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穿越秦岭的历史丰碑——西成高铁通车感怀

时间:2018-01-10 08:10:14 来源:人民铁道网-人民铁道报 作者:孙永福
  自古秦蜀通行难,难就难在有秦岭阻隔。茫茫秦岭,峰峦叠嶂,东西绵延,横亘中原,成为我国南北地理的分界线。西汉司马迁感慨秦岭为“南北之阻”,唐代韩愈更留下“云横秦岭家何在”的长叹。

  历史上秦蜀两地往来多沿河谷攀古道,后来有了艰难崎岖的公路,而铁路穿越秦岭则是新中国成立后的新成就。我国在20世纪50年代修建了宝成铁路(后来修建了阳安铁路、襄渝铁路),20世纪90年代修建了西康铁路,2017年建成西成高铁,构成了川渝铁路北通道,为西部地区经济社会发展提供了强大运力支撑。在喜庆西成高铁开通运营之际,回顾60多年来我国铁路三次穿越秦岭的光辉历程,这不仅是铁路建设技术飞跃进步的缩影和典型案例,而且是镌刻着铁路建设者为国家繁荣昌盛做出巨大贡献的历史丰碑。

  宝成铁路——螺旋展线越岭

  新中国成立之初,在百业待兴、经济极其困难的形势下,我国集中人力、物力、财力修建了成渝铁路。1952年成渝铁路通车,实现了四川人民四十多年的铁路夙愿。毛泽东主席亲笔题词“庆贺成渝铁路通车,继续努力修筑天成路”。四川省成立了天成铁路委员会,天成铁路成都绵阳段率先开工建设。

  原规划的天成铁路由陇海线天水站引出,经甘肃徽县到陕西略阳,再到四川成都。早在民国时期就有修建天成铁路的设想,但一直未动工兴建。1950年5月,铁路勘测设计队伍在研究前期资料基础上,开展天成铁路勘察工作。1953年在苏联专家参与下,对天水至略阳方案与宝鸡至略阳方案进行比较研究表明:两个方案线路长度相差不多,天水至略阳方案较易越岭,费用稍省,但有40公里线路地质不良,灾害严重。如果采用宝鸡至略阳方案,铁路翻越秦岭工程十分艰巨,但可节省运距154公里,因为进出四川物资运输总量三分之二来自宝鸡以东地区。同时,铁路从宝鸡到略阳,也可减轻标准低、运能小的宝天铁路运输压力。经慎重研究,铁道部决定采用宝鸡至略阳方案。1953年12月1日正式把天成铁路改为宝成铁路。1954年1月宝成铁路宝鸡端开工建设。

  宝成铁路从陇海线宝鸡站引出,跨过渭河即达秦岭北麓,沿清姜河而上在东峪口穿越秦岭正顶。此系汉代陈仓故道,是附近最低垭口。宝鸡至凤州段线路长92.9公里,原设计限制坡度20‰。后来苏联专家建议采用电力机车牵引,限制坡度加大到30‰,这样可以缩短线路18公里,减少隧道12公里,节省投资3000万元。经铁道部研究并组织专家考察我国矿山电力机车(窄轨)后,决定采纳苏联专家建议。由于当时我国尚未生产电力机车,只能用苏联BL-23型电力机车基本数据作为参考。

  宝成铁路从杨家湾站到秦岭大隧道,直线距离只有6公里,却要盘绕展线运行27公里,升高达680米。在任家湾和杨家湾之间,线路以30‰纵坡急速爬升。经过杨家湾站后,以3个马蹄形和1个8字形的迂迴展线升高,线路重叠3层,高差817米,这就是铁路建设史上著名的观音山展线。接着,以长达2364米的秦岭大隧道穿越秦岭垭口,然后一路下坡到略阳。限于当时技术水平,在无力修建长隧道的情况下,只能采取螺旋形盘山展线方式,修建12座短隧道穿越秦岭。宝成线位于西秦岭东部边缘区,沿线工程地质以变质岩闪长岩为主,花岗岩出露面积相对较少。受弧形构造影响,岩体破碎。当年开山修路主要靠人工作业,仅配有少量小型施工机具。许多隧道施工都是煤油灯照明,人工打眼放炮,人力搬运出渣,排烟排尘用的是手摇木风扇。就是在这样艰苦条件下,中国铁路建设者用双手打通了秦岭隧道群,创造了铁路越岭的奇迹。

  1958年元旦,宝成铁路全线交付运营,把四川同全国铁路网连成一体。1961年8月15日,宝鸡至凤州段电气化开通,用法国6Y2型电力机车牵引。1972年9月凤州至略阳段电气化完成,国产韶山1型(SS1)电力机车投入运行。1975年7月1日,宝成铁路电气化全部完成,1998年底宝成铁路阳平关至成都建成复线电气化铁路。宝成铁路电气化显示出巨大威力,昔日上坡3台蒸汽机车牵引920吨,改用电力机车可牵引2400吨,年输送能力从250万吨提高到1350万吨以上,行车速度提高,运输成本降低,司机值乘环境大为改善,令全国铁路大为震惊。

  宝成铁路是我国第一条电气化铁路,具有重要引领作用。宝成铁路展示了电力牵引功率大、启动速度快、爬坡能力强、节能减排效益好的优势,也为我国电气化铁路建设和运营管理培训了人才,提供了经验。在改革开放形势下,铁道部决定大力发展电气化铁路。不仅在山区铁路大显身手,而且实现“电气化下山”,在繁忙干线、重载铁路、快速铁路、高原铁路等广泛应用。截至2016年底,我国电气化铁路已达到8万公里,占全国铁路营业里程66.8%,大功率交直交电力机车、高速动车组、牵引供电技术、接触网技术等,都已经进入世界先进行列。

  西康铁路——长大隧道越岭

  改革开放加快了西部地区经济社会发展,川渝地区铁路北通道能力日趋紧张。由于宝成铁路宝鸡至凤州段系螺旋展线,沿线地形地质十分复杂,增建第二线十分困难,所以必须另开新路。20世纪80年代末,铁道部组织开展西安至安康铁路前期工作。西康铁路从西安枢纽新丰镇站引出,跨灞河、越秦岭到达安康,全长267.8公里。在西康铁路建设中,有两件大事特别引人注目:一是为优选翻越秦岭的线路方案,开展大面积选线,并在秦岭隧道增设了定测子阶段;二是为推进隧道施工技术进步,确定秦岭隧道采用全断面隧道掘进机。这在铁路建设史上都是第一次。

  秦岭地处华北古陆与杨子古陆的结合部,是一个极其复杂的地质构造带。1987年,在全路勘测设计费用紧张的情况下,西康铁路勘测工作不得不暂停推进。这时,考虑到越岭线路方案和秦岭隧道方案特别重要,铁道部决定增设定测子阶段,安排专项资金,推动勘测工作继续进行。勘测设计单位在有关单位支持下,开展大面积选线。根据区域工程地质条件,选用不同坡度、不同越岭隧道长度、不同展线方式、不同峪口引线,形成了4组17个线路方案,调研范围为460平方公里。按照断层、岩带、富水带、地应力、岩爆、地温及放射性等7大因素进行地质选线比较。同时考虑经济、技术、环保等进行综合研究,逐步把目标集中在石砭峪附近100平方公里范围内。通过采用航空遥感、地面调绘、多种物探和必要钻探相结合的综合勘探方法,提供了比较齐全的地质成果资料。在查明海拔2800米的秦岭内部地质情况之后,最终审定采用石砭峪越岭的秦岭隧道方案。在秦岭隧道施工中,隧道内实际地质情况与勘察报告提供的地质资料基本相符。实践表明,增设定测子阶段十分必要,这项勘测改革措施对提高秦岭隧道勘察设计质量起到重要作用,为秦岭隧道建设顺利进行奠定了良好基础。

  在石砭峪越岭的秦岭隧道全长18.46公里,最大埋深1600米,这是当时全国最长的单线隧道。秦岭隧道位于东秦岭地段,花岗岩大面积出露,岩性相对完整,基本符合使用全断面隧道掘进机的施工条件。研究秦岭隧道施工方案时,对钻爆法与全断面隧道掘进机(TBM)法进行比较。铁路施工单位熟悉钻爆法,经验比较丰富。采用全断面隧道掘进机,施工单位都缺乏经验,在一定时期内造价比钻爆法贵些。铁道部从发展战略出发,着眼于铁路隧道建设技术发展需要,决定秦岭I线隧道设计为圆形断面,采用TBM法建设。通过国际招标,购买了2台德国威尔特公司(WIRTH)敞开式全断面隧道掘进机(TBM)。秦岭II线隧道设计为马蹄形断面,采用钻爆法施工,先期用机械化开挖大断面导坑并贯通,作为秦岭I线隧道的平行导坑,为I线TBM施工探明工程地质、水文地质等。通过I、II线隧道间的横通道(每420米设一处),在排水、通风、运输等方面辅助I线隧道施工。I线隧道主体工程完成后,再将II线隧道扩挖建成。

  威尔特公司制造的TBM,开挖直径8.8米,成洞直径7.7米。TBM由主机、连接桥和后配套系统三部分组成,集掘进、支护、出渣、通风、排水、照明等功能于一体。这是一种工厂化的施工系统,具有协同性、连续性、密集性。开挖每次行程1.8米,平均一个循环80分钟至90分钟。出渣为有轨运输,轨道铺在预制仰拱块上。采用激光导向、GPS定位,初次支护为喷混凝土加锚杆,二次支护采用模板台车模注混凝土。施工单位加强技术培训,编制作业指南,精心维修设备,不断提高施工质量和效益。在秦岭隧道施工中,TBM创造了独头通风9.5公里的新纪录,单口平均月进尺312米,单口最高月进尺528米,最高日进尺40.5米。秦岭I线隧道于1994年12月开工,2001年全线交付运营。

  秦岭I线隧道是我国铁路首次采用TBM法施工的长大隧道,具有示范效应。在随后十多年里,我国全断面隧道掘进机研发取得重大突破,自主设计制造各种类型的全断面隧道掘进机已完全取代进口并进军国际市场。全断面隧道掘进机在铁路、公路、隧道、城市地下铁道、大型水利工程以及煤炭采掘工程中广泛运用,创造了许多新纪录、新水平。我国隧道建设技术已走进世界先进行列。

  在西康铁路运能接近饱和之时,2009年11月开始增建二线,2013年10月复线全部建成。旅客列车运行时速从100公里提高到160公里,西安至安康由原来5小时压缩至2小时。年货运能力由2000万吨提高到1亿吨。西康铁路成为客货兼顾的大能力运输通道。

  西成高铁——长大坡道越岭

  进入21世纪之后,我国铁路迎来了难得的历史机遇,路网规模快速扩大,运输装备不断强化,服务水平大幅提升。特别是中国高速铁路,通过协同创新、开放创新、自主创新,形成了一套完整的技术标准体系,建成了不同地域的高速铁路,走出了一条成功发展新路,成为国家一张亮丽的名片。2008年修订的国家《中长期铁路网规划》对高速铁路建设作出了新安排。2010年国家发展和改革委员会批复,同意建设西安至成都高速铁路西安至江油段(与绵阳至成都、乐山铁路客运专线相接)。

  西安至成都高速铁路是我国纵连北京至昆明高速铁路关键路段,是连接华北与西南铁路的客运通道,也是“八纵八横”高速铁路主通道的重要组成部分。西安至成都高铁全长658公里,其中新建西安北至江油段共长506公里,设计时速250公里。从地图上可以看出,西成高铁从西安经汉中至广元,线路走向大体顺直,可以说是一条“捷径”。这得益于勘察设计精心选线,尽量绕避严重不良地质地段,以合理的工程形式通过活动断裂,以大角度通过区域性长大断裂,把线路置于工程地质和水文地质条件相对简单的岭脊部分。

  西成高铁最为瞩目的技术创新,是在秦岭北坡以长45公里的25‰大坡度直登垭口,爬升1100米,实现了短距离、快速度翻越秦岭的愿望。这里一个重要难题,就是要研究长大坡道对运输质量的影响。由于我国自主创新研发了“和谐号”CRH380、“复兴号”CR400,设计时速均在350公里以上,在西成高铁长大坡道运行时可以满足不低于该线设计速度80%至85%的要求(开通初期,如采用其他型号动车组运行,则速度会有降低)。研究表明,在长大坡段列车追踪间隔5分钟,使用能力可达每日127对,能够满足运输需要。今后合理压缩间隔时间,增大运输能力仍有较大潜力。如果没有技术创新成果支持,快速越岭就只能是奢望,可望而不可及。现在有技术成果支持,终于使不可能变为可能,实现了长大坡度快速越岭,谱写了铁路建设新篇章。

  秦岭北坡长达45公里持续大坡道范围内桥隧相连。6座隧道共长42.8公里,占该段线路总长95%,这样密集的长大隧道群实为罕见。由于两隧道之间明线段长度较小,不仅面临空气动力学效应,而且面临“V”形沟落石威胁。为此,设计了桩柱式明洞和柔性网棚洞,并制订了隧道群防灾救援预案。对于长大坡道运营维护安全问题尚缺乏经验,需要在实践中特别关注,认真研究解决。

  西成高铁建设管理创出了新水平。各参建单位坚持高标准、严要求,以工厂化、机械化、专业化、信息化为支撑,深入推进管理制度、人员配备、现场管理、过程控制“四个标准化”。实施风险管理,攻克了高地应力岩爆、隧道挤压变形、涌水塌方等难关。落实各项环保要求,解决好隧道弃渣、水源保护、生物保护等难题。尤为可喜的是,首次实现山区高铁4G通信信号全覆盖。西成高铁全面实现了工程质量、安全、环保、工期、投资、稳定目标。

  西成高铁开通运营,由西安到成都旅行时间由约11小时压缩到3小时27分,使蜀道变为通途。西成高铁将发挥高铁网大通道作用,把成渝经济区同关天(关中—天水)经济区紧密联系在一起,为西部地区协同发展带来新机遇、开辟新格局。

  现在,我们已迈进新时代,开启新征程。要继承发扬铁路的优良传统,勇敢迎接挑战,持续改革创新,为实现交通强国战略做出更大贡献。
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标签: 西成高铁
编辑: 孙玥
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