鐵路建設(shè)：高原上的中國(guó)速度
2024-03-12 16:15:34
來源：西部大開發(fā)雜志
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與人口密集的東部相比，我國(guó)遼闊的西部地區(qū)交通算不上便捷發(fā)達(dá)。2021年底，全國(guó)平均鐵路線路網(wǎng)密度已達(dá)156.7公里/萬平方公里，而西部地區(qū)的線網(wǎng)密度卻不足88公里/萬平方公里，盡管如此，過去的十年里，西部地區(qū)的鐵路里程仍然突破了6萬公里。
在地質(zhì)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，生態(tài)環(huán)境脆弱的西部，這“6萬公里”彌足珍貴。這里聚集著我國(guó)絕無僅有的四大高原，或脆弱貧瘠，或高寒缺氧，或溝壑縱橫……千百年來，“與世隔絕”在這里司空見慣，直到一條條鐵路崛地而起，將“分割”的世界重新連接。
跨越黃土高坡
在我國(guó)中部偏北的二級(jí)階梯之上，橫亙著面積超過40萬平方公里的黃土高原，“黃沙漫天”和“千溝萬壑”是人們對(duì)其最初的認(rèn)知。世界上厚度最大的黃土廣泛分布于此，除少數(shù)石質(zhì)山地外，這里的黃土厚度在50～80米之間，最厚處達(dá)180米。
建國(guó)初期，西北成為國(guó)家鐵路建設(shè)的重點(diǎn)區(qū)域。20世紀(jì)50年代，途經(jīng)黃土高原的天藍(lán)鐵路與包蘭鐵路先后破土動(dòng)工。彼時(shí)，在土層結(jié)構(gòu)松散的黃土高原上修鐵路，對(duì)于我國(guó)是史無前例，不僅如此，聘請(qǐng)的蘇聯(lián)專家也因缺乏相關(guān)經(jīng)驗(yàn)而“無從下手”。
黃土高原土質(zhì)松散，遇水極易產(chǎn)生滑坡，很多施工現(xiàn)場(chǎng)都出現(xiàn)了塌方事故。不僅如此，由于黃土高原的土層年代各不相同，新沉積層與老沉積層在結(jié)構(gòu)、受力程度上也不盡相同。倘若對(duì)黃土高原的土層分布沒有明確認(rèn)知，施工作業(yè)很難順利進(jìn)行下去。
為系統(tǒng)解決這些問題，1956年，在中國(guó)鐵路科學(xué)研究院工作的周鏡開始帶領(lǐng)隊(duì)伍，背著干糧和行李，從天水一路徒步而行，于陜、甘、晉、豫四省開展我國(guó)第一次大規(guī)模的黃土工程調(diào)查。餓了就啃窩窩頭，累了就找一個(gè)養(yǎng)路工區(qū)住下，只為實(shí)地探明施工地區(qū)黃土沉積層的具體結(jié)構(gòu)。
在周鏡看來，他們的艱苦是暫時(shí)的，但無數(shù)老百姓世代生活在那里。他們只有靠雙腳走遍鐵路施工經(jīng)過的每一寸黃土地，才能對(duì)這些沉積層有準(zhǔn)確具體的認(rèn)知。
只有弄清楚黃土的類型，才能因地制宜地在不同的黃土表面，選擇最為適合的筑路方法進(jìn)行施工。在黃土高原，根據(jù)沉積時(shí)間不同，可以將黃土分為午城黃土、離石黃土、馬蘭黃土等幾種類型。由于土層結(jié)構(gòu)存在差異，土層能夠承受的壓力也各不相同。
午城黃土年代最為久遠(yuǎn)，結(jié)構(gòu)較為穩(wěn)固，適合作為路基，但午城黃土在黃土高原當(dāng)中的分布少，且通常埋在地下深層。構(gòu)成黃土高原的主體被稱作離石黃土，大約50萬年前沉積而成的離石黃土，其沉積厚度往往會(huì)超過90米且當(dāng)中存在大量空隙，倘若鐵路施工時(shí)剛好遇上土層空隙，極易造成塌陷。要在離石黃土分布區(qū)修建路基，就不得不在土層當(dāng)中安裝支架起到穩(wěn)定土層的作用。
前后持續(xù)了一年多時(shí)間的調(diào)查，通過大量現(xiàn)場(chǎng)勘察數(shù)據(jù)以及無數(shù)次力學(xué)試驗(yàn)，找到了解決黃土問題的關(guān)鍵辦法，即按黃土結(jié)構(gòu)力學(xué)性質(zhì)確定路塹邊坡陡度。
伴隨著我國(guó)高鐵事業(yè)的快速發(fā)展，如今，高速鐵路、重載鐵路遍及華夏大地，在黃土高原上還蜿蜒著青銀線、銀西線等多條高速鐵路線路。毫無疑問，這些鐵路的應(yīng)用理論基礎(chǔ)仍然離不開多年前那一次實(shí)地調(diào)研取得的成果，但與此同時(shí)，亦有嶄新的實(shí)踐用于亟待解決的黃土地質(zhì)難題。
2010年2月，鄭西（鄭州至西安）高鐵投入運(yùn)營(yíng)。作為世界上首條修建在大面積濕陷性黃土地區(qū)的高速鐵路，盡管全線隧道有38座，但其大部分隧道都位于新老黃土地層，土質(zhì)松軟，承載力極低，遇水沉落，施工風(fēng)險(xiǎn)極大。在濕陷性砂質(zhì)黃土地質(zhì)條件下進(jìn)行特大斷面雙線高速鐵路隧道開挖，在全世界尚屬首次，毫無可參考的經(jīng)驗(yàn)。
正是在鄭西高鐵中，建設(shè)者在施工中首次采用提籃拱、Ｖ形墩連續(xù)鋼構(gòu)件、高烈度地震區(qū)大跨度等橋式，創(chuàng)新黃土地層鉆孔樁施工技術(shù)，縮短樁長(zhǎng)，增加承載力，減少工后沉降，開辟了濕陷性黃土地層鉆孔樁施工的新途徑，填補(bǔ)了國(guó)內(nèi)空白。
2020年12月，銀西高鐵（銀川至西安）全線開通運(yùn)營(yíng)。其中，途經(jīng)慶陽市境內(nèi)的董志塬稱為“天下黃土第一塬”，這里黃土厚度深達(dá)數(shù)百米，地下水潛水徑流，短短6.78公里的上閣村隧道被列為銀西高鐵全線一級(jí)風(fēng)險(xiǎn)隧道，含水量高達(dá)33%，從勘查到建成用了7年時(shí)間。
“雨里挖掘，泥里支護(hù)，在黃土泥里打隧道”成為施工人員的日常，也正是在這樣極易發(fā)生沉降、變形、涌泥、塌方的環(huán)境之下，復(fù)雜黃土地層隧道開挖規(guī)律以及地表深度100米以上的注漿、降水，黃土隧道快速掘進(jìn)、防結(jié)晶、基底加固處理等六項(xiàng)創(chuàng)新技術(shù)才有了新的突破。
未來，或許還有更多高速鐵路橫穿曾被看作不毛之地的黃土高原，也會(huì)有更多難以克服的黃土問題被一一化解，而他們的不懈探索，將是曾“交通靠走，通訊靠吼”的黃土地上最美的風(fēng)景。
挺進(jìn)“世界屋脊”
被譽(yù)為世界屋脊的青藏高原，位于我國(guó)西南部，這里平均海拔超過4000米，無數(shù)的雪山、冰川、激流峽谷，使其成為地球上最難以到達(dá)的地區(qū)之一。歷史上，青藏高原交通閉塞，物流不暢，直至1951年，這片120多萬平方公里的土地上甚至沒有一條公路可以到達(dá)，所需物資用牲畜組成的龐大運(yùn)輸隊(duì)才能完成。
美國(guó)旅行家保羅·索魯（Paul Theroux）曾在其作品中寫道：“有昆侖山在，鐵路永遠(yuǎn)到不了拉薩”。20世紀(jì)50年代，中共中央決定把鐵路修到拉薩。于是，從1956年開始，國(guó)家地質(zhì)科研人員開始了從蘭州到拉薩的2000余千米線路勘測(cè)設(shè)計(jì)工作。
在克服種種困難后，這條處于高海拔地區(qū)和“生命禁區(qū)”的鐵路線，東起青海省西寧市，西到格爾木市，于1958年開始第一期工程，全長(zhǎng)814千米，于1984年5月建成通車。
2001年6月，青藏鐵路第二期工程（格爾木到拉薩段）正式開工，從青海省格爾木市南山口站一路前行，沿路雪山巍峨，河流縱橫，草原茫茫，湖泊遍布。平均海拔5500米至6000米的昆侖山高大雄偉。翻越昆侖山，將進(jìn)入我國(guó)最大的無人區(qū)——可可西里，這里平均海拔4600米以上，藏羚羊、野牦牛、臧野驢、雪豹……無數(shù)珍稀野生動(dòng)物為亙古荒原帶來無限生機(jī)。
跨過長(zhǎng)江源頭沱沱河，穿越世界鐵路最高點(diǎn)唐古拉山，進(jìn)入藏北地區(qū)和當(dāng)雄大草原，由西藏自治區(qū)安多、那曲、當(dāng)雄、羊八井一路南下，到達(dá)神圣的“日光城”拉薩。這條全長(zhǎng)1142千米的二期工程在打通了10條隧道，架起675座橋梁后，于2006年7月1日全線通車。
要在青藏高原修鐵路，首先就要面對(duì)高寒缺氧的難題。青藏鐵路4000米以上的地段達(dá)960千米，占全線路的85%，最高點(diǎn)為海拔5072米，年平均氣溫在0℃以下，大部分地區(qū)空氣含氧量只有我國(guó)平原地區(qū)的50%-60%，最低溫度可達(dá)-30℃，被稱為“人類生命禁區(qū)”。為解決高寒缺氧的難題，不得不建起大型制氧站，以保障鐵路建設(shè)者的生命安全。
鐵路向昆侖山脈延伸，坡度奇陡，地形、氣候驟然惡劣，而昆侖山口是通往西藏的必經(jīng)之路。于是，昆侖山隧道設(shè)兩道防水層、一道保溫板、一道混凝土，全長(zhǎng)1686米，海拔4648米，成為世界上最長(zhǎng)的高原凍土隧道。
走過昆侖山口，便是里程達(dá)550公里的多年連續(xù)凍土地帶。凍土對(duì)溫度變化敏感，受熱融化下沉，遇冷凍結(jié)膨脹。鐵路通過凍土區(qū)，必然改變凍土相對(duì)穩(wěn)定的水熱環(huán)境，致使地下水位下降，土壤水分減小，植被死亡，進(jìn)而促使更大面積的凍土消融。
對(duì)于高溫極不穩(wěn)定凍土區(qū)，青藏鐵路工程師提出“主動(dòng)冷卻路基”的理論，以橋代路、片石通風(fēng)路基，通風(fēng)管路基、碎石和片石護(hù)坡、熱棒、保溫板，綜合防排水體系等措施“輪番上場(chǎng)”——海拔4600多米，全長(zhǎng)11.7千米，世界上最長(zhǎng)的高原凍土鐵路橋清水河第一大橋；全長(zhǎng)1338米，海拔4905米，整條隧道都在永久性高原凍土層內(nèi)的風(fēng)火山隧道……這里堪稱凍土工程的博物館。
與此同時(shí)，為呵護(hù)野生動(dòng)物，鐵路全線建立了33個(gè)野生動(dòng)物專用通道；為保護(hù)濕地，高寒地帶首次建成人造濕地；為保護(hù)沿線景觀，地面和列車實(shí)現(xiàn)了“污物零排放”……
作為我國(guó)新世紀(jì)四大工程之一，青藏鐵路是通往西藏腹地的第一條鐵路，也是世界上海拔最高、線路最長(zhǎng)的高原鐵路，為達(dá)成這個(gè)夢(mèng)想，我國(guó)甚至用了整整半個(gè)世紀(jì)的時(shí)間來實(shí)現(xiàn)通車。因?yàn)楣こ唐D巨、投資巨大、運(yùn)營(yíng)成本高、經(jīng)濟(jì)效益差，青藏鐵路曾在建設(shè)之初飽受爭(zhēng)議。
而現(xiàn)實(shí)是，青藏鐵路推動(dòng)西藏進(jìn)入鐵路時(shí)代，密切了西藏與我國(guó)內(nèi)地的時(shí)空關(guān)系，改變了青藏高原貧困落后的面貌。截至2022年6月底，青藏集團(tuán)公司累計(jì)運(yùn)送旅客2.6億人次，旅客運(yùn)送量由2006年的648.2萬人增長(zhǎng)到2021年的1870.5萬人，其中累計(jì)運(yùn)送進(jìn)出藏旅客3169.69萬人。
2014年8月，青藏鐵路延伸線拉日鐵路全線開通運(yùn)營(yíng)；2023年7月，時(shí)速160公里的復(fù)興號(hào)動(dòng)車組，開始在青藏鐵路西寧至格爾木段投入運(yùn)營(yíng)，青藏鐵路正式進(jìn)入動(dòng)車時(shí)代；未來，或許還有新藏鐵路、川藏鐵路、滇藏鐵路投入運(yùn)營(yíng)……彼時(shí)，在世界屋脊上馳騁，跨越天險(xiǎn)的阻隔，西藏將距離我們?cè)絹碓浇?/div>
沖上云貴高原
相較于低洼的四川盆地，位于我國(guó)西南部的云貴高原“高不可攀”，二者落差可達(dá)2000米，想要進(jìn)入此地，無論任何道路都必須想方設(shè)法完成爬升。1970年建成的成昆鐵路，憑借其間規(guī)模宏大的展線群，一舉擊破了蘇聯(lián)專家曾斷言的“筑路禁區(qū)”，打通了一條通往高原的“傳奇之路”。
成昆鐵路建于內(nèi)憂外患的上世紀(jì)60年代，計(jì)劃連接四川成都和云南昆明，整條線路長(zhǎng)1096千米，是20世紀(jì)50年代我國(guó)國(guó)防三線建設(shè)的重點(diǎn)工程，被譽(yù)為20世紀(jì)人類征服自然的三大奇跡之一。
從樂山市開始，成昆鐵路調(diào)轉(zhuǎn)向西，進(jìn)入橫斷山區(qū)，穿行于深邃的大渡河峽谷中。在地表海拔只有600米的金河口大峽谷，兩岸山峰高達(dá)2000余米，峽谷幽深，河流湍急，兩岸遍布懸崖峭壁。金河口站到?jīng)錾街菥硟?nèi)的埃岱站短短58公里的路程中，山高谷深，平地稀少，有44公里都穿行于隧道中，黑暗與光明不斷交替，隧道數(shù)量多達(dá)41座。
成昆鐵路沿途地勢(shì)險(xiǎn)峻，地質(zhì)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，溪流溝壑茂密深邃，其經(jīng)過的區(qū)域素有“露天地質(zhì)博物館”之稱，幾乎匯聚了全世界最復(fù)雜的地質(zhì)狀況。它橫跨金沙江、大渡河，60多次跨越江河，500公里的路段穿越7至9度地震帶，沿線有滑坡183處，危巖和落石近500處，崩塌100處，泥石流溝249處……設(shè)計(jì)之困難，工程建設(shè)量之艱巨，前所未有。
從海拔1000米的金沙江河谷攀升至1800米的云貴高原，為克服高差，設(shè)計(jì)者采用迂回前行的“展線”技巧。類似于盤山公路，展線是一種用于爬坡的鐵路線路，它順應(yīng)地形鋪設(shè)，可以把線路展開一段距離，延山緩緩盤旋而上。
在成昆鐵路龍骨甸站和阿南莊站之間百轉(zhuǎn)千回的線路便是著名的“法拉展線”。法拉展線位于云南楚雄祿豐縣，是成昆鐵路最為漂亮的一段展線，它宛如一條巨龍，盤旋于山谷之間，五次穿越龍川江。
火車行駛在田野間搭建的特大橋梁上，巨大的橋墩支撐起整個(gè)橋體，彎曲的橋梁在龍川江上來回跨越。這里的地質(zhì)并不均勻，為了避開不良地質(zhì)，尋找合適的地方鋪設(shè)鐵路，橋梁不斷地在河上跨越，尋找著足夠穩(wěn)固的地基。
山路崎嶇，很多地方難以通行，只能靠橋隧相接的方式建出一條路，許多站點(diǎn)因此只能建在橋梁和隧道上。據(jù)統(tǒng)計(jì)，成昆鐵路沿途共有橋梁991座，長(zhǎng)度92.7公里，隧道427條，長(zhǎng)度341公里，橋隧總長(zhǎng)占據(jù)線路長(zhǎng)度的40%。
在攀枝花市，成昆鐵路跨越三堆子大橋，橋長(zhǎng)390米，主跨達(dá)到194米，是世界上同類型簡(jiǎn)支梁的最大跨度。
1958年，成昆鐵路建設(shè)啟動(dòng)，數(shù)十萬年輕的鐵道兵懷著滿腔熱忱，義無反顧地投身于成昆鐵路的建設(shè)之中，許多人再也沒有回到自己的家鄉(xiāng)。這是一項(xiàng)“不可能完成”的任務(wù)，也是一條沉甸甸的，用血肉筑成的山岳鐵路。
在技術(shù)落后的60年代，鐵路工人們逢山鑿路、遇水架橋，在崇山峻嶺間，平均每1.7公里就搭建一座中型橋或大型橋梁，每2.5公里就開鑿一處隧道。1970年，成昆鐵路全線通車，12年激情燃燒的歲月，1096公里，犧牲了2000多名鐵道兵和修路民兵，每500米就有一名筑路者長(zhǎng)眠。
時(shí)間滾滾向前，單線雙向、客貨兩運(yùn)，且常年處于超負(fù)荷運(yùn)載的成昆鐵路，早已經(jīng)不能滿足飛速發(fā)展的我國(guó)經(jīng)濟(jì)。于是，2007年，成昆鐵路復(fù)線啟動(dòng)建設(shè)。2022年12月，成昆鐵路復(fù)線全線開通運(yùn)營(yíng)，時(shí)速160公里的復(fù)線將成都到昆明的列車運(yùn)行時(shí)間由19小時(shí)縮短至6小時(shí)，動(dòng)車駛進(jìn)大、小涼山，成就新的奇跡。
在小巷嶺隧道旁的冕山雙線特大橋，可以看到新、老成昆線在此交匯，這樣的場(chǎng)景還出現(xiàn)在德昌、代灣、埃岱大橋。兩條成昆鐵路在茫茫大山中交匯，跨越半個(gè)世紀(jì)的兩條鐵路是我們鐵路技術(shù)飛躍式發(fā)展的見證。隨著現(xiàn)代技術(shù)的發(fā)展，展線越來越少，取而代之的是超長(zhǎng)隧道和特大橋。
在云貴高原，被鐵路改變的，除了大眾的生活方式，還有低流動(dòng)性的傳統(tǒng)社會(huì)。有人喜歡老成昆線，認(rèn)為它代表著歷史；也有人喜歡新成昆線，因?yàn)樗碇俣群臀磥怼?/div>
在這里，作為大國(guó)重器，鐵路不再僅僅是一個(gè)國(guó)家交通運(yùn)輸、機(jī)械制造等產(chǎn)業(yè)的綜合實(shí)力體現(xiàn)，更為重要地是，它為曾經(jīng)閉塞的云貴高原帶去了人流、物流，以及致富的希望。
(文/本刊記者 王薇)
(文/本刊記者 王薇)
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