“中国芯”扫清“限速点”高铁速穿世界级桥梁
4月22日 ， 中国铁建所属铁四院总体设计的商合杭高铁合湖段试验列车顺利跑出最高测试时速385公里 ， 实现了联调联试阶段性目标 ， 为今年的全线通车运营奠定了基础 。 商合杭高铁是我国“八纵八横”高铁网京港（台）通道和京沪通道的重要组成部分 ， 设计时速350公里 ， 其中北段即商丘至合肥段全长378公里 ， 已于2019年12月1日建成运营 。 南段即此次联调联试的合肥至湖州段 ， 全长约311公里 ， 线路从合肥向南进入马鞍山市含山县时 ， 将诞生一座世界级桥梁——裕溪河特大桥 。
裕溪河特大桥全长686米 ， 主跨324米 ， 桥面铺设采用我国自主知识产权的CRTSⅢ型板式无砟轨道 。 这是我国时速350公里高铁大跨度斜拉桥建设中 ， 首次在300米以上跨度桥梁中采用无砟轨道结构形式 ， 是当前世界最大跨度的无砟轨道高铁桥梁 。
无砟轨道具有高平顺、高稳定、高耐久性、以及少维修等优点 。 商合杭高铁全线轨道类型统一 ， 意味着高铁通过裕溪河特大桥时 ， 无须降速 ， 即可以350公里的时速通过该大桥 。
让大桥“脱胎换骨”
世界一跨千米的斜拉桥并不罕见 ， 但能让高铁飞驰的斜拉桥目前主跨都在200米以下 ， 而且列车最高运行时速多在250公里以下 。 要想让动车组列车过桥时不降速 ， 且能平稳行驶 ， 就要严格控制桥梁和轨道的震颤和变形幅度 。
“这就需要在桥梁结构创新上动脑筋、下功夫 。 ”铁四院副总工程师文望青介绍 ， 大桥需要先“脱胎换骨” 。 裕溪河大桥324米的主跨 ， 设计中首次在高铁斜拉桥上采用箱桁组合结构 ， 大大提高了结构刚度 ， 使容易变形的大跨度桥梁更“硬气” ， 保证了对无砟轨道适应性要求 。
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商合杭高铁裕溪河特大桥
大桥还需要“微整形” 。 在无砟轨道桥梁上 ， 铁四院设计师首次实现了国产钢轨伸缩调节器与梁端伸缩装置一体化设计 ， 保证了行车更加平稳 ， 减少后期养护维修工作量 ， 再破世界难题 。
也有人不解 ， 一座主桥长度不到1公里的大桥 ， 动车组以350公里还是250公里的时速通过 ， 过桥时间不过相差几秒 ， 为何还要如此殚精竭虑？
“立足国情为百姓提供高质量的高铁网 ， 需要这样的创新 。 ”铁四院桥梁院总工程师严爱国介绍 ， 随着立交、防洪、通航要求不断提高 ， 以及高铁线路逐渐延伸到更多崇山峻岭、江河湖海 ， 大跨度桥梁越来越多 。 “目前中国在建高铁线路上 ， 跨度在200米及以上的桥梁就有近40座 ， 如果不破解大跨度桥梁铺设无砟轨道难题 ， 中国高铁网就会陷入运行速度时高时低的碎片化状态 。 因此这样的创新 ， 不仅必要 ， 而且紧迫 。 ”
扫清“限速点”
我国高铁目前采用的主要轨道结构形式为无砟轨道 ， 经过十几年的高铁建设实践 ， 我国高铁大量在100米左右跨度的桥梁上铺设了无砟轨道 ， 运营情况良好 。 但大量200米以上跨度的高铁桥梁仍然没有攻克铺设无砟轨道难题 。 由于有砟轨道限制了行车时速不能超过250公里 ， 这意味着时速350公里的动车行驶到高铁桥梁上时必须把速度降下来 ， 而且全线无砟轨道线路也因为桥梁被分割成零碎状态 。
为推动在高速铁路更大跨度桥梁上铺设无砟轨道 ， 铁路总公司依托昌赣高铁赣州赣江特大桥主跨300米斜拉桥 ， 委托铁四院于2015年立项《大跨度桥梁铺设无砟轨道技术深化研究》课题 。 2019年 ， 赣江特大桥通车运营 。
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裕溪河特大桥是世界最大跨度的无砟轨道高铁桥梁
在铁四院设计研发团队的努力下 ， 从主跨228米的商合杭高铁淮河特大桥 ， 到主跨300米的昌赣高铁赣江特大桥 ， 再到主跨324米的商合杭高铁裕溪河特大桥 ， 我国时速350公里高铁铺设无砟轨道桥梁的跨度不断突破 。
“目前我国大跨度高铁桥梁铺设无砟轨道技术已达到世界领先水平 。 ”铁四院线站处副总工程师李秋义说 ， 作为世界最长的铺设无砟轨道的350公里时速大跨度高铁斜拉桥 ， 商合杭高铁裕溪河特大桥对突破无砟轨道在大跨度斜拉桥上的铺设具有里程碑意义 。
“跨度和速度不断提升的背后 ， 是大跨度桥梁建设成套技术的支撑 。 ”李秋义说 ， 铁四院用技术硬实力扫清了商合杭高铁的限速点 ， 标志着中国在高铁超级跑道的设计、建造、新技术推广应用领域再下一城 。
埋下“中国芯”
商合杭高铁全线铺设的我国拥有自主知识产权的CRTSⅢ型无砟轨道 ， 自主研发的商合杭无砟轨道设计建造信息化系统 ， 融合人工智能、物联网、智能感知和移动互联等“黑科技” ， 以云计算为平台架构 ， 打通信息技术与传统建设之间的“梗阻” ， 实现融合创新 。 并配套研发了数字化建造的成套工艺装备、系列软件和信息化平台 ， 建立了设计、制造、施工信息数据仓库 ， 积累了海量的设计和建造数据 ， 通过对施工数据和设计数据的关联分析 ， 实现了无砟轨道建造质量精度管控和进度管控 。
高铁建设的核心技术包括轨道技术、车组技术和轨道控制技术 。 而轨道技术是这些核心技术的根本 ， 轨道板铺设 ， 是实现整个高铁核心技术的第一步 。
藏在商合杭高铁轨道板里的芯片又名“中国芯” ， 是轨道板的“身份证” ， 它记录了轨道板从制造到运营全生命周期的历史数据 。 用铁四院自主研发的手簿设备扫描一下芯片 ， 轨道板的所有信息即可接入信息化平台 。
“中国芯在轨道板60年的生命周期里可以持续使用 ， 芯片被激活后 ， 将实现“联网” ， 并接入轨道所自主研发的轨道信息化平台 。 ”商合杭高铁轨道专业负责人韦合导说 。
安装“千里眼”
动车高速通过大跨度无砟桥梁 ， 最关键的是轨道受力变形监测 。 为保证轨道结构安全服役状态 ， 铁四院为量身定做了轨道“千里眼”——“铁路轨道服役状态监测与评估” 。
“高速铁路桥梁的跨度超过一定长度时 ， 为调节轨线的胀缩 ， 需在梁端两侧设伸缩调节器 ， 是轨道结构的薄弱环节和敏感区域 。 ”铁四院轨道健康监测系统的技术负责人林超说 ， 为提高高铁行车舒适性和安全性 ， 对伸缩调节器的测试已成为日常作业 。
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轨道监测设备
据介绍 ， 传统的高铁轨道监测主要以人工巡查为主 ， 尽管辅之以相应的检测设备 ， 但很难做到对轨道特别是重点轨道区段实时、全天候的监控 ， 而大跨桥要实现350公里时速安全通过 ， 轨道平顺度必须时时保持在“±1毫米”精度内 。
为及时掌握轨道服役状态的变化规律 ， 根据铁路运营部门的养护维修需求 ， 铁四院于近年开始立项“铁路轨道服役状态监测与评估” ， 在全国范围内各种类型轨道结构重点区段开展监测 ， 建立了涵盖中国高铁所有轨道类型的服役状态演变数据库 ， 包含无砟轨道、钢轨伸缩调节器、道岔和小半径曲线共4个服役状态数据集 。 于2019年建立起基于光纤传感技术和视觉测量技术的轨道综合监测系统 ， 实现了高铁轨道毫米级变形识别和多源数据全天候采集传输 。
为裕溪河大桥安装轨道监测系统时 ， 正值武汉疫情封城阶段 。 为确保项目顺利推进 ， 铁四院轨道专业紧急由省外人员组建党员攻关队 ， 历时25天 ， 完成了现场轨道监测系统的安装和调试 。
有了轨道“千里眼” ， 铁四院设计人员在武汉总部轨道所的综合监控中心 ， 就可以看到实时监控的画面 。 当监测数据超限时会产生报警 ， 并实时将预警信息发送至养护人员 。
2019年5月26日 ， 以中国工程院院士何华武、中国科学院院士翟婉明为组长的专家组 ， 对“铁路轨道服役状态监测与评估”作出评价 ， 认为“本成果为保障高速铁路轨道结构正常服役提供了技术支撑 ， 研究成果总体达到国际先进水平” 。
据悉 ， 继裕溪河特大桥后 ， “铁路轨道服役状态监测与评估”创新成果目前正推广应用至其他高铁轨道监测中 。
【“中国芯”扫清“限速点”高铁速穿世界级桥梁】“将智能设计融入高铁技术 ， 是我国铁路转型升级的发展方向 ， 也是我们新时代铁路人义不容辞的奋斗目标 。 ”铁四院轨道所所长王森荣说 。 铁四院将进一步利用大数据、云计算、BIM、5G等先进技术 ， 有效推进铁路建设智慧、高效、绿色、协同发展 。
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