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沪杭高铁科技创新巡礼

来源:人民铁道网-人民铁道报   作者:曹丹 薛贵宝    发表时间:2010-10-26 09:16    


横潦泾特大桥全桥合龙贯通。钟飞 摄


气势宏伟的高墩。牛文健 摄


松江特大桥半封闭声屏障走廊。沈健华 摄


主跨160米、单边转体1.68万吨的跨石大公路自锚上承式混凝土转体拱桥正在合龙。 薛贵宝 摄


鸟瞰金山制梁场。 王超 摄

  1949年,著名的地理学家和气象学家竺可桢从杭州乘火车去上海,他在日记中记录,两个城市间用了 “整整13个小时”。如今,随着沪杭高铁的建成通车,上海杭州两地实现45分钟直达。这是继沪宁高铁开通运营之后,我国经济最发达地区长三角又一条高铁巨龙即将起飞,成为中国加快现代化建设、实现中华民族伟大复兴的又一强大引擎。沪杭高铁建设,运用科技创新手段书写中国高铁建设的新传奇,在引领世界高铁发展的新潮流中发挥着至关重要的作用。

  创新是一个民族的灵魂,是国家兴旺发达的不竭动力,沪杭高铁建设的大势逼迫建设者必走科技创新之路

  沪杭高铁是目前我国乃至世界铁路建设史上系统技术最全、集成能力最强、运行速度最高的高速铁路之一,也是工期最短、建设速度最快的高铁之一,工期紧张的形势逼迫建设者必须走科技创新之路。

  沪杭高铁是设计时速350公里的高等级铁路,全线采用无砟轨道技术,全线路基均位于深厚层软土地区,桥梁比重达90.3%,全线特殊结构桥梁多达139处,其中36次跨越等级航道,18次跨越高速公路,6次跨越既有铁路,同时接入上海、杭州枢纽,施工之复杂前所未有。全线需迁改电力线1043处,涉及浙江省段输油管线和天然气管道有8处,涉及上海市、浙江省电信、移动、联通、铁通等公司设施迁改约1300处。沿线与高压电力、既有沪杭高速公路共通道,有近40公里的线路并行于既有沪杭铁路,100多次与公路、铁路、轨道交通及等级航道立体交叉。工程前期工作周期短,且具有技术新、标准高、施工难度大、安全风险高的特点。

  面对工程涉及软土地基处理、大跨度桥梁施工技术、无砟轨道施工质量控制、现浇高速道岔施工等多项关键技术和资金筹措与管理、工程造价有效控制、进度安全质量有效控制、环境保护等诸多管理难点问题,沪杭客专公司运筹帷幄,针对项目难点、关键点,全员、全过程、全方位加大科技创新力度,对自身严格要求,在高铁建设技术及管理研究领域设立目标,争取至少获得3项省级、部级成果,9项路局级成果,培养出一批技术业务能力突出、科研水平过硬的专业技术人员。

  工程一开工,沪杭客专公司就立即行动,带领全体参建单位围绕沪杭高铁工程建设目标,分析项目的重点、难点和质量控制关键点,加强对项目技术创新工作的统筹协调,排摸出24个科研项目,并分别明确项目承担责任人和设计、施工、监理单位负责人,对重点项目进行联合科技攻关。施工中,沪杭客专公司先后与中国铁建十二局集团、中建八局集团、中国铁建第四勘测设计院集团和东南大学组成关于特大跨桥梁主梁混凝土材料收缩徐变控制与耐久性提升技术研究课题组,与中国中铁一局集团、中国铁建十二局集团、中建八局集团、铁四院和东南大学组成大跨径PC梁桥长期变形与裂缝控制的设计与施工措施研究课题组,与中国中铁一局集团、中国铁建十二局集团、铁四院和东南大学组成特大跨桥梁转体施工关键技术研究课题组,与中国中铁大桥局集团组成深水墩施工和大跨度铁路桥梁快速施工技术课题组……

  科研项目敲定了,强有力的科研攻关组织形成了,研究任务分工和科技攻关内容明确了,剩下来的,便是按照时间节点要求展开攻关。

  作为设计单位,铁四院用全新的设计理念赋予沪杭高铁高品质内涵。沪杭高铁途经的沪、浙地区,软土分布广,深厚多层软土处理工程量大,水系丰富,桥梁比重大。沿线城市密集、企业众多、管网密布,特别是相当比例的线路沿既有铁路营业线施工,这些现实情况要求沪杭客专公司必须高度重视施工质量和安全。面对前所未有的挑战,铁四院在软土、桥梁、环保等设计技术上实现突破,先后完成自锚上承式钢筋混凝土拱桥、桥梁半封闭声屏障、软土地区板梁结构路基等多项技术创新,解决了多项技术难题,创下了多个中国及世界第一,为工程顺利实施创造了条件。

  坚持走专家治理之路,破解高铁建设一道又一道难题,创造了中国高铁建设多项成果

  自沪杭高铁开工以来,沪杭客专公司坚持走科技加专家治理之路,积极探索新的工作方法,坚持在科学组织上找出路,大力推进工作方式和工作方法的改进与创新,确保沪杭高铁建设加快推进。在沪杭高铁建设过程中,沪杭客专公司与参建的设计、施工、监理等单位密切合作,结合项目实际成立科研领导小组,列出重点、难点进行专题研究;按照管理、技术、工人三结合的原则,组建现场技术攻关小组,深入现场,调研选题;借助外力,邀请路内外知名专家对技术难点共同研究,合力攻关,用科技创新破解难题,成功解决了工期紧、技术新、配置难、队伍新等难题。

  创新,不能是盲目蛮干,必须要有技术力量支撑。所有施工项目部的背后,都有所在集团公司为“靠山”,遇到难题,由集团公司组织力量,保证创新的科学性。此外,沪杭高铁还有一个强大的技术后盾——专家组,沪杭客专公司聘请铁道部原总工程师王麟书任组长,定期对项目推进中的关键技术和重点、难点问题进行把脉,分析、研究和明确下阶段技术攻关重点。他们请来中国工程院院士唐明述、孙伟担当沪杭高铁课题组顾问,对大跨度砼连续梁收缩徐变、转体桥球绞施工控制技术、无砟轨道铺设技术和钢结构防腐涂层技术进行了有效研究和应用。

  沪杭高铁是走专家治理之路、破解高铁建设难题的典范。在沪杭高铁建设过程中,各路大军坚持高起点、高标准、高定位,以建设安全工程、示范工程和精品工程为目标,聘请各方专家坐镇建设现场,运用具有世界一流水平的无砟轨道技术、列车控制技术、客站建设技术、调度指挥技术等一系列高铁先进技术,原始创新、集成创新、引进消化吸收再创新,经过精心组织、精心设计、精心施工、精心管理,创造了中国高铁建设多项成果。

  沪杭高铁横贯东西,需在软土地上首次建造160米主跨长度、单边转体重量1.68万吨的上跨沪杭高速公路万吨特大拱桥,而沪杭高速公路是上海到杭州的重要交通通道,每天车流量4万余辆。现场施工既不能影响公路通行,又要确保高铁建设安全推进,这并非易事。在这样复杂的条件下建设高速铁路转体桥,日本、法国、德国都没有先例。

  跨沪杭高速公路转体桥是沪杭高铁“天字号”工程,设计主跨160米自锚上承式钢筋混凝土拱桥尚属首例。中国铁建十二局集团沪杭高铁项目部要在极限的时间内完成这一高难动作,更将这座桥梁的施工难度推上了世界之巅。沪杭客专公司先后6次召开有国内知名桥梁专家参加的现场论证会,通过专家治理、超强要素配置,先后破解了10多项施工难题,创造了高速铁路160米自锚上承式钢筋混凝土拱桥跨度、软土地基上首次建造160米自锚上承式钢筋混凝土拱桥、同类桥梁单边转体自重达16800吨的3个“世界第一”;自主创新了软土地基大跨度大吨位半幅拱圈支架、转体桥拱圈超大节段、拱座与基础预应力、大跨度拱桥组织管理与快速施工4大技术;研发了软土地基140米深超长钻孔桩、软土地基钢壁沉井下沉、长大系杆设计与施工控制、多次体系转换设计与施工控制、16800吨大吨位转体控制5项关键技术,将工期由原计划2010年10月份完成提前到6月份完成,最终于5月17日顺利实现拱桥成功转体。

  沪杭高铁建设中,以专家治理为高新技术项目提供“智库”动力的例子,不胜枚举。来自“智库”的专业意见和沪杭客专公司各项目部专业人才的现场经验渗透融合,及时转化为科技创新成果。

  科技助力沪杭高铁插翅腾飞,中国高速铁路跑在了世界的前列

  沪杭高铁采用双线电气化,列车时速350公里,每秒极速达97米!这样高的速度,怎样保持列车的安全性?这是广大旅客最为关心的话题。

  高铁是高新技术的系统集成,是中国科技实力的集中体现。沪杭高铁在铁路路基、桥梁、无砟轨道、测量控制、环境保护、减震降噪等重大关键技术上积累了宝贵经验,也为安全运营打下基础。

  沪杭高铁全线采用CRTSⅡ板式无砟轨道,具有结构稳定、免维修、使用寿命长等优点。它对施工的技术要求极高,沉降误差以毫米计,其标准比F1赛车跑道要求还要高,安全性能也更高。

  按照铁道部颁发的技术标准,现行的轨道板各类几何尺寸大多控制在2毫米至3毫米的误差。为了减少后期精调螺杆、扣件以及钢轨的精准度所花费的时间和工作量,沪杭高铁轨道板的误差值小于0.5毫米。

  0.5毫米,是个什么概念?就是一根头发丝直径的距离,一张纸的厚薄。

  施工中,建设者开发出具有自主知识产权的新技术,保证了轨道安装的精准。如今,当你坐上沪杭高铁的动车组列车时,再也听不到恼人的“咣当”声。沪杭高铁全程运用了长钢轨无缝焊接工艺,中间不再预留伸缩缝,全线相当于一根钢轨,从而保证动车组列车高速运行时的高平顺性,旅客自然也就不会再 “点头”了,舒适度大为提高。

  沪杭高铁全线有6处连续梁跨既有线施工,防护措施的针对性、合理性、有效性是确保行车安全的关键,也影响运输能力。沪杭客专公司组织施工、监理单位对连续梁挂篮施工防护棚架进行专项研究,采取了移动棚架,施工时移动棚架与挂篮同步滑移,对既有线进行了有效防护。

  为了又好又快推进沪杭高铁工程建设,沪杭客专公司积极动员各参建单位建设者充分利用自己的聪明才智,摸索出相对成功的工艺和工法20余项,并编撰成册,下发到各施工单位,实现全线优势资源共享,对于提高工效、降低成本、保证工程质量、加快施工进度、保证施工安全等都起到了积极的推动作用。

  跨洞泾港连续梁、跨A30高速公路分别为100米和80米跨的连续梁,由于线路变更及天然气管道防护等原因造成开工滞后。为抢回损失的时间,沪杭客专公司组织设计和施工单位不断优化施工方案,由悬臂浇注改为大梁段支架现浇施工,实现了墩身施工与梁部施工同步平行作业,既保证了质量,也缩短了工期。

  跨A5高速连续梁直径2.2米、深142米的钻孔灌注桩施工中,建设人员采用正、反循环联合成孔的方法,探索出了大孔径超深桩快速钻进的施工工艺,由初期的成桩需18天缩减为12天。

  桐乡梁场刚投产时,沪杭客专公司在检查中发现桥梁梁体端头存在不同程度的掉块后,立即组织中国铁建十一局集团项目部、梁场技术人员、监理人员进行专项分析,认为是由端头模板和施工工艺造成的,于是对端模张拉孔部分进行改造,使其相接处角度变化由角形改为弧形,并在端模张拉孔位置处挂上附着式振动器,在脱模时由简单的敲击法改为高强度高频振动法,使其模板与混凝土均匀自然分离,从而彻底解决了箱梁脱模掉块现象。

  CRTSⅡ型板式无砟轨道板生产是沪杭高铁建设的关键技术,而无砟轨道板数控打磨机床打磨额定功效为每天81块,轨道板的生产经测算将严重滞后,满足不了6月10日完成无砟轨道板铺设的要求。沪杭客专公司组织中国中铁十局集团、华东数控机床厂、模板制造厂商进行集中攻关,分析提高功效的途径,研究解决的方案,一是通过提高模板的精确度来减少打磨量,二是通过解决安装打磨头的工装机具来减少打磨头更换的时间,三是通过将刻字机外移来减少刻字时间。通过上述三方面的技术革新,他们将每块轨道板占用磨床的时间由原来的13分钟缩短为10分钟,目前打磨功效提高到每天110块以上,并创下了最多135块的日打磨纪录,确保了轨道板铺设工期节点要求……

  中国中铁电气化局集团从立下8178根H型钢柱、安装8800组腕臂、1177公里电缆放设、2000多个各种电缆头的接续到接触网调整再到联调联试只用了仅仅7个月。而在国外,这个时间连可行性调研都不够。该集团大力推进技术创新,继续改进技术精度,不断改进工艺、工法,在上海松江区至虹桥样板区间架设的首段首条接触网导线平直度每米误差由原来的0.05毫米降到了0.03毫米,这个数据创造了中国乃至世界第一。

  通信信号系统是高铁运行的中枢神经,C3列控系统应用于沪杭高铁经历了新的挑战。项目技术标准要求高,并行作业多,工期又紧。中国铁路通信信号集团公司在现有C3列控系统技术上,对联锁、列控中心以及RBC进行技术创新和改进,为保障高铁安全运营,实现我国高铁通信信号技术国产化,创建世界一流高铁品牌起到了至关重要的作用。

  打破常规,创新管理,科学组织,促进科技创新成果转化

  沪杭客专公司根据上海铁路局2010年至2011年度科技创新的指导意见,开展了时速350公里客运专线安全、优质、快速施工研究课题,高速铁路大跨度深水桥梁快速施工成套技术研究,张拉整体新型屋盖结构在铁路客站的应用研究。针对连续梁收缩徐变时间不足,满足不了无砟轨道铺设要求,他们开展了特大跨桥梁主梁混凝土材料收缩徐变控制与耐久性提升技术研究;针对跨沪杭高速公路及跨石大路转体技术复杂,开展了转体桥施工关键技术研究;针对路基堆载预压时间不足,开展了软土路基管桩加筏板复合地基沉降规律研究;针对大跨度连续梁工期紧,开展了大跨度桥梁大节段悬臂灌注施工工艺研究;针对桥梁沉降观测时间不足,开展了软土地段桥梁基础沉降监测、分析、预测与评估技术研究;针对CRTSⅡ型无砟轨道采用新技术、新材料、新设备,开展了无砟轨道施工工艺及质量控制技术研究;针对高速道岔铺设精度要求高,开展了高速道岔施工技术研究等等24项技术攻关。通过技术攻关,他们取得了阶段性成果,并运用于工程实际中,在保证施工质量、提高施工功效、确保工期上发挥着巨大的作用。

  工期紧,是横潦泾桥施工过程中一个持续不变的主题。随着沪杭高铁的全线开工,横潦泾连续梁桥开工建设,因为种种原因,中国中铁大桥局集团突击队在3个月后,也就是6月底才得到进场的命令,这个时候,大桥的工期只剩下10个月,而施工进度几乎为零。按照常规水平,这样规模和性质的大桥,至少需要2年半的时间建设。10个月,留给中国中铁大桥局集团的时间,仅仅只有正常工期的三分之一,工期严重缩水,而难度却翻了几番,这就注定了横潦泾大桥的施工不仅仅是一次挑战,更是一次突击战。

  打破常规总是伴随着风险,而以科技创新的途径解决问题是 “超常规”方案成功实施的首要条件。由于该桥控制高铁总工期目标,其水中主墩施工属全线最难,采用常规施工方法难以保证工期。那段时间,沪杭客专公司总经理钱桂枫每周都要去横潦泾施工现场数次次,督促施工单位制订完整科学方案,帮他们解决问题。

  “变天上为地面,变水中为岸上,变分部为整体,变先后为同步,变现场为工厂”。多项新技术在横潦泾得到大胆运用,包括钢板桩围堰和水中平台同步施工、承台墩身一次浇筑、0#块与桥梁墩台身同步施工、0#块29米超长大节段现浇、梁部大节段挂篮悬臂浇筑、钢板桩围檩支撑自下而上施工、过江混凝土水下长距离泵送,一个个难关在建设者手中被突破,一项项纪录在大胆创新中诞生:82天打完钻孔桩、27天完成围堰、17天建成承台墩柱、10天做成墩帽、32天建成0﹟块、88天干完11个块段连续梁……

  4月15日凌晨,灯火通明的横潦泾河面上,全长420米的4跨预应力钢筋混凝土连续梁实现中跨合龙,沪杭高铁跨度最大、工期最紧的特大桥的提前合龙,为全线工程进度创造了良好条件,也创造了大跨度桥梁速度施工的一个新的里程碑。上海局常务副局长王峰闻讯后十分高兴,连连称赞他们: “你们有五变,我给你们再抓一变,变不可能为可能!”

  中国铁路建设者以一流的人员、一流的技术、一流的设备、一流的管理,在不到2年的短短时间里建成具有世界一流水平的沪杭高铁。这条高铁的建成通车,是中国高速铁路飞速发展的又一重要见证,是中国高速铁路技术创新的又一最新成就,是中国高速铁路引领世界高铁发展潮流的又一重要标志。

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编辑:杨晓红