處采用了一處曲線半徑為1 500 m的曲線后進(jìn)入沈陽(yáng)北站。按當(dāng)時(shí)的策劃，前81 km段落可以運(yùn)行300 km/h車速，中間約144 km段落可以運(yùn)行250 km/h車速，后約175 km段落可以運(yùn)行300 km/h車速，進(jìn)入沈陽(yáng)樞紐的約11 km按普通客車速度運(yùn)行。這是第一次在設(shè)計(jì)中成段落布置曲線，以利于設(shè)備標(biāo)準(zhǔn)配套和行車操作。

2.2 第一次在鐵路橋梁設(shè)計(jì)中采用動(dòng)力學(xué)分析作為控制設(shè)計(jì)的參考標(biāo)準(zhǔn)

在秦沈鐵路之前，中國(guó)鐵路無論在準(zhǔn)高速鐵路、客貨混跑鐵路、重載、運(yùn)煤專線都采用一種圖號(hào)的組合T形梁，并有成套的運(yùn)架設(shè)備。它經(jīng)受過承載能力的考驗(yàn)，卻沒有經(jīng)受過行車速度的考驗(yàn)，因?yàn)橹袊?guó)當(dāng)時(shí)還沒有高速鐵路。

在設(shè)計(jì)和審查階段，相關(guān)人員出訪、調(diào)查了世界各國(guó)的高速鐵路橋梁形式，也沒有發(fā)現(xiàn)固定的模式和規(guī)律，西班牙用多片式T梁，德國(guó)用混凝土箱型梁，日本用小剛構(gòu)橋，法國(guó)用鋼板梁等等。但發(fā)現(xiàn)各國(guó)采用梁的剛度遠(yuǎn)大于其規(guī)范規(guī)定值，并有動(dòng)力學(xué)的要求，這一點(diǎn)在我國(guó)之前的規(guī)范中是沒有的?！皠?dòng)力學(xué)仿真分析”是當(dāng)時(shí)設(shè)計(jì)高速鐵路橋梁較為新穎的詞匯，鐵道部科技司在組織鐵道科學(xué)研究院、高等院校等部門研究動(dòng)力仿真分析軟件方面下了很大功夫，并使多家分析離散的成果逐漸趨向統(tǒng)一，將秦沈鐵路擬采用的橋梁形式背對(duì)背發(fā)放給動(dòng)力學(xué)軟件研制各單位。建成后有了實(shí)體對(duì)照的測(cè)試結(jié)果，驗(yàn)證的成果使之后建造的高速鐵路有了基本的數(shù)據(jù)參考。雖然當(dāng)時(shí)分析的仿真成果精準(zhǔn)性還不夠高，卻使秦沈鐵路采用的橋梁形式有了初始的動(dòng)力學(xué)判斷成果。

2.3 第一次在中國(guó)鐵路建設(shè)中大范圍采用混凝土箱型梁、鋼箱型連續(xù)梁、混凝土剛構(gòu)連續(xù)梁

設(shè)計(jì)和審查階段對(duì)于混凝土常用跨度梁是采用T形梁、∏形梁還是采用箱形梁的爭(zhēng)論是廣泛的，從工程量、動(dòng)力學(xué)特征、運(yùn)架設(shè)備、造價(jià)等方面，各部門、各層次的觀點(diǎn)都不太一致。無論哪種梁設(shè)置于秦沈鐵路都是第一次，最終基本統(tǒng)一到動(dòng)力學(xué)特征方面?？缍?6 m以下的組合T形梁，動(dòng)力學(xué)特征為良好，條件合適予以采用。而對(duì)于箱型梁，雙線整孔箱型梁的動(dòng)力學(xué)特征好于單線組合式箱型梁，當(dāng)時(shí)的適用速度分界在250 km/h左右?？紤]到32 m箱型梁重接近900 t，制造架橋機(jī)和運(yùn)梁車的技術(shù)跨度太大，引發(fā)眾多擔(dān)憂，故秦沈鐵路分區(qū)段多采用24 m跨度的雙線箱型梁和單線組合式箱型梁。

在最小半徑曲線5 500 m及以上的區(qū)段，配置了24 m整孔箱型梁和16 m組合T梁橋，用當(dāng)時(shí)的動(dòng)力學(xué)指標(biāo)判斷，運(yùn)行300 km/h車速時(shí)為合格和良好。為了減小運(yùn)架梁噸位，在最小半徑3 500 m的區(qū)段，配置了24 m單線組合式箱型梁。

對(duì)于跨越道路等需要大跨度橋梁時(shí)，參照法國(guó)的經(jīng)驗(yàn)設(shè)置了中跨32 m、40 m、48 m、56 m鋼混凝土結(jié)合連續(xù)梁，以及中跨24 m及以下或多個(gè)24 m的混凝土剛構(gòu)連續(xù)梁橋，接近沈陽(yáng)的約100 km路段橋梁稀少，采用運(yùn)架梁長(zhǎng)途運(yùn)輸不合理，均采用了上述結(jié)構(gòu)。

遼河橋位于DK337 km處，處在最小曲線半徑5 500 m及以上集中段落的中部，河道管理部門堅(jiān)決不同意采用小于32 m跨度的橋梁。沒有可用的架橋機(jī)，最終采用階段拼裝施工方法，建成了74孔32 m雙線整孔箱型梁橋，也使能夠運(yùn)行300 km/h的段落延長(zhǎng)了約70余km。

這些第一次在中國(guó)鐵路上采用的橋式中，鋼混凝土結(jié)合連續(xù)梁經(jīng)測(cè)試后發(fā)現(xiàn)由于梁體重心高，實(shí)測(cè)動(dòng)力學(xué)特性差于其他橋式，造價(jià)也沒有優(yōu)勢(shì)，在之后的高速鐵路建設(shè)中不再采用。24 m跨度的箱型梁雖然動(dòng)力學(xué)仿真分析良好，實(shí)測(cè)也沒有發(fā)現(xiàn)明顯的問題，但其與車輛的換長(zhǎng)接近，旅客感覺有共振的情況。隨著架橋設(shè)備上升為約900 t，有條件架設(shè)32 m箱型梁后，后期建造的高速鐵路不再集中采用24 m跨度的箱型梁，多采用32 m預(yù)應(yīng)力混凝土箱型簡(jiǎn)支梁的橋式。

國(guó)外簡(jiǎn)支梁的梁高一般為1/10，當(dāng)時(shí)我國(guó)專家經(jīng)分析認(rèn)為1/12就可以了，秦沈鐵路采用的24 m箱型梁的梁高是2 m，但經(jīng)后期測(cè)試有偏弱的傾向，在以后的高速鐵路建設(shè)中采用的箱型梁增加了梁高。我國(guó)后期建造的橋梁與世界各國(guó)高速鐵路簡(jiǎn)支梁的高跨比規(guī)律基本一致，也適應(yīng)了大范圍鋪設(shè)無砟軌道的需求。

2.4 第一次在高標(biāo)準(zhǔn)線路橋梁上采用無砟軌道

在秦沈鐵路初步設(shè)計(jì)和審查階段，經(jīng)過科研前期立項(xiàng)，對(duì)無砟軌道技術(shù)有一些儲(chǔ)備，選擇了平坡直線的沙河、狗河橋作為實(shí)施工點(diǎn)，建設(shè)司組織對(duì)無砟軌道的梁進(jìn)行了適應(yīng)性調(diào)整，主要工作是加高了20 cm梁高，以求減少梁體的混凝土收縮徐變上拱值。歷史上混凝土簡(jiǎn)支梁的后期混凝土收縮徐變上拱值有發(fā)展得十分驚人的情況，發(fā)生過在有砟軌道的線路上上拱10余cm不得不換梁的情況。初步設(shè)計(jì)階段，在審查橋梁上無砟軌道結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)時(shí)與各部門協(xié)商后，審查意見確定無砟軌道的結(jié)構(gòu)高度與有砟軌道的結(jié)構(gòu)高度相同，這也表明當(dāng)時(shí)對(duì)無砟軌道的認(rèn)識(shí)并不充分，留有拆換的條件，在秦沈鐵路運(yùn)行多年后建設(shè)的高速鐵路橋梁上無砟軌道的結(jié)構(gòu)高度有所降低。

秦沈鐵路建造過程中，由于工總、建總兩個(gè)總公司認(rèn)為都需要實(shí)施無砟軌道的技術(shù)儲(chǔ)備，提出要求工程總公司范圍也選一座雙河橋?qū)嵤o砟軌道。該橋位于3 500 m曲線半徑上，其超高的設(shè)置一度困擾相關(guān)專家，直線上可以不談速度和超高，而曲線上則非定不可。這個(gè)問題直到今天尚沒有定論，在各條高速鐵路建設(shè)中，到底按什么速度確定超高需要一事一議[1]。

2.5 第一次采用600 t無軌運(yùn)輸?shù)倪\(yùn)、架梁設(shè)備

秦沈鐵路采用的雙線整孔箱型梁重達(dá)550 t，設(shè)計(jì)、審查、建造初期對(duì)采用有軌還是無軌運(yùn)、架梁設(shè)備，展開了廣泛的研究和討論。最終無軌運(yùn)、架梁成為主流和開拓的聲音，并采用引進(jìn)和自行研造運(yùn)架梁設(shè)備兩條腿走路的方式。

引進(jìn)的尼古拉運(yùn)架橋機(jī)的隨機(jī)外國(guó)工程人員不敢上看上去纖細(xì)的中國(guó)橋墩，經(jīng)中國(guó)工程人員上墩架設(shè)幾孔后，才正式開展工作并認(rèn)真審視中國(guó)式的橋墩。之后建造的高速鐵路橋墩的剛度也隨著動(dòng)力學(xué)仿真研究的深入得到了提高。

中國(guó)自己研制的運(yùn)梁車、架橋機(jī)發(fā)揮了全國(guó)各行業(yè)的技術(shù)專長(zhǎng)和積極性。從運(yùn)、架梁效率上看，與國(guó)外的設(shè)備相差無幾，只是在制造工藝上還有提高的空間。

尼古拉運(yùn)架橋機(jī)的常用規(guī)格是600 t、900 t、1 400 t，分別可以架設(shè)25 m、30 m、40 m預(yù)應(yīng)力混凝土箱型梁，并在多個(gè)國(guó)家的高速鐵路上有使用。當(dāng)時(shí)注意到600 t運(yùn)架橋機(jī)與900 t的運(yùn)架橋機(jī)并無本質(zhì)的區(qū)別，這也為后期研制高速鐵路的32 m預(yù)應(yīng)力混凝土箱型梁的運(yùn)架設(shè)備奠定了基礎(chǔ)。

2.6 第一次采用廠拌級(jí)配路基表層填料

級(jí)配碎石填筑路基基床表層不是秦沈鐵路提出的，但施工中采用配料廠、分料機(jī)配置級(jí)配填料是中國(guó)鐵路建設(shè)的首次，使級(jí)配填料真正達(dá)到了分級(jí)級(jí)配的標(biāo)準(zhǔn)。其工藝雖不復(fù)雜，但帶來的結(jié)果對(duì)之后設(shè)計(jì)、建設(shè)的高速鐵路起到了指導(dǎo)作用。

2.7 第一條沒有區(qū)間地面信號(hào)機(jī)的鐵路

秦沈鐵路采用車載速度顯示信號(hào)作為行車憑證，取消了傳統(tǒng)的區(qū)間地面通過信號(hào)機(jī)，是基于200 km以上速度行車司機(jī)能否看得清信號(hào)燈顯示的問題。秦沈鐵路也是我國(guó)第一條沒有地面信號(hào)機(jī)的鐵路。

引進(jìn)采用車站聯(lián)鎖系統(tǒng)與列車運(yùn)行控制系統(tǒng)合二為一的一體化系統(tǒng)，將系統(tǒng)之間傳統(tǒng)的外部接口方式轉(zhuǎn)變?yōu)橄到y(tǒng)內(nèi)部進(jìn)行信息交換的方式，提高了系統(tǒng)的可用性和可靠性。并采用專用光纖進(jìn)行安全數(shù)據(jù)傳輸?shù)男盘?hào)安全數(shù)據(jù)局域網(wǎng)和廣域網(wǎng)技術(shù)，將全線信號(hào)控制系統(tǒng)連成了一個(gè)整體，信息共享。

第一次采用信號(hào)系統(tǒng)綜合接地，將沿線所有信號(hào)設(shè)備的接地實(shí)現(xiàn)等電位連接，實(shí)現(xiàn)了多專業(yè)設(shè)備的綜合接地，也是高速鐵路綜合接地系統(tǒng)的雛形。

秦沈鐵路信號(hào)工程采用的技術(shù)是我國(guó)鐵路信號(hào)領(lǐng)域的重大技術(shù)創(chuàng)新嘗試，為高速鐵路設(shè)計(jì)規(guī)范編制和后續(xù)建設(shè)的高速鐵路所借鑒和采納。由于該系統(tǒng)對(duì)使用人員的要求較高，備品備件依賴于國(guó)外，而秦沈鐵路又孤立于一個(gè)傳統(tǒng)的大系統(tǒng)之外，目前列控和聯(lián)鎖設(shè)備已被傳統(tǒng)的獨(dú)立設(shè)備取代。

2.8 第一次在鐵路上采用銅鎂合金接觸線

我國(guó)傳統(tǒng)電氣化鐵路接觸導(dǎo)線主要采用純銅線、銅銀合金線等，由于列車高速運(yùn)行需要提高接觸網(wǎng)接觸導(dǎo)線的張力和良好的弓網(wǎng)受流性能，在秦沈鐵路高速試驗(yàn)段首次采用了銅鎂合金導(dǎo)線，張力提高到20 kn，適應(yīng)了高速試驗(yàn)列車運(yùn)行的弓網(wǎng)受流要求，也為后來發(fā)展的高速鐵路建設(shè)奠定了基礎(chǔ)。

2.9 第一次建造了真正意義上的橋梁上聲屏障

傳統(tǒng)的橋上聲屏障受到T型橋梁結(jié)構(gòu)的承重限制，多是在角鋼支架人行道邊設(shè)置鋼板并輔以各種隔、吸聲材料形成，其耐久性較差，幾年后隔、吸聲材料脫落者占非常大的比例，最終剩下的薄鋼板基本起不到隔、吸聲作用，更有放大噪聲的說法。

秦沈鐵路在箱型梁上設(shè)置了插板式的聲屏障，插板由混凝土板和吸聲材料組成，真正實(shí)現(xiàn)了一定的隔、吸聲效果，也為之后高速鐵路橋梁上建設(shè)大范圍采用的插板式聲屏障奠定了基礎(chǔ)。

2.10 第一次在中國(guó)實(shí)現(xiàn)了試驗(yàn)列車運(yùn)行時(shí)速超過300 km

在秦沈鐵路建成初期的試驗(yàn)階段，在山海關(guān)至錦州的試驗(yàn)區(qū)段，動(dòng)力集中拖掛18節(jié)車廂的中華之星列車，試驗(yàn)速度達(dá)到321.5 km/h，成為當(dāng)時(shí)在中國(guó)最高行車速度的記錄。

此外，秦沈鐵路上首次開展的工程實(shí)踐還有房建、施工組織等專業(yè)，這也是中國(guó)對(duì)高速鐵路建設(shè)的探索。在鐵道部各決策、科研、設(shè)計(jì)、審查等部門的密切協(xié)作下，以及各參建施工單位的認(rèn)真實(shí)施和摸索下，對(duì)中國(guó)形成自己的高速鐵路標(biāo)準(zhǔn)和建設(shè)方案起到了探索和奠基的作用。

3 結(jié)束語(yǔ)

回眸秦沈鐵路的探索和建設(shè)，它使中國(guó)的工程技術(shù)人員和決策者有機(jī)會(huì)對(duì)高速鐵路的設(shè)計(jì)、建造標(biāo)準(zhǔn)和實(shí)施方案進(jìn)行實(shí)踐。照搬國(guó)外的經(jīng)驗(yàn)有不符合中國(guó)地理環(huán)境和國(guó)情的情況，而中國(guó)工程技術(shù)人員的創(chuàng)造性也使參觀過秦沈鐵路建設(shè)的外國(guó)同行刮目相看，這些實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)也為后期中國(guó)大范圍開展的高速鐵路建設(shè)奠定了基礎(chǔ)。秦沈鐵路的開拓使中國(guó)建設(shè)者明白一個(gè)道理，沒有自己的實(shí)踐，再好的工程經(jīng)驗(yàn)也是學(xué)不來的。

[1]周詩(shī)廣.大跨度上鋪設(shè)無砟軌道結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)研究[J].鐵道經(jīng)濟(jì)研究，2011（1）：6-11

The article reviews the process of decision and construction of Qinshen Railway, expatiates contents of the project adopted for the first time trying the design of high-speed railway, and discusses the influence on the later construction of highspeed railways, playing the role of exploration and foundation for China to form own high-speed railway standard and construction scheme.

Qinshen railway； high-speed railway；design；standard；construction scheme

A

1004-9746（2013）02/03-0030-03

魏艷紅）

2013-04-10）