▲郑渝高铁梅溪河双线特大桥钢拱合龙。(资料图片)成都铁路局供图
▲四川省资阳市忠义镇,列车行驶在成渝铁路王二溪桥上。王二溪桥曾经是全国最长的铁路石拱桥。(摄于2019年6月27日)记者 龙帆 摄/视觉重庆
6月20日,众所期待的郑渝高铁正式开通。
此时,距离新中国自主修建的第一条铁路——成渝铁路1952年建成通车,过去整整70年。
70年时间里,从时速四五十公里的普速铁路,到时速350公里的高速铁路,中国铁路建设实现了大跨越。如今,中国高铁里程已位居世界第一。这一段波澜壮阔的历史,其实已经浓缩在郑渝高铁与成渝铁路跨越时空的“对话”里。
▲郑渝高铁奉节站。记者 谢智强 摄/视觉重庆
从土夯石砌到钢筋水泥 不到10秒!
郑渝高铁彭溪河多线特大桥,列车疾驰而过,几乎就是一瞬。
长江支流彭溪河上方,大桥凌空而起、横亘东西,在蓝天白云的映照下,显得蔚为壮观。
地处云阳的彭溪河多线特大桥,一端连接着郑渝高铁云阳站,另一端连接着郑渝高铁万州人和隧道。它不仅有全线最大的钢围堰——相当于10多层楼高、重量超过2000吨,也有国内在建高铁第一深水桩——深入河床下55米。
凭啥这样“厉害”?中铁十一局五公司郑渝高铁重庆段土建9标项目一分部副总工彭杨品表示,主要靠一身“钢筋铁骨”:大桥共耗费了1.8万吨钢材和2万吨水泥!
钢材和混凝土,是今天铁路建设尤其是架桥、建隧的主要材料。但70年前修建成渝铁路时,水泥还是稀罕物,一度靠进口,又被称为“洋灰”。那时候,重庆的水泥,大多来自上海、武汉等地,需要用船从川江拉上来。
为确保成渝铁路水泥供应,一方面,相关部门通过航运向中下游地区采购;另一方面,恢复重庆水泥厂生产。
重庆水泥厂成立于1936年,位于南岸玛瑙溪,曾是西南地区第一家水泥厂,在解放前已经停产。恢复生产后,这家水泥厂生产的产品专供成渝铁路,从进料到出厂运输,有专人负责监管。几年下来,重庆水泥厂为成渝铁路提供了5万吨水泥,还因此获得嘉奖。
不过,由于供给有限,水泥根本不敢“敞开用”,成渝铁路只能就地开采石料,作为水泥的替代品。这条铁路全线新建28座隧道,边墙全部为石砌;隧道拱圈,有23座是石拱。整条铁路,新建桥涵石砌工程占60%以上,混凝土只占8.6%,全线共有石拱桥827座。
▲郑渝高铁奉节站。记者 谢智强 摄/视觉重庆
从肩挑背扛到机械化、智能化
“天不亮,军号已在山谷里回荡。没有灯,就举着淋了桐油的纤藤杆当火把;没有机械,就手握钢钎一点一点砸……”成渝铁路建设者孙贻荪,在日记里这样描述当年修建成渝铁路时的劳动场景。
孙贻荪告诉记者,由于缺技术、少设备,为了提高效率、节省劳力、减少劳动工具磨损,炸药就成了必不可少的材料。
不过,那时候,炸药同样是稀缺物,只有遇到大石头,或者地势容不下人工开掘时才使用。住在附近的小孩子们,每当听说工地要放炮,就会相约去看热闹,感觉比过年都起劲。
为了用尽量少的炸药修出更多的路,建设者们还推出了很多创新发明。例如,单人钢钎冲眼法,将爆破时的冲炮眼工效提高了两倍多;压引放炮法,能节约大量炸药。
尽管如此,炸药使用中的人工开掘炮眼,以及引爆等环节,都很容易造成伤亡。即便不使用炸药,路基尤其是隧道开挖中的塌方、渗水等,带来的风险也很大。据《成渝铁路工程总结》记载,茅店子隧道支撑坠石、柏树坳隧道天棚掉石等都曾造成工人死伤。仅柏树坳等14座隧道的建设,因公死亡的就有15名,重伤的有69名。
成渝铁路的建设者们或许很难想象,70年后通车的郑渝高铁,在建设中可以使用机械手臂来开炮眼、填炸药。
中铁隧道局负责小三峡隧道施工的土木总工朱建国介绍,他们项目定制了两台智能三臂凿岩台车。这种施工机械,有三条长臂,根据遇到的地质情况自动伸缩,定位精准,指哪就在哪里布设炮眼。3个小时,它就能在约200平方米的撑子面上,自动钻凿出一排排分布均匀、线行平顺的炮眼,还能在炮眼上安装均匀等量的炸药。
在郑渝高铁小三峡隧道专业化施工中,像智能三臂凿岩台车这样的先进设备,还有湿喷机组、液压自行移动仰拱栈桥、自动浇筑模板台车、整体移动式沟槽台车、半自动喷雾养护台架等。依靠这些设备,施工现场可满足最多时10余条作业线同时掘进,从而使得该隧道提前一年建成贯通。
设备换人,大大提升效率的同时,也把伤亡降低到了零。
▲郑渝高铁小三峡隧道辅助坑道凿岩台车施工。(摄于2017年5月18日)成都铁路局供图
从迂回“展线”到穿山越水
郑渝高铁襄万段九成以上是桥隧(桥梁和隧道)。全线新建桥梁91座、隧道57座。桥梁中,梅溪河大桥、大宁河特大桥,在时速350公里的砟轨道高速铁路设计方面都创下了行业之最。小三峡隧道为目前亚洲在建的最长高铁隧道。而成渝铁路的桥隧,长度短、跨度小,最长的一座隧道,也仅有622米。
同样面临自然地貌的山水阻隔,郑渝高铁的解决方式,裁弯取直,基本上遇山挖隧道,遇水建桥梁,造就了令人惊诧的桥隧比。而成渝铁路的解决方式,只能是修建“展线”,即线路沿山坡盘旋而上。
即便在成渝铁路之后,新中国修建的其它铁路,也大量采用“展线”。以宝成铁路观音山“展线”为例,铁路进入秦岭山区后沿清姜河盘旋迂回,杨家湾站后就以3个马蹄形和1个螺旋形的迂回“展线”上升,线路层叠3层,高度相差达800多米。
从70年前的“展线”到今日之“逢山凿路,遇水架桥”,背后是国家财力的增强和筑路技术的飞跃。如郑渝高铁第三长隧——长约13.5公里的奉节隧道,就是施工攻克难关和创新的典型。
负责该项目的中铁十六局郑渝高铁6标项目部总工程师刘剑华,用“见风成粉、遇水成泥”形容奉节隧道破碎的地质。“我们简直是在豆腐里挖洞。”他说。
2017年7月,奉节隧道开挖推进了约30米,监测人员发现隧道撑子面初衬出现混凝土破裂、掉块,钢架屈曲变形呈“z”状。随着隧道掘进,洞顶地表开裂宽度最大达20厘米,隧道洞内拱顶及边墙出现大变形,最大沉降量达70厘米。
为此,刘剑华他们探索出一套“Vc型支护+可升缩性拱架+两台阶四步工法+临时仰拱”等组合施工法,此举相当于在“豆腐”里布设三排可升缩性拱架,增加隧道受力和弹力,同时增加支护密度,将之前的整个工作面一次开挖,变成九宫格开挖,这样解决了大变形的脱皮开裂掉块问题。
用可控可变的围衬在“豆腐”里支起一个空间,这种方法,不但确保了施工的安全,还让工期缩短了3个月。
▲6月13日,郑渝铁路巫山站站台。记者 谢智强 摄/视觉重庆
从没有一寸钢轨到全球最大钢铁生产国
在郑渝高铁万州存车场,一条条笔直的钢轨伸向远方。这里被称为“动车旅馆”,为郑渝高铁动车提供临时停放、检查维修、应急救援等保障服务。
中铁十一局郑渝高铁重庆段土建9标常务副经理杜驹告诉记者,郑渝高铁平均每公里铺设的钢轨,重达122吨,仅万州到巫山段约380公里,就用了近5万吨钢轨。
为了让高铁车辆运行更加平顺,这些钢轨在施工现场安装完毕后,还需要另一道工序——焊接,即把钢轨焊成一体,不留间隙,列车车轮划过,不再有绿皮火车时代的“踢嗒踢嗒”声。
时光回溯70年前,当初启动成渝铁路建设时,中国还不能生产出一寸钢轨。
位于重钢原厂区的重庆工业博物馆,有一台“镇馆之宝”—— 8000匹马力蒸汽机。这台为轧制新中国第一根钢轨立下赫赫战功的蒸汽机,由上世纪初洋务运动代表人物张之洞从英国购入。在抗日战争时期,从宜昌转运至重庆的途中,因船队遭轰炸,蒸汽机上的重要部件飞轮曲拐轴没入江底,一度被闲置在大渡口长江边。
修建成渝铁路时,为解决钢轨问题,重庆101钢铁厂技术员和老工人集思广益,并邀请重工业部推荐的专家前来“会诊”。经过努力,到1950年9月初,新中国第一根12.5米长的钢轨,终于轧制成功。
而时至今日,中国年产钢已突破10亿吨,连续20多年稳居钢产量世界冠军的宝座,并建成了全球产业链最完备、规模最大的钢铁产业体系。
生产钢轨难,铺就钢轨,同样不易。孙贻荪回忆,当时主要采用人力驮运。为了协同步伐,几十个人需要唱着“号子”前行,肩上、背上都被勒出了深深的沟痕。固定钢轨,需要抡起大锤,一锤一锤地敲铆钉,即便是寒冬腊月,工人们也会累得满头大汗。
在成渝铁路建设者眼中,今日郑渝高铁钢轨的铺设安装,或许可以用“不可思议”来形容。
铺轨机,装载着铆合了枕木的钢轨,沿着已经建好的轨道来到施工现场。它沿着路基伸出长长的桁架,相当于现场搭建了一个龙门吊。钢轨被吊装而来,准确地落在路基上。
郑渝高铁还首创“走单线铺双线”的跨线铺轨技术。简言之,就是第一条铁路线铺设完毕后,铺轨机不需要调头回到车站,而是直接对邻线进行钢轨铺设,导向装置可以对长钢轨进行自动导向,时间节约约40%,项目节约综合成本约182万元。
同时,项目还采用智能群吊、工程线行车调度系统、自制动轨道手推车等先进设备提高施工安全、质量和效率。
“数读”郑渝高铁襄万段建设难度和技术创新
350公里
此次开通的郑渝高铁襄阳东至万州北段全长434公里,按上限标准时速350公里设计,设襄阳东、南漳、保康县、神农架、兴山、巴东、巫山、奉节、云阳、万州北10座车站。
98%
郑渝高铁襄万段位于湖北西部、重庆东部山区,穿越秦巴、巫山、齐岳山等众多山脉,横跨汉江、大宁河、梅溪河等多条河流,途经神农架原始森林地区和众多自然保护区,沿线山高谷深,线路桥隧比高达98%。
33处
襄万段重庆境沿线涉及或邻近的重要环境敏感区共计33处,包含11处自然保护区、5处风景名胜区、9处森林公园、2处地质公园、6处水源保护区。
18.9公里
巫山小三峡隧道,全长约18.9公里,是亚州最长的时速350公里单洞双线高铁隧道,施工方创新采用隧道内架桥,推广使用超前地质预报、开挖装运等机械化配套工装,Ⅲ级、Ⅳ级围岩大断面开挖工法,为我国高铁特长隧道建设积累了宝贵经验。
16.57公里
巫山隧道全长16.57公里,为单洞双线隧道,郑渝高铁重庆段第二长隧,隧道采用13项新工艺和新工法。
340米
奉节梅溪河双线特大桥,全长688.3米,主跨340米,最大高差为200米,为国内350公里/小时高速铁路最大跨度无砟轨道上承式拱桥。大桥施工取得国内专利 30 项、海外专利 2 项。
282米
巫山大宁河双线大桥,全长372米,主跨282米,为国内350公里/小时高速铁路最大跨度无砟轨道中承式拱桥,首次在铁路大跨度中承式拱桥中采用大直径斜桩+竖直桩的基础形式,显著减小拱座基础的开挖量。针对大桥受力特点、变形形态等,研发了弹塑性缓冲限位减震装置。
200米
云阳彭溪河多线特大桥,主跨为200米的连续刚构-拱桥,主墩基础采用钢吊箱围堰施工,为郑渝高铁最大规模围堰。大桥施工总结出的“三峡库区陡坡河床超高栈桥钢管桩施工关键技术”、“水位大幅涨落条件下大型钢吊箱围堰施工关键技术”等技术,为三峡库区高铁桥梁建设提供可借鉴经验。
4方面成果
渝高铁襄万段重庆境内建设过程中,探索出4方面成果:库区复杂地形下时速350公里/小时的高速铁路大跨上承式提篮拱桥建造关键技术,库区桥梁通航防撞技术,大跨度顺层地质偏压铁路隧道设计施工技术,峡谷地区渣场选址对防洪及周边环境影响评价方法。这为中国未来高铁大跨桥梁设计、建设及运营管理提供宝贵经验。(记者杨永芹整理)