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就在设计人员们为选线头疼的时候,京津二通道高速公路工程启动了。这条高速路起于北京五环路,经朝阳、通州,到天津武清、滨海新区,最终抵达天津北疆港。正是京津城际铁路要走的线路。如果这两条路能建在一起,不但符合土地集约的原则,连征地拆迁也能一起做。
京津二通道的出现使范建国大喜过望,它破解了困扰设计人员多日的选线难题,高铁的设计工作终于可以开始了。
京津城际铁路设计开始后,横在设计人员面前的第一个拦路虎便是京津地区恶劣的地质环境。
高速铁路要想达到飞一般的运行速度,对于轨道的平顺性要求非常之高,具体而言就是要达到10米±2毫米的精度。通俗地说,就是10米长的轨道两端高低位置只能差2毫米。可是,京津地区区域内全部是软土、粉土或淤泥,土地压缩性非常高,年区域沉降最大达到80毫米。80毫米和2毫米比起来,此间差距大得令人咋舌。如果不能克服这种沉降,使轨道在建成后的几十年中,始终保持平顺性,轻则将影响高铁的速度和舒适度,重则可能造成列车脱轨。
如何克服区域沉降,让设计人员非常头疼。他们想方设法收集国内外的应对之策,但发现在高铁最发达的德国和法国并不存在这个问题。德国地下不深的地方就能看到基岩,也就是说,在德国建高铁根本不需要考虑沉降的问题,而京津地区要到地下1000米才能找到基岩。没有可资借鉴的经验,铁三院的设计人员们只能自己摸索。
有人曾说,京津地区是最不适宜建设高速铁路的一片土地。但搞了一辈子地质勘察,刚刚被定为全国工程勘察大师的铁三院副总工许再良却不这么悲观。“区域沉降不但是个自然问题,更是一个社会问题。”许再良认为,大量开采地下水是造成区域沉降的主要原因。“以前,天津市区沉降问题非常严重,但近些年天津市严格限制开采地下水,现在每年的沉降已经微乎其微了。”许再良说。在他看来,只要控制住地下水的开采,再辅以一些专业措施,达到高速铁路要求的毫米级沉降也并非是不可能完成的任务。
铁三院地路处副总工崔维孝负责京津城际铁路路基方面的设计工作。为了预防沉降,崔维孝给轨道的贴地路基使上了在盖高楼大厦时才会用到的手段——CFG桩。CFG桩实际上就是水泥粉煤灰碎石桩,把它打入二三十米深的地下,便可以把路面荷载引入深层地基。
打上“地基”后,崔维孝还不放心,他又把施工取出的土压在刚建好的路基上,进行预压。“沉降速度是随着时间推移而快速衰减的,也就是说时间越久沉降得越慢。”崔维孝解释说。他希望通过预压在短时间内加速地面沉降。京津城际的设计大修年限是60年。建成前让地基多沉降一些,工程完成后就不会发生那么大沉降了。
令崔维孝非常满意的是,预压效果与他们预先的计算分析惊人地吻合。就连给京津城际做技术支持的德国专家也不得不竖起大拇哥。
贴地路基在京津城际铁路全线只占12%,另外88%的距离都将采用高架桥。这么高的架桥比例在国内还是第一次。那么,为什么高铁不贴地面走,非要架到空中去呢?铁三院桥梁处总工苏伟道出缘由:“京津地区河多、路多、桥多、地下管线更多,架桥是跨越这些障碍物的唯一办法。”苏伟告诉记者,在京津城际全长119公里的距离中,共跨越大河6条,小河沟渠100多条,各种障碍物550多个,平均每公里4.5个。
首孔双线整孔箱梁下线
不过,饶是这样,在设计之初苏伟也没有料到架桥的比例会这么高,最早他们设计的桥梁距离只占全程的47%。苏伟说:“京津地区发展太快了,我们做设计时,许多路还没规划呢,现在它们已经跟我们的铁路一起通车了。”
另一方面,高架桥比在路面上建铁道,节省用地40%。在土地资源奇缺的京津地区,节省了用地,也就等于节省了投资。
开工10个月后的2006年4月,负责技术支持的德国专家突然叫停了工程。
铁道部领导把设计单位、施工单位和德国专家集中到一起。“再这么干下去要出事!”德国专家语出惊人。到底哪儿出了问题?在场的人面面相觑。
原来,德国人反映现在我们施工使用的坐标系精度不够。
在设计图纸上,京津城际铁路是一条蜿蜒而来的三维曲线。实际施工中,要把这条图纸上的曲线放到大地上,而且要保证毫米级的精度。这就需要有一个精确的坐标系作参照。我们原有的坐标系精度不高,在修路基、架桥墩的时候还勉强凑合,但到铺设轨道板时就差远了。
在座的人听了半天,才搞清楚德国人说的其实是一个测量问题。国外施工建立了独立的高精度坐标系,而我们很多铁路工程还在沿用上世纪的老坐标系。建设低速铁路时,这个问题还没有显现出来,而到了高速铁路,问题就来了。
“怎么办?”大家都没有考虑过这个问题,顿时抓了瞎。
这时,铁三院副总工兼航测分院总工王长进站起来说:“这个问题我们2003年就开始研究了。”
的确,从2003年王长进就开始率领他的团队着手利用GPS精密定位测量技术建立高精度的GPS基站网了。但那时,许多铁路业内的人并没有意识到“精测网”对铁路施工的作用。王长进回忆,当时甚至还有人说:“搞那么高精度干吗?是不是想多骗点儿钱?”尽管,许多人不理解,但他们还是坚持把精测网建起来了。王长进知道在建高铁时用得着。
但令他着急的是,2005年7月京津城际铁路开工时,王长进和他的测量团队并没有被纳入项目中。“毕竟,了解现代化测量的人太少了。”王长进感慨道,“就连许多铁路业内人士对测量的了解也停留在扛着经纬仪、大板尺,在深山老林一口馒头一口雪的年代。其实,现在的测量早就发展到运用GPS定位的年代了。”
不过,机会终于来了。当铁道部召集各参建单位商量对策时,王长进毛遂自荐跟着铁三院的领导来到了会上。有备而来,王长进在会上把自己的研究“当当当”一说,全场肃静。当时德国人就说,王先生这套理论可行。
此后,铁道部专门发文要求,今后各高铁参建单位都要建立“精测网”。而京津城际建立的这套“精测网”体系便成了其他客运专线的标杆。
说到此处,记者还是听得懵懵懂懂。“轨道板不是一块一块的吗?像贴瓷砖一样挨着码不就得了,干吗还要动用GPS,这不是杀鸡用宰牛刀吗?”
面对记者的提问,王长进哭笑不得。他解释说,每一块轨道板在生产时就是按照不同的几何形位造的,各不相同。按照图纸安装后,它将是一条光滑平顺的轨道,但只要有一点误差,平顺性便不能保证。“每一块轨道板在设计时都有各自的位置,放在哪儿都靠高精度定位测量技术。也就是说,每块板都可以各放各的,彼此不作参照。”