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列車在高寒地區飛馳,需攻克哪些難題?

2018-11-09  来源:

中国气象报实习记者 赖栩雯 

  近日,中央財經委第三次會議討論川藏鐵路規劃建設問題。高寒鐵路再度走入人們視野。

  我國可謂擁有高寒鐵路建設運營的豐富經驗。2006年,開通了被譽爲“天路”的青藏鐵路;2012年,開通了設計時速爲350公裏/小時的首條高寒高鐵——哈大鐵路;今年7月16日6時36分,隨著55001次運行試驗測試列車駛出哈爾濱西站,我國高寒地區最長快速鐵路——哈佳鐵路正式進入試運行階段。

  那麽,列車在低至-40℃、經常遭遇暴風雪且地質條件複雜的高寒地區快速運行,究竟需要攻克哪些技術難題?  

  面臨難題:路基凍脹及接觸網防冰等 

  “凍脹是掣肘高寒鐵路建設的最主要的技術難題。”哈佳鐵路客運專線有限責任公司總工程師、副總經理李雄飛說。

  以青藏鐵路爲例,凍土在冬季像冰一樣凍結,隨著溫度降低,體積發生膨脹,建在上面的路基和鋼軌就會被膨脹的凍土頂起。到了夏季,溫度升高,凍土融化體積縮小,路基和鋼軌又會隨之凹下去。凍結和融化反複交替,路基就會出現翻漿、冒泥、沈降變形,鋼軌變得高低起伏。列車如果行駛在這樣的鋼軌上,車身就會搖晃,威脅行車安全。

  和普通高寒鐵路比,高寒高鐵遇到的挑戰更嚴峻:高鐵車速快,對路基、鋼軌的壓力強度更大,凍脹破壞的威脅會更突出。另外,動車組動力主要依靠接觸網供電,高寒地區的降雪、結冰會影響接觸網性能。不僅如此,出現強降雪也會對接觸網、應答器等鐵路軌旁設備造成破壞。線路積雪被高速運行的動車組吹起後,會在車底和車體兩側形成結冰並逐漸變大。當列車運行至溫度較高的區段或高速通過隧道時,因溫度上升導致車體底部和側面攜帶的冰塊大量脫落掉入線路中間和兩側,直接擊中線路中心和兩旁的信號設備,會造成設備損壞,幹擾正常行車秩序。

  而我國科技人員已攻克了這些難題。

  以哈大鐵路爲例,技術人員開展了專門的接觸網融冰防冰技術攻關,設計了接觸網覆冰在線接觸系統。

  針對哈佳鐵路,爲了解決凍脹問題,技術人員采取隧道排水溝加裝保溫防寒設備,嚴格控制路基砟石品類、比例和粒徑,基床采用非凍脹填料。技術人員還在沿線安設了數百個凍脹監控設備用于監控路基的變化情況。

  “根據經驗,當路基凍脹高度達到8毫米以上,說明情況比較嚴重,需要把原來鋪好的鋼軌等設備全部拆除換掉;若是在8毫米以下只需要做好日常維修。”李雄飛說。  

  氣象服務贯穿高寒铁路建设全周期 

  實際上,對高寒鐵路而言,在其設計、建設和運行的整個生命周期,都要充分考慮氣象環境因素。

  哈大鐵路曾因最初設計深度不夠,沒能充分應用我國先進高寒鐵路建設技術,在聯調聯試時,出現了凍脹問題,並且未給應答器等軌旁設備安裝防護裝置,應答器及相應的底座就成爲了冰雪擊打的主要目標。發現問題後進行了補救,也對今後的高寒鐵路建設提出了警示。

  在施工建設階段,極端天氣也成爲考驗。根據曆史氣象資料,東北鐵路建設單位將每年11月15日至3月15日定爲“冬歇期”,以調整施工計劃。參與哈佳鐵路施工的中鐵十九局哈佳六標的工人李龍說,受冬季低溫和夏季大雨天氣影響,哈佳鐵路全年實際施工時間最多只有8個月。“攪拌混凝土是在隧道外進行的,根據電子顯示屏上的天氣預報,一旦降溫下雪,工人們就要出去給攪拌車鋪上厚棉被,防止機器被凍壞;焊接時的溫度必須保證在18℃至19℃之間,夏天就需要在晚上施工,有時吃住就在野外,爲的就是搶在入冬前完成鋼軌焊接。有時候工人在戶外剛把混凝土配好,還沒等到它凝固,突然來臨的一場大雨就會改變混凝土的比例,這就會影響後期的施工質量。”李龍說。

  在运行阶段,我国也积累了高寒铁路气象保障的经验。吉林省氣象服務中心专门为哈大高铁设计了高铁精细化冰雪预报服务产品,高铁运营部门根据气象部门的冰雪预报和实况监测,及时启动冰雪预警,通过采取对道岔进行电加热融雪等措施,保障了高铁的安全运行。  

  從無技術可引進到把紅利帶向世界 

  盡管世界各地在多年凍土區修築鐵路已有百年以上的曆史,但高寒地區鐵路建設仍是一塊難啃的骨頭。“歐洲之星”曾在穿越英吉利海峽隧道時發生“凍僵”事故;俄羅斯在西伯利亞凍土地區修建的鐵路,春融後基床最大下沈量高達85厘米,導致火車無法通行。

  另外,世界上現有的高寒鐵路大部分都是普通線,高鐵則相對罕見。迄今爲止,除中國以外投入商業運營的高寒高鐵僅有3條:莫斯科到聖彼得堡、聖彼得堡到芬蘭赫爾辛基、莫斯科到下諾夫哥羅德。不過這三條線路是在既有鐵路上改造而成的,因此嚴格意義上算不上高寒高鐵。

  中國在建設高寒鐵路時,既無經驗可借鑒,也無技術可引進。

  上世紀七八十年代,寒冷地區、小半徑曲線、大橋和山區的無縫線路建設是我國鐵路建設的四大禁區,經過30余年研究和不斷實踐,我國高鐵能在-40℃至40℃的環境中運行,在從冰凍環境瞬間進入濕熱環境時,避開“冷凝水陷阱”,無論艙外多冷,耐寒列車內始終溫度舒適,我國已經系統構建了完整的高寒鐵路技術體系。

  “哈佳快速鐵路的建成,充分顯示了我國已掌握在高寒地區修建鐵路的技術,對內搭起了中國‘八橫八縱’高鐵路網最北‘一橫’的骨架,對外輻射俄羅斯遠東地區。”中國鐵道科學研究院研究員盧耀榮說,“以高鐵‘走出去’爲代表的鐵路合作,不只是打造先進便捷的交通設施,還能將鐵路紅利帶向世界各國。”

  2014年,俄羅斯時任總理梅德韋傑夫在參觀“開放式創新”莫斯科國際創新發展論壇展覽時,在中國自主研發的新一代高速動車組站台前,曾詢問這種高鐵能否在高寒地區運行。而今天,我國已經給出了滿意的答案。

(来源:《中国气象报》2018年11月7日三版 )