哈大高鐵：為中國高鐵代言

2012年12月3日，哈大高鐵運行的CRH380B高寒動車組以200公里時速飛馳沈。

2012年12月1日，哈大高鐵正式開通營運，它是我國在高寒地區(qū)修建的首條、也是世界上第一條新建高寒高速鐵路，全長921公里，設計時速350公里，沿途共設23個站，經(jīng)過10個城市，東三省的主要城市自此連為一線，每年新增貨運能力數(shù)千萬噸，大大緩解了哈大線運輸緊張局面。

哈大高鐵是中國高鐵最先進技術的集大成者，它的建成運營成為中國向俄羅斯等高寒地區(qū)國家輸出“中國高鐵”的最有力說明。

哈大高鐵設計施工難度巨大，沿線冬季極端最低溫度零下40℃左右，最大積雪厚度30厘米，沿線土壤最大凍結深度達205厘米，讓我們來看看是如何克服高寒帶來的設備、技術問題的。

鐵路如何突破高寒難題

毫無疑問，突破嚴寒束縛是哈大高鐵最重要的環(huán)節(jié)。沈陽鐵路局的相關工作人員介紹，作為我國目前在高緯度嚴寒地區(qū)設計建設的標準最高的一條高速鐵路，也是世界上首條高寒地區(qū)建成運營的高速鐵路，哈大鐵路突破了防凍脹路基、接觸網(wǎng)融冰、道岔融雪裝置等業(yè)界公認的三大技術難題。

技術人員先后完成了高寒地區(qū)冬季凍土路基與涵洞防凍脹技術研究、高寒地區(qū)無砟軌道關鍵技術研究、接觸網(wǎng)融冰及道岔融雪等多項課題研究，為國內(nèi)高寒地區(qū)高速鐵路設計提供了技術支持。

東北地區(qū)由于冬夏季溫差巨大，容易出現(xiàn)凍土路基膨脹，這種現(xiàn)象就叫做凍脹。對此，哈大高速鐵路圍繞凍脹發(fā)生的三個要素：溫度、水分及土壤，實施多種路基與涵洞的防凍脹技術。例如，設置防凍層、隔斷層、防凍脹護道、支擋結構物，在路基凍結深度范圍內(nèi)填筑非凍脹性填料。核心思想是控制路基中水的含量，讓水分冬天一凍，剛好把路基中的縫隙填滿，不會過度膨脹，這樣路基就不會隨著天氣變化出現(xiàn)凍脹循環(huán)。

在防凍脹技術方面，青藏鐵路的經(jīng)驗也十分值得借鑒。例如，青藏鐵路路基兩旁埋設了高效導熱的熱棒、熱樁，可以將熱量導出。在路基中鋪設的通風管，可使土體溫度明顯降低，在通風管的一端安裝自動溫控風門，當溫度較高時，風門會自動關閉，溫度較低時，風門自動打開，這樣可以避免夏季熱量進入通風管。在路基頂部和路基邊坡鋪設遮陽棚、遮陽板，可以有效地減少太陽輻射，降低地表溫度。不過，這些設備整體實施的成本也比較大。

實事求是地講，在凍土區(qū)和季節(jié)性凍土區(qū)修筑鐵路面臨的挑戰(zhàn)實在是太過巨大，即便采取諸多防凍脹技術，但也可能無法完全杜絕凍脹所遺留下來的問題。建成于20世紀70年代蘇聯(lián)時期的第二條西伯利亞鐵路在1994年的時候被發(fā)現(xiàn)線路病害率達27.5%，而運營近百年的第一條西伯利亞鐵路在1996年接受調(diào)查的時候線路病害率為45%。

當然還有一種辦法，就是架橋，在橋上鋪架鐵軌，但是架橋造價太高，在俄羅斯的高寒鐵路施工中可能不會被廣泛應用。不過在全長921公里的哈大高鐵中，有2/3以上路段在高架橋上。

哈大高鐵建設中，在世界上首次實現(xiàn)了高寒地區(qū)高速鐵路采用多種結構形式的無砟軌道。所謂無砟軌道，就是用混凝土、瀝青混合料等整體基礎取代散粒碎石道床的軌道結構，其軌枕本身是混凝土澆筑而成，路基也不用碎石，鋼軌、軌枕直接鋪在混凝土路基上。

無砟軌道是當今世界先進的軌道技術，由于地處東北嚴寒地區(qū)，冰凍期長、溫差大，軌道結構及部件的耐久性較為突出。為了解決嚴寒地區(qū)特殊惡劣的氣候條件下無砟軌道設計中存在的關鍵技術難題，技術人員在鐵道部科技司主持下開展了《嚴寒地區(qū)無砟軌道關鍵技術》等重大課題的試驗研究，內(nèi)容涉及嚴寒地區(qū)軌道結構選型研究、無砟軌道選型研究及結構設計、多種類型砂漿調(diào)整層、不同施工工藝的軌道板試鋪試驗研究，確定了哈大高鐵合理的軌道結構型式、結構設計參數(shù)、驗證了無砟軌道結構及關鍵部件對嚴寒氣候條件適應性，為無砟道結構大規(guī)模應用提供了科學數(shù)據(jù)和技術支持。

以道岔融雪為例，大連至哈爾濱全線最大積雪厚度在17至30厘米間，由于風向和風速問題，沿線還存在產(chǎn)生風吹雪災的可能。積雪融化時間長，道岔易受雪埋，冬季道岔積雪清掃問題比較突出。如果道岔尖軌與基本軌間積雪不及時清掃，道岔動作時將會使積雪擠壓成冰狀，可能造成尖軌不密貼，使列車進路受到影響。

為了保證高速行車安全暢通，必須保證道岔尖軌與基本軌間處于無雪無冰狀態(tài)，道岔轉動靈活，尖軌與基本軌保持密貼，沿線各車站（場）、線路所、動車所共計27個車站（場、所）必須全部設置道岔融雪裝置。

道岔融雪簡單說來就是為道岔加熱，裝置由室內(nèi)室外兩部分組成。主要設備有專門為道岔轉轍部位、可動心和道岔外鎖閉部位配置的道岔融雪加熱元件，車站（場、所）咽喉區(qū)設置融雪控制柜、隔離變壓器、軌溫傳感器、雨雪傳感器等設備和傳輸電纜、控制電纜，采用具有客運運用經(jīng)驗的電加熱方式，主要部件采用國產(chǎn)化產(chǎn)品。

調(diào)度中心和各車站裝有遠程和車站兩級控制的終端設備。既可以自動啟動，也可以手動操作。由于極端溫度下的耗電量大，設計采用了專用動力變壓器為融雪裝置獨立供電。哈大高鐵采用了分咽喉分散供電的方式，大大減少了電能傳輸過程中的損耗。該系統(tǒng)設備參考哈爾濱樞紐融雪系統(tǒng)試驗站試驗驗證結論，在傳統(tǒng)電加熱方式基礎上合理配置了加熱功率，使系統(tǒng)運用更加可靠。

哈大高速鐵路地處我國東北，冬季寒冷多霧雪。在白天，由于列車運行接觸導線有電流通過時不易結冰，但到了夜間，高鐵線路需綜合維修，沒有列車運行，這時接觸網(wǎng)容易出現(xiàn)覆冰，進而影響接觸導線壽命，嚴重時造成接觸網(wǎng)系統(tǒng)破壞，引起列車晚點和失去動力。為了解決接觸網(wǎng)覆冰造成的供電故障和除冰難題，技術人員開展了哈大高鐵專線接觸網(wǎng)融冰技術研究，對接觸網(wǎng)覆、融冰機理進行了深入的理論研究和現(xiàn)場試驗驗證，取得了融冰電流、時間與環(huán)境溫度、風速等因素的相關經(jīng)驗公式、導線臨界融冰電流曲線、導線安全性校驗方法等一系列成果。在此基礎上，他們提出了適應各種環(huán)境，并且不影響動車運行的交流融冰方案和接觸網(wǎng)覆冰在線監(jiān)測系統(tǒng)方案。

同時他們還研討了接觸網(wǎng)覆冰情況的在線監(jiān)測，使運營管理人員在室內(nèi)即可了解現(xiàn)場的覆冰情況。該系統(tǒng)通過在線監(jiān)測裝置、通信設備、覆冰在線監(jiān)測主機等將接觸網(wǎng)的圖像、環(huán)境溫度濕度、風速、風向、導線溫度等數(shù)據(jù)上傳至覆冰在線監(jiān)測系統(tǒng)，監(jiān)測軟件系統(tǒng)則運用視頻能分析技術、覆冰厚度經(jīng)驗公式等分析得出接觸網(wǎng)的覆冰情況，分析得出融冰電流和融冰時間，為接觸網(wǎng)融冰提供重要參考，便于管理人員及時采取融冰、除冰措施，為鐵路安全運行提供保障。

有了相關的技術支持，還需要架設接觸網(wǎng)導線，將電力輸送給動車組列車，提供牽引動力的“導體”。而架設接觸線則是哈大高鐵電力工程建設的關鍵步驟之一。工程要求精度非常高，例如接觸線每米自身平直度誤差要控制在0.1毫米范圍內(nèi)。工程人員經(jīng)過多次技術攻關，終于達到了平直度僅為0.02毫米的精確度。

耐寒神車CRH380B

即使行駛在零下近40攝氏度的低溫環(huán)境下，車輛安全依然能夠安全運營，車廂內(nèi)更是溫度宜人。完全滿足這樣的需求的正是CRH380B型高寒動車組這樣的耐寒神車。作為目前世界上適用于零下40℃高寒地區(qū)運營速度最高的動車組，研發(fā)團隊在調(diào)查分析了哈大高鐵沿線近30年的氣象記錄，發(fā)現(xiàn)這一地區(qū)的最低氣溫紀錄是零下37.3℃，于是決定將動車組的適應最低氣溫鎖定在零下40℃。

為了能在零下40℃至零上40℃的環(huán)境中運行，也為了阻攔風雪攻入車下設備艙造成車輛故障，CRH380B型高寒動車組用特殊材料設計了具備自然通風功能的封閉型防雪設備艙，即使車外暴雪肆虐，車內(nèi)一直保持著人體最佳適應的22攝氏度。

列車從冰凍環(huán)境瞬時進入濕熱環(huán)境的時候，暖濕氣流與低溫車體相遇，車體設備以及管路之間會產(chǎn)生冷凝水，可能導致電氣原件發(fā)生短路或損壞。為了解決這個問題，CRH380B型高寒動車組在車體、設備艙、管理系統(tǒng)上采用多項冷凝水防護和處理技術，使得冷凝水能及時排掉，成功跳出“冷凝水陷阱”。

2012年12月3日，東北地區(qū)開始新一輪強降雪，新開通的哈大高鐵迎來了暴風雪的首次“實戰(zhàn)考驗”。

CRH380B型高寒動車組還設計有門廊加熱系統(tǒng)、司機室擋風玻璃加熱系統(tǒng)、凈污水管路伴熱系統(tǒng)，在衛(wèi)生間更增加收集洗手盆排水的灰水箱，灰水最終收集到車下污物箱中，避免直接排到車外。

用高寒動車組的制造企業(yè)——中國北車長客股份公司設計團隊的話來介紹：“它能將列車飛奔刮起的凜冽狂風和漫天飛舞的暴雪攔截在車外，能讓車內(nèi)乘客在溫暖舒適的室內(nèi)，通過‘減速’玻璃欣賞窗外的雪域風光，能夠阻止列車中的洗手池、廁所等用水凝結成冰，確保列車高速運行時材料、結構、控制系統(tǒng)均充分適應極度低溫環(huán)境?！?/p>

為了達到防寒防凍的目的，哈大高鐵車廂進行了全方位的防寒隔熱優(yōu)化——車廂地板增加6毫米的納能材料;衛(wèi)生間地板和電氣柜下增加防寒材料;車廂內(nèi)各部件與車體連接處采用隔斷熱橋結構……

通過這些改造，CRH380B型高寒動車組在高寒的環(huán)境中運行，不必增加采暖功率就能提供近22攝氏度的車內(nèi)溫度，保證旅客在冬季的最佳舒適性。

實際上，針對高寒地區(qū)特殊環(huán)境，原鐵道部專題組織了22項科研課題，解決了路基“凍脹”控制技術難題。研制了適應低溫運營環(huán)境的高寒動車組，掌握了牽引供電、通信信號等設備低溫適應性技術，形成了高寒地區(qū)高速鐵路成套技術。

“相關技術都經(jīng)過了試驗驗證和運行試驗，在運行試驗期間動車組最高試驗時速達到385公里。哈大高鐵的建成通車，標志著我國已經(jīng)掌握了在高寒地區(qū)修建高速鐵路的技術?！?鐵道部科學技術司司長周黎表示。

從“哈大”到走出國門

2014年10月14日，李克強總理與梅德韋杰夫共同參觀“開放式創(chuàng)新”莫斯科國際創(chuàng)新發(fā)展論壇展覽。在中國自主研發(fā)的新一代高速動車組展臺前，梅德韋杰夫詢問這種高鐵是否能在高寒地區(qū)運行？李克強總理自豪地說，中國高鐵擁有在高寒地區(qū)運行的豐富經(jīng)驗，技術有保障，完全能在俄羅斯西伯利亞的荒野上生存下來。

總理這樣說自然是有底氣的。自從2012年12月1日開通哈大高鐵以來，在這條自然環(huán)境惡劣的線路上，哈大高鐵已經(jīng)安全運營了將近3年時間。哈大高鐵按照冬、夏季兩個列車運行模式，分別按時速200公里和300公里兩個速度等級開行列車，從哈爾濱到大連的旅途時間從過去的13個小時縮短到3個小時。

高寒動車CRH380B型。

而世界上首條全線位于高寒地區(qū)的高鐵線路齊哈客運專線也于今年8月正式通車運營。動車駛出哈爾濱北站后僅僅3分鐘，時速就提升至240多公里，運行80分鐘后抵達齊齊哈爾南站，比以往的火車運行時間縮短了一半多。

由此看來，哈大鐵路實在是杠杠滴，中俄高鐵合作空間到底有多大呢？

俄羅斯存在著高鐵市場的剛性需求，根據(jù)俄羅斯2030年前鐵路交通發(fā)展戰(zhàn)略，俄羅斯有意建設2萬公里新鐵路，其中包括5000公里高速鐵路。然而，目前俄羅斯運行的高速鐵路僅有一條為2014索契奧運會修建的連接奧運雪山館和奧運主場館的索契高速鐵路，全長163公里，運行時速僅為180公里。另外，俄羅斯還有三條正在運行的動車線路：莫斯科到圣彼得堡、圣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，因此算不上嚴格意義上的高寒高鐵。以其中運行速度最高的莫斯科到圣彼得堡的“游隼號”（由德國西門子制造，僅可在俄羅斯的寬軌軌距中運行，適用于當?shù)靥厥獾臍夂驐l件）為例，“游隼號”以250公里的最高時速運行的持續(xù)時間不到20分鐘，很難稱得上是一條高鐵線路。

俄羅斯目前規(guī)劃中的高鐵項目主要包括：莫斯科—圣彼得堡高鐵項目（高鐵1號線），線路全長為658公里，設計時速為400公里，預計2018年前建成;還有一條是莫斯科—葉卡捷琳堡高鐵項目（高鐵2號線）?！澳箍啤ι礁哞F”是俄羅斯2008年11月頒布的《2030年運輸發(fā)展戰(zhàn)略規(guī)劃》的組成部分，未來將延伸至葉卡捷琳堡。項目總里程770公里，最高設計時速400公里，軌距為1520毫米。鐵路建成后，莫斯科—喀山間列車運行時間將從現(xiàn)在的14小時壓縮至3.5小時。

2015年6月18日，張高麗副總理與俄羅斯第一副總理舒瓦洛夫共同見證了《莫斯科至喀山高鐵項目勘察設計合同》的簽署，為中俄加強經(jīng)濟合作注入的一劑強心劑。莫斯科至喀山高鐵項目也成為中國高鐵走出國門的第一單，標志著中俄在共建絲綢之路經(jīng)濟帶的實踐中邁出了具有深遠意義的一步。

據(jù)測算，莫斯科—喀山高鐵項目，不含增值稅項目造價高達10683億盧布（213億美元）。中國將提供部分融資。未來規(guī)劃中，莫斯科—喀山高鐵還將從喀山出發(fā)，向東到葉卡捷琳堡，而后經(jīng)過阿斯塔納，直至中國新疆烏魯木齊，從而連接上蘭新客專、寶蘭客專、西寶客專后融入中國“四縱四橫”高速鐵路網(wǎng)絡，再通過鄭徐、京滬、京廣、滬漢蓉、哈大等高鐵，直達中國的北京、上海、廣州、成都、哈爾濱等重要城市。從莫斯科往西未來還可以通過莫斯科—圣彼得堡高鐵、圣彼得堡—赫爾辛基等線路到達歐洲大陸。

新絲綢之路經(jīng)濟帶從東邊通過中國聯(lián)著亞太經(jīng)濟圈，西邊通過俄羅斯聯(lián)著歐洲經(jīng)濟圈，被認為是“世界上最長、最具有發(fā)展?jié)摿Φ慕?jīng)濟大走廊”。莫斯科—喀山高鐵將為沿線國家和新絲綢之路經(jīng)濟帶輻射地區(qū)的經(jīng)濟貿(mào)易交流提供一條便捷的大通道，對于改善沿線交通基礎設施，擴大中俄經(jīng)貿(mào)合作等具有重要意義。

除此之外，高鐵沿線經(jīng)過的莫斯科、弗拉基米爾、下諾夫哥羅德、切博克薩雷和喀山等重要城市，有克里姆林宮、莫斯科紅場等眾多自然和人文景觀，將形成極具魅力的黃金旅游帶，有利于整合區(qū)域旅游資源，加快沿線旅游業(yè)的發(fā)展。據(jù)預測，2020年總客運量將達到1050萬人次。

在莫斯科—喀山高鐵展現(xiàn)出迷人前景之前，通往中、朝、俄邊境，被譽為“東北最美高鐵”的吉（林）圖（們）琿（春）高鐵也已于9月20日正式開通運行，這意味著中國首條通往俄羅斯和朝鮮邊境的高鐵全線貫通。 按照現(xiàn)有的鐵路運行圖，吉圖琿高鐵已與哈大高鐵、盤營高鐵、沈丹客專和丹大快速鐵路等共同構成東北地區(qū)鐵路快速客運網(wǎng)。同時，它也是少有的直通中國邊境地區(qū)的高鐵，這條線路向東可以與朝鮮羅津港、俄羅斯符拉迪沃斯托克自由港相連，向西可以與蒙古國喬巴山、俄羅斯相連，從而構建成為新的歐亞大陸橋。

中國在哈大高鐵上的技術突破，無疑將助推中國高鐵走進包括俄羅斯在內(nèi)的高寒地區(qū)的市場，為這一地區(qū)的發(fā)展注入新的動力。