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哈大高铁:为世界级低温难题提供“中国方案”

   日期:2019-01-09     来源:中国科技网    评论:0    

我国是一个冻土大国,冬季冻结、暖季融化的季节性冻土区约占国土面积的53.5%,其中冻结深度大于1m的季冻区约占国土面积的1/3,主要分布于东北和西北等严寒季冻区。

在严寒季冻区修建高铁需要攻克诸多技术难题,难中之难的路基“冻胀”问题,是严寒地区铁路建设的一项世界性难题。主要原因是路基土体在低温情况下,土中水分“冻胀”所致。

毫米级变形控制是高速铁路安全运营的根本要求,在季节性冻土区修建高铁面临着冻土“不冻胀”控制难题,是继青藏铁路攻克多年冻土“不融化”保持技术难题之后又一个世界级挑战。

国内既有普速铁路冻胀变形为厘米级控制,日德等国高铁冻深普遍在1m以内,针对冻深1m以上的毫米级冻胀变形控制技术尚属空白。而我国严寒季冻区冻深普遍在1m以上,且占国土面积1/3,是变形控制要求极高的高铁建设“禁区”。国外高铁建设运营经验并不适用于我国情况。

针对上述难题,由中国铁道科学研究院、中国铁路设计集团有限公司、东南大学、中国铁路沈阳局集团有限公司、中国铁路哈尔滨局集团有限公司、哈大铁路客运专线有限责任公司、中铁第一勘察设计院集团有限公司为主要完成单位的“严寒季冻区高速铁路毫米级变形标准下路基平稳性控制技术及应用”项目组在国家和有关部委支持下,历经十余年理论和技术创新,采用多尺试验、多物理场分析、多源信息融合等方法,对高铁路基防冻胀材料、结构设计、运营维护等进行了系统研究,形成了自主知识产权的严寒季冻区高速铁路毫米级变形标准下路基平稳性控制关键技术及应用体系。日前,该项目获得2018年国家科学技术进步奖二等奖。

据项目负责人介绍,项目组紧密结合严寒季冻区复杂环境给高速铁路建设、运营及维护带来的重大挑战,历经十余年的科研攻关,形成了具有自主知识产权的严寒季冻区高速铁路毫米级变形标准下路基平稳性控制技术。创新成果包括发现了粗颗粒填料中细颗粒“簇团”结构,揭示了高速铁路路基冻胀机理;创新了路基防冻胀精细化设计方法,构建了结构与材料一体化的冻胀控制技术体系;创新了路基冻胀实时自动监测技术,提出了路基平稳性保持成套技术。

成果应用于世界首条严寒季冻区高速铁路哈大高铁,为哈大高铁实现“冬夏一张图”运营提供了有力的技术支撑。目前成果已应用于国内严寒季冻区8000公里高速铁路的建造与运营,并为莫斯科至喀山高铁提供了“中国方案”,取得了巨大的经济和社会效益。

据悉,哈大高铁为我国首条设计时速350公里、初期运营时速300公里的高寒高速铁路,于2012年12月1日正式开通运营。铁路部门经研究论证,认为目前哈大、盘营高铁已具备了全年按时速300公里安全运营的条件。哈大、盘营高铁优化运行方案后,铁路部门将继续加强监测,落实成熟的预防整治措施,完善高寒地区高速铁路的运营管理。同时,在保证安全的情况下,将更好地发挥高铁优势,提高运营品质,缩短旅行时间,方便旅客出行。

2015年起,哈大、盘营高铁将全年都按照时速300公里运营。这标志着中国铁路全面掌握了高寒高铁的高标准建设、运营和维护技术,打造了世界第一条中国标准、中国质量的高寒高铁。

该项目研究取得的一系列成果,为今后严寒季冻区高速铁路的发展积累了宝贵经验,推动了我国乃至世界寒区高速铁路建设技术的进步,也为中国高速铁路“走出去”战略的实施提供了坚实的支撑。

 
 
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