盧春房:中國高速鐵路的技術特點

文:2015年5月

導語:目前,中國是世界上高鐵規模最大、發展速度最快的國家,截止去年年底,我們的運營里程已經達到1.6萬公里,占世界總里程的60%。

  目前,中國是世界上高鐵規模最大、發展速度最快的國家,截止去年年底,我們的運營里程已經達到1.6萬公里,占世界總里程的60%。我們用短短十多年時間,走出了一條具有中國特色的高鐵發展之路。這里需要說明的是,這條路涉及到高鐵創新要解決什么問題,如何解決,目前解決的程度如何。概括講,中國高鐵創新的水平,目前為技術先進、安全可靠、性價比高。

盧春房

中國鐵路總公司副總經理

中國鐵路工程建設協會理事長

中國土木工程學會副理事長

中國高鐵技術先進
  運營速度高。2008年以來,我國先后建成了京津、京滬、哈大等一批設計時速350公里的高鐵,開通運營里程已經達到8000多公里,每小時350公里的速度,是世界上高鐵的最高運行速度,這種運行速度需要靠多項先進技術和裝備給予支撐。

  首先是高速列車。21世紀初,我國自主研制了“中華之星”、“先鋒”等動車組,為高速動車組的發展奠定了堅實的基礎。2004年以來,根據國務院“引進先進技術、聯合設計生產、打造中國品牌”的指導方針,大力推進院士創新、引進消化吸收再創新和集成創新,攻克了高速轉向架等九大核心技術,受電弓等十大配套技術難題,成功研制了時速350公里和250公里兩種速度等級的高速動車組,創造了時速486.1公里的運營列車試驗的最高速度。到2014年年底,中國動車組總保有量是1700多組。

  其次是線路工程。線路工程主要包括軌道及空間線路,路基、橋梁、隧道等。軌道方面,研發了無渣軌道成套技術和三網合一的經測網,研發了高速鋼軌、扣件、道岔等軌道設備,滿了線路高平順、高穩定的要求。空間線形,研究確定了不同速度等級高鐵線間距、最小曲線半徑、豎曲線半徑取值范圍、限制坡度、最小隧道斷面等關鍵技術參數,滿足了不同速度和不同線路類型的建設運營要求。

  路基:高鐵將路基工程由傳統的“土石方”理念轉變為“結構物”進行設計,形成了地基處理、路基填筑設計施工技術標準,確保高鐵路基長期穩定和平順。

  橋梁:進行高鐵較量結構設計、結構選型、材料等方面技術攻關,確保高速列車通過時,橋梁有足夠的強度和穩定性。

  隧道:采取特殊洞口結構,增加隧道斷面,優化斷面型式,有效降低列車進入隧道和會車時的壓力波,滿足旅客舒適度的要求。

  列控系統:列車每秒鐘前行近100米的運行,必須要靠設備自動控制,我們分別研發了滿足時速250和350公里的二級和三級列控系統,最小間隔時間是三分鐘。牽引供電:研發25千牛以上大張力接觸網系統,其中在京滬高鐵試驗的時候,我們把張力放到了40千牛。還研發了特種接線AT牽引變壓器和遠程控制系統等先進設備,滿足動車組可靠受流和實時監控監測。

  建設環境復雜。這是不同于外國的特殊情況,這里主要有在世界上沒有遇到過的,比如說東北冰天雪地,氣溫的變化零下-40度到+40度,海南地處亞熱帶溫熱潮濕,西北黃土高原存在大面積失陷性的黃土,東部河網密布,大量淤泥質軟土,需要解決六個特殊的問題。

  運營場景多樣。這也是中國的一個特點。中國高鐵規模大,動車組運行時間長,如京廣高鐵2298公里,運行8小時,哈爾濱到上海運行12個多小時,而國外一般動車組最長運行3個小時左右。

中國高速鐵路的六大特殊問題
1┃沉降問題

  針對高鐵面臨的區域地面沉降,采取穩定地下水,橋梁軌道設置調高部件等綜合措施,及時調整線路平順度。尤其是在京津地區和上海這一帶地面沉降比較厲害,這些措施已經起到很好的作用。針對軟土、巖溶等地區,采取樁板樁網及堆載預壓等新結構、新工藝控制沉降。針對路基、橋梁、隧道下沉規律不同,通過在連接處設置過渡措施控制下沉差異。

2┃凍脹問題

  針對北方地區防凍研究采取專門路基材料,提高路基防凍能力。強化路基排水能力,降低地下水,并采取封堵措施。哈大高鐵冬季凍脹值控制在了5毫米以內,未對高鐵運行造成影響。

3┃復雜地質條件下的隧道施工問題

  隧道穿越山嶺、城市、水下,修建中常常會遇到巖溶、高地應力等問題,通過超前地質預報,鉆探等獲取圍巖準確信息,通過“注漿封堵、加固底層”解決涌水突泥問題。通過疏排或封堵巖溶水,加固巖溶,修“隧中橋”,解決巖溶問題。通過預釋放應力和特殊支護,解決高低應力變形問題。

4┃深水大跨橋梁施工問題

  研發900噸提運架設備和大口徑鉆機、爬坡吊機等設備,成功解決深水大跨橋梁施工難題。武漢天興洲長江大橋是世界上設計時速250公里、主跨跨度最大(504米),設計荷載最高的公鐵兩用斜拉橋。在建的滬通公鐵兩用長江大橋主跨達到1092米,成為中國乃至世界橋梁建造史上新的里程碑,這個正在建設過程當中。

5┃風沙問題

  風力較大時要影響弓網受電,橫向風對車體產生側向力,12級風以上有可能導致高速列車脫軌,風沙堆積嚴重時會掩埋鋼軌,為此研究采用防風墻,研發除沙車等設施解決風沙問題。

6┃高溫脹軌問題

  我國高鐵全部采用無縫線路,京滬高鐵1318公里沒有一個軌縫,現在坐高鐵聽不到過去的聲音了,為什么,因為沒有軌縫了。無縫線路面臨強大的溫度力,為避免高溫脹軌影響行車,研發的高強度鋼軌、高標準扣件和道岔、無砟軌道等新產品,通過強大的線路阻力限制鋼軌伸縮,通過合理確定鎖定溫度,采取合理施工工藝,確保道床和鋼軌不產生突變。

中國高鐵安全可靠
  建立高鐵技術體系,從技術體系上保安全。高鐵的技術體系是由6個部分組成:工務工程、高速動車、列控系統、牽引供電、運營管理和風險防控。

  嚴格高鐵運營管理,在高鐵運行過程中保安全。建立高鐵運營調度指揮體系。構建了以鐵路總公司為全路指揮中心,以鐵路局為地區調度中心,以車站為執行中心的調度指揮系統,高峰期每天開行動車組3000列以上,實現有序正點的運行。

  實施固定設施和移動裝備動態檢測監測。建立由高速綜合檢測車、沿線檢測傳感裝置等設備組成的線路設備檢測體系,對線路狀況進行定期和實時檢測。在動車組上設置監測與診斷系統,實時監測列車運行狀況,如380B型動車組設置了1100多個傳感器,檢測點多達1800多項。

  建立高鐵人員管理和培訓教育體系。對高鐵調度員、動車組司機、機械師等主要工種人員實行嚴格的準入考核制度,定期開展實戰培訓。

  全面開展自然災害風險防控,全方位保安全。建立高鐵防災安全監控系統,對風、雨、雪異物侵限等災害實時預警和監控;建立高鐵地震監控預警系統、牽引供電和通信信號的雷電防護體系,保證在自然災害情況下高鐵的安全。同時加強治安防范,防止人為破壞。

中國高鐵性價比高
  建設工期合理。創新施工組織動態管理模式,以工廠化、機械化、專業化、信息化為支撐,實現施工方案、資源配置與控制目標的最佳匹配,大大提高了施工效率,確保了合理工期和工程質量。比如京滬高鐵我們用了3年半時間,而京廣高鐵我們大體上用了5年,是根據不同情況、不同類別,科學論證來確定的。但是,工期過長會影響投資效益。單位成本比較低。根據世界銀行2014年7月的研究報告,中國高鐵每公里建設成本約為發達國家的三分之二。

  節能環保。首先是節能節地。中國高速動車組人均百公里耗電不到8度,高鐵車站采用太陽能光伏發電、地緣熱泵等新能源技術,大量采用以橋帶路方式,以路基比,橋梁每公里節約土地五分之三。

  其次是保護環境。施工時采取路基邊坡植物防護、覆土復耕復植等水土保持措施,通過設置聲屏障和減振措施,有效降低高鐵噪聲對環境的影響。

  經濟社會效益顯著。首先加快了城鎮化發展。其次促進了旅游業發展,推動了產業升級、企業經營效益向好的方面轉變。比如京滬高鐵開通運營3年半以后,在去年已經實現了盈利,而且盈利了20多個億。當然,在西部的一些高鐵,盈利的時間會長一些,達到盈利的年份要長一些。近期,國家還給予了鐵路土地開發等新政策,我們將積極努力,推動高鐵盈利水平不斷提高。

  到2014年底,我國高鐵營業里程超過1.6萬公里。在建高鐵總里程10000公里,規劃高鐵總里程10000公里左右。圍繞國家一帶一路和走出去戰略實施,加大境外鐵路項目工作力度,推動與周邊國家鐵路互聯互通建設,加快發展國際聯運業務,構建中國鐵路跨國物流平臺,努力打造國際物流業知名的品牌。今年上半年,我們預計中歐班列開行的列數要比去年超過1倍。

  我國高鐵進一步發展,下一步我們主要要研制運行水平更高、安全性和舒適型更好的高速動車組,研制基于LTE通信的列控系統,研究基于Vi-Fi及移動互聯的旅客服務技術,研制不設分相、遠程監控的牽引供電系統,研發與全國地震監測臺網監測的地震監控預警系統,研究基于大數據的固定、移動設備智能監測和預警技術等,實現中國高鐵技術更先進、更可靠、更經濟,確立在世界高鐵的領先地位。

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