在2016年1月8日召开的国家科学技术奖励大会上,京沪高速铁路工程荣获2015年度国家科学技术进步奖特等奖,标志着中国高速铁路建造技术达到了新的高度。通过京沪高铁的建设,我国建立健全了高铁技术体系和标准体系,推动了世界高铁技术发展。
京沪高铁在工程建造、高速动车组制造、列车运行控制、检测验证、建设管理等5个方面实现了重大技术创新,破解了超越世界长大距离高速铁路持续运行速度的重大技术难题,使中国高铁技术处于世界领先地位。京沪高铁的创新实际上是中国高铁技术体系的全面构建和创新。
1创新了复杂工程环境下的高速铁路工程建造技术
通过技术创新,建设者们破解了高速铁路深水大跨复杂桥梁建造、超长高架桥上无砟轨道无缝线路建造、大型综合交通枢纽建造、复杂地质地基处理与沉降控制、高速接触网大张力及材料等一系列的技术难题,形成了我国时速350公里高速铁路建造技术标准体系,实现了高平顺、高稳定性的目标要求。
1.创新了系列高速铁路复杂结构桥梁建造技术。
京沪高铁桥梁的比例占线路长度的80%以上,桥梁建设是工程建设的关键,也是建设的亮点。建设者们设计施工了包括桁架钢梁、系杆拱桥、道岔梁、空间框构等多种桥型结构,研究解决了在温度场、风场环境下车辆、线路、桥梁之间的关系问题以及高速状态下结构变形问题等,使用了大量新结构、新材料、新工艺,极大地丰富了高速铁路桥梁结构类型。京沪高铁的建成,健全和完善了我国高速铁路复杂结构桥梁建造技术体系。
最有代表性的是南京大胜关长江大桥。该桥具备4大特点:主跨采用双连拱形式,每拱跨度达336米;大跨度桥梁承载六线重荷载,布置了京沪2线、沪汉蓉2线、轻轨2线,其中京沪2线通过速度达到每小时300公里,并预留每小时350公里通过速度的能力;研发使用了Q420qE新型桥梁钢,填补了高强度厚板桥梁结构钢的空白;实现了钢桁拱桥架设空中多点精确合龙。
2.创新了高速铁路超长高架桥上无砟轨道无缝线路建造技术。
在超长、大跨桥梁上铺设无砟轨道无缝线路是世界性难题,其中要解决的问题包括桥梁—无砟轨道—无缝线路之间的关系、高速车辆—道岔—纵连无砟轨道—桥梁之间的关系等。建设者们从理论研究到设计方法研究再到施工研究,做了大量工作,成功破解了变形协调性难题。他们首次在165公里超长桥梁的丹昆特大桥和桥梁最大跨度达180米的京杭大运河特大桥上铺设了无砟轨道和无缝线路。
3.构建了基于铁路大型客站的现代综合交通枢纽规划与设计技术。
要将京沪高速铁路引入大型城市,并且与其他客运铁路联成网络更好地为民生服务,就必须充分结合城市与铁路的总体规划。设计者们提出 “客内货外、客货分线”的铁路枢纽规划原则和多个分工明确且有机衔接的客运站共同承担客运的客站布局原则,明确基于铁路大型客站的现代综合交通枢纽规划与设计技术,实现了各种交通方式的高效衔接,提高了综合运输效率和服务质量。最有代表性的作品就是已建成的集高速铁路、普速铁路、航空、公路、城市公交、地铁等多种运输方式为一体的上海虹桥综合交通枢纽。
4.创新了复杂工程环境下高速铁路路基刚性桩复合地基成套技术。
建设者们针对路基地段地质条件复杂、沉降控制标准高、线状柔性荷载的特点,提出了刚性桩加固地基和沉降控制设计方法;研发应用了埋入式U型结构、桩板、桩网、桩筏、载体桩等多种基础结构,破解了各种环境条件下深厚软弱土地区无砟轨道路基工后沉降及动力稳定性技术难题;提出了通过调整桩型和设计参数控制变形的调平设计方法,破解了铁路大型站场路基沉降协调控制技术难题。
5.创新了高速铁路接触网大张力和材料关键技术。
他们首次建立高速铁路接触网计算和牵引供电系统全动态仿真平台,实现了接触网模块化设计、高精度计算和全区段、全断面牵引供电系统动态实时仿真;首次研发高速铁路接触网大张力悬挂体系,研发的铬锆铜三元合金高强高导接触线填补了国内空白,达到世界领先水平。
2研制了新一代时速350公里系列高速动车组
通过不断创新,建设者们提出了高速列车耦合大系统动力学理论,建立了基于高速列车系统的设计、试验、检测与评估平台,提升了我国铁路装备制造业的整体水平。
1.突破了高速列车关键技术。建设者们提出高速铁路车—线—网—气流耦合的大系统动力学理论,建立高速列车耦合分析动力学完整模型,实现了高速列车及其运行环境耦合的全息空间动力学仿真分析和列车—气流耦合动力学的高效计算,为高速列车系统性能设计提供了理论基础。他们搭建了时速600公里高速列车运行模拟试验台,攻克了时速380公里高速轮轨关键技术难关,转向架临界速度达到了时速550公里;搭建了时速500公里高速列车动模型试验台,通过空气动力学仿真计算、风洞和动模型试验,优化了整车气动外型,破解了气动升力、侧向力、隧道效应、高速交会带来的技术难题,头车气动阻力减小8%以上;首次提出了基于受电弓主动控制模式下弓网接触力随速度变化的回归公式,并应用于受电弓主动控制策略,系统解决了双弓稳定受流难题。
2.自主研制了新一代时速350公里系列动车组。他们提出适应我国国情的长编组动车组总体技术方案,构建高速列车设计、仿真、试验、检测与评估平台,完成动车组自主研制,成功通过了综合试验段时速380至420公里逐级提速试验验证,实现了京沪高铁长距离高速度持续稳定运营。他们设计研发了空心车轴全自动加工生产线、构架加工柔性生产线、搅拌摩擦焊生产线,实现了车轴、构架等部件自动化加工及装配;建立了数字化、自动化、柔性化的高速列车制造体系,提升了我国动车组装备制造水平,形成了高速列车成套技术标准。
2010年12月3日,16辆编组双弓受流动车组最高试验时速486.1公里,刷新世界铁路运营列车试验最高速度。
3构建了时速350公里的CTCS-3级列车运行控制系统
1.创新了时速350公里高速铁路CTCS-3级列控技术。建设者们创新了多制式列控系统兼容技术、基于GSM-R车地双向通信集成技术,实现了路网互联互通;提出了适应高速切换的无线网络优化方法、动态仿真测试方法,攻克了高速列车动态控制曲线模型、多条并线铁路无线冗余覆盖等关键技术难关,创新了列控系统高安全性设计、高复杂性系统集成、高可信性仿真测试、高可靠性装备制造、高适用性工程化实施等技术,建立了完整的CTCS-3级列控系统技术标准体系。
2.研制了时速350公里高速铁路CTCS-3级列控系统核心装备。他们研制了适应高速并兼容CTCS-2级功能的CTCS-3级车载、适应复杂枢纽的无线闭塞中心、支持多点多等级设置的临时限速服务器等核心设备,实现了中国列控系统设备产业化;研制了无线通信监测设备,破解了车地无线通信抗干扰难题;研发了列控仿真测试平台,实现了 “全线、全景、全速”高逼真、大规模实时仿真测试。
4构建了高速铁路成套检测验证技术
1.构建了时速350公里速度等级的系统检测验证试验技术。建设者们创新了轨道、接触网、通信、信号、车辆动力学等检测验证试验方法,开展了京沪高铁时速350至385公里持续运行的全面系统检测验证试验,有效评价了系统的安全性、平稳性和舒适性,指导了系统优化,保证了京沪高铁按设计标准开通运营;系统验证了高速铁路系统检测验证试验方法,提升了检测技术手段和评价标准,形成了 《高速铁路工程动态验收技术规范》。
2.首次开展了时速380公里高速铁路综合试验研究。他们研究探索了时速380至420公里无砟轨道结构、路基、桥梁结构动力性能以及动车组隧道交会空气动力学效应等变化规律;揭示了轮轨、弓网、车—线—桥耦合关系;验证了土建工程、动车组、牵引供电、通信信号等各系统的高速适应性;双弓受流16辆编组CRH380动车组最高试验速度达到每小时486.1公里,为更高速度高速铁路工程设计、装备研制、标准制订和基础理论研究提供了科学依据。
5创新了我国高速铁路技术发展和建设管理模式,构建了我国高速铁路技术体系,引领中国大规模、高标准高速铁路网的建设
1.创新了我国高速铁路技术发展模式。建设者们以京沪高速铁路建设为载体,依靠政府主导、企业主体,集科研、设计、制造、施工、运营多位一体的协同攻关创新机制,着力推进原始创新、集成创新和引进消化吸收再创新等创新方式。在国家有关部委、原铁道部等600余项科技项目和企业1000余项科技项目支撑下,京沪高铁工程取得了一系列重大技术创新成果,构建了我国自主知识产权的高速铁路技术体系,系统形成了以 《高速铁路设计规范》 《时速350公里新一代动车组技术条件》 《铁路技术管理规程 (高速铁路部分)》为核心,涵盖149项建设技术标准、22项技术规范、768项产品技术标准和运营维护等系列的技术标准,实现了我国高速铁路技术和产业发展的重大创新。
2.创新了高速铁路建设管理模式。管理者们提出了工期、质量、环保、投资、安全、稳定 “六位一体”的目标控制体系,系统形成了以管理制度、人员配备、现场管理、过程控制标准化为基本内涵,以技术、管理、作业标准和流程管理为基本依据,以机械化、工厂化、专业化、信息化为支撑手段的标准化管理体系,确保了技术标准高、系统复杂的国内大规模高速铁路工程科学有序、优质高效建设。
通过技术创新,我国时速350公里高铁技术体系成熟完备,时速380公里高铁技术得到了验证,整体技术达到国际领先水平。京沪高铁开通4年多以来运行状态良好,截至2015年底运送旅客超过4亿人次。
(《人民铁道》 2016/03/16)