中国路桥技术（四）：高速铁路的鬼斧神工

就像鲁迅先生说的，这世界本没有路，走的人多了就有了路。道路是人类足迹的，也是人类意识形态交汇的脉络，人类的财富和文化在这之上碰撞交融；道路的延伸就是人类对这个世界认知的延伸。源远流长的中华文明对人类进步做出了伟大贡献，在漫漫的历史长河中镌刻下无数的辉煌，是中华民族凝聚力与创造力的源泉，中国的路桥技术也随着这些文明的烙印在不断发展延伸。然而，近代的中国曾经在工程技术领域全面落后，直到新中国成立特别是改革开放后，中国的路桥技术才又有了重回汉唐一般的飞跃式发展，找回了昔日的荣光。

第四节 高速铁路的鬼斧神工

2015年夏天，一名瑞典游客发布的高铁立硬币视频，在互联网上引起热议。在飞驰的列车上，硬币于桌面矗立不倒9分钟，令世人印象深刻。

达到这种高稳定性，是综合了多方面的考量才达到最终这个结果的。大家依照乘坐各种车辆的经验，不难得出车辆是否能够平稳行驶主要取决于两方面，一方面的道路的平整条件，另一方面是车辆自身的避震性能。高速动车组行驶速度超过200km/h，在高速行驶下，道路的平整度因素的影响会被放大，而车辆的避震性能的影响程度则减弱，所以车辆平稳性行驶的战争从高速铁路的线路设计就开始了。

一条铁路线路的表面看是要将起点和终点连在一起，但其中的设计则需要考虑大量的实际问题，而高速铁路的线路需要考虑的因素就更多了，要权衡经济与技术之间的关系：既要满足高速铁路的基本技术要求，又要尽可能的降低建造成本；此外，还需要考虑环评影响、施工周期，拉动沿线地区的经济发展等等因素。

高速铁路要保证列车高速且稳定的运行需要哪些技术标准呢？高速铁路线路的设计是按照平面和纵断面共同设计的。简单的讲就两个字“直”和“平”，“直”是指水平方向上尽可能减少弯曲；“平”是指在竖直方向尽可能减少发生倾斜和颠簸。因为高铁自身的巨大的自重和运行速度，如果线路在设计弯曲度过大或倾斜度过大，列车就不仅仅是晃动，甚至会产生危险。高速铁路基本上属于客运专线，所以线路平面、纵断面设计的核心理念就是提高高速铁路空间曲线的平顺度，以增加旅客乘车舒适性。当然，高速铁路线路最好是直线，但为了适应地形变化，以及减少工程量等因素，采用曲线不可避免，所以需要一些相应的设计保证，这其中有：

首先从地平面上，在列车经过弯道的时候，为平衡向心力，轨道需要进行超高与欠超高；为保证列车以在最低高速运行时能够平安稳健地行驶，要设定轨道的最小曲线半径，曲线半径越小，对轮轨的磨损越大；同时为了提高勘查施工和后期保养的可行性，以及防止无法满足测量精确度等问题，还需设置最大曲线半径；在当火车进出弯道的时候，由于其向心力是变化的，所以这个情况就相对地比较复杂了，会形成不断改变的作用力，车身倾斜角度等也是随之改变的，从而就必须设定铁轨的最大缓和曲线长度；当车辆的驱动转向架由平缓曲线向圆曲线或直线方向进入后，因为惯性等原因，需要1.5-2个周期才能稳定行驶，为防止在振动衰减之前就进入下个缓和曲线，还需设定轨道的夹直线与圆曲线长度；而由于火车的高速运转，对空气动力影响明显，因此不仅要需要注意相邻两股道线的中心线之间的最短距离，对附近建筑物还要设置界限以达到安全要求；高速火车进入隧道内时,空气会形成微压波，并产生爆炸破碎的声响，威胁隧道洞口和附近建筑，当隧道内两端洞口都有建筑物或有特别环境要求时，还需设有缓冲结构装置以降低声震的影响。

线路的设计只是第一步，接下来依靠的则是轨道部件的高精度和高可靠性。这里面,首先要介绍的是无接缝及超长跨度铁轨上的技术应用,中国的无缝线路已经经过了普通无缝线路、全区域无缝线路和跨区域无缝线路三个阶段。从1957年开始，我国在京沪两地各铺设1km无缝线路，次年开始实施了大规模的试点铺设；从20世纪60年代开始，在特殊地段铺设无缝线路进行了理论和试验研究，并取得了成功。无缝线路极大地增加了钢轨的服役可靠性和服役年限，减小能源消耗水平，同时也让旅客乘坐感受更加舒适，各方面优势突出。

生产攀钢的百米钢轨的轨梁厂拥有悠久的历史，始建于1971年3月，1974年8月投产，历经40年，是世界上覆盖钢轨产品规格、标准最广的钢轨生产厂和中国著名铁路用钢基地。其的钢轨离线淬火在线热处理钢轨领先世界钢轨前沿，全部都是具有自主知识产权，完全处于国际领先水平。

有了高规格的钢轨后，铺设跨区间的无缝钢轨，除了保证高速列车平稳安全的运行，对你最直观的感觉，你在车厢中，几乎听不到“咣当”声。但是，如此长的长轨条，同样会热胀冷缩，这就会形成很大的内部应力，要是不能克服这种洪荒之力，列车运行安全就会受到威胁。不过解决问题的方法也异常简单粗暴：除了保证钢轨的最低强度，设置钢伸缩调节，最主要就是通过弹性或刚性扣件将钢轨紧紧的“绑在”枕轨之上，而不让其发生形变。

由于现代列车的发展，货运列车载重日益增大，客运列车速度越来越快，加之日益现代化、智能化的列车运行管理，线路的“天窗期”也越来越短，使轨道变形，道砟磨损和粉化以及道砟飞散等现象的修复愈来愈困难，无砟道床的使用逐渐成为首选。

除此之外，还有轨道动力稳定新技术，对新铺设轨道使用动力稳定机，夯实枕间道砟，对稳定轨道有明显效果；架设防爬器、横向阻力器、轨距杆等，防止钢轨在轨枕上移动，共同完成一个稳固平顺的路基土建工程。再加上良好的养护维修和良好的轮轨耦合系统，才达到文章开头讲述的硬币竖立起来的效果。

中国的高速公路建造成本通常要低于全球其他发达国家。对于时速350千米的中国国内高速铁路来说，尽管在各个路段的造价差别很大，但平均单位成本一般为每千米1-1.25亿元人民币，其中以高架与隧道工程所占比重较多；而欧洲高铁（设计时速300千米及以上）的建设成本高达每公里1.5-2.4亿元人民币（参见表4）。

经过十几年的高速发展，中国高铁的工程质量、速度及安全性能等多项指标达到了国际领先水准，如今的中国已经成为全球第一高铁技术强国。中国高铁建设也做到了多快好省，建设成本远远低于表4所列出铁路的建设成本。海外订单，源源不断，越来越多的国家选择和中国合作建设高铁。作为第一条走出国门，获得欧洲高铁建设市场的入场券土耳其的伊安高铁，连接安卡拉至伊斯坦布尔，在这条铁路的招标中，其实不乏高铁技术强国，但为何土耳其还是选择了中国？此间辛苦，难以言表，中铁建总裁张宗言甚至用“八年抗战”来加以形容，但是这却是让中国高铁走上世界的重要一步，更是使中国标准成为世界标准的第一步。最近，印尼就准备在即将召开的2022年的G20峰会上为中国技术代言：向全世界展示雅万高铁。