被国内外高度关注的京沪高速铁路6月底将正式开通运营,这是目前世界上速度最快技术水平最高的一条高速铁路,设计时速为380公里。而在去年12月的调试阶段,京沪高铁列车跑出了486.1公里的时速,创世界铁路运营试验最高速度,这一速度相当于目前最先进的波音飞机起飞的速度。
为解决东部地区南北向交通的瓶颈制约,中国建设了这一高速铁路。京沪高铁从北京南站出发终止于上海虹桥站,总长度1318公里,总投资约2209亿元。它的建成将使北京和上海之间的往来时间由现在的10小时缩短到5小时以内。
从去年12月开始,京沪高速铁路先后进行了轨道、接触网、供变电、列控系统的调试和综合接地、电磁兼容、振动噪声、路基及过渡段、桥梁等18个大项的测试,并同步搭载了多项科学试验。通过反复调试试验,验证并优化了固定设备和移动设备的安全可靠性、质量稳定性和系统匹配性,完全达到了建设的预期目标。京沪高铁领先世界的速度背后,是高技术的支撑。在全球已建成的高速铁路中,京沪高铁无论从轨道建设,还是列车制造、运行控制方面,其技术水平都处于世界先进水平,有许多技术甚至处于领先水平。
轨道精确度极高
在京沪高铁立项之初,中国国内对京沪高铁使用磁悬浮还是轮轨技术曾发生过激烈的争论,出于对全国整体高速铁路网线的考虑,铁道部最后还是选择了轮轨技术,因为其他在建和将建的高速铁路线路都使用的是轮轨技术。
与中国普通铁道不同,高速铁路铺设的是无砟轨道。根据铁道部的信息,京沪高铁全线铺设无砟正线约1268公里,占线路长度的96.2%。时速380公里的无砟轨道,建设工程非常复杂,包括沉降观测与评估、桥面和路基面验收、防水层施工、底座板支撑施工、轨道板施工、铺轨等9大工序。轨道施工精度要求极高,误差以毫米计算。
京沪高铁轨道建设中,有些项目对环境温度也有着极高的要求,以底座板混凝土浇筑为例,其要求环境温度不能低于5摄氏度。参建单位根据气候特点、使用材料的特性等因素,结合施工实际情况,制订了完善的施工方案,特别是在冬季施工中,对测温和保温人员、送暖人员等专门组织技术业务培训,在施工期间有专人定时测量温度并做好记录,确保工程按要求进行。
铁道部的资料说,在京沪高铁轨道施工中,大量的新材料、新设备、新技术被应用到施工当中。更重要的是,京沪高铁具有兼容性,具备本线旅客列车和跨线旅客列车共线运行条件,实现了路网资源利用的最大化。
中国高速铁路发展开始于2004年,铁科院的资料显示,到目前中国高铁可以分为三个平台:第一个为时速200公里级平台,第二个为时速300公里级平台,这两个平台是在引进消化吸收再创新国外先进技术和设备的基础上形成的,而第三个时速300公里以上的平台,是通过中国自主创新形成的。
最先进的列车
京沪高铁所用列车分别为中国南车生产的CRH380A和中国北车生产的CRH380B,具有世界先进水平的动力分散型电动车组,自主设计的时速350公里以及时速380公里的动车,这一车型是目前世界上最先进的车型,标志着中国动车设计制造水平已处于世界领先水平。
京沪高铁调试时创486.1公里的最高运营时速使用的是中国南车生产的CRH380A车型,当时该车的脱轨系数、轮重减载力、轮轴横向力最大值分别是0.13、0.6、16,而高速列车标准值是要求小于0.8、0.8、48的。这些在外人看来略显枯燥的参数表明,中国高铁安全性表现不仅可靠,而且十分优秀。
中科院力学所研究员杨国伟说,力学所承担的是中国高速列车空气动力学优化设计,很多技术是建立在力学所对航空航天动力学研究的基础。仅是“CRH380高速动车”头型设计,就与四方股份公司共同设计出20多个头型,经过数字分析和风洞实验,再到同济大学汽车风洞做噪声试验,经过反复比选,最后选出一个减震降噪等效果最好的头型。
列车设有一等车、二等车、商务车、餐车,并设有VIP观光区。VIP观光区紧邻司机室,全车共设两个VIP观光区,每个VIP观光区设2个与商务车内相同的坐椅、3个高档沙发、电子幕帘,多功能柜等设施。“电子幕帘”位于司机室和观光区之间,在通电之前为水雾玻璃,旅客按动通电按钮后,玻璃的水雾层立即消失,旅客可以观看司机驾驶列车,并以司机的视角观看列车运行。多功能柜分列左右两侧,为旅客提供折叠桌、书报架、电视等功能,共旅客旅行、休闲、就餐使用。
商务车内设置24个红色可躺可旋转软席坐椅,一排3座,坐椅分为单人坐椅和双人坐椅两种,坐、躺任意切换,还可以通过手动方式实现整体180度旋转,变换坐椅朝向。坐椅采用高档真皮蒙面,带有宽大的私密罩壳,具备一定的私密空间,受外界影响小。同时每个坐椅都配有电视、小桌板、电源插座、阅读灯等配套设备,满足乘客旅途休息、娱乐、就餐及办公等需求。
在商务车的一端,设有服务呼叫显示屏,旅客按动坐椅上的服务呼叫按钮后,在车厢一端的乘务员就可以通过显示屏看到哪位旅客需要帮助。
一等座车厢为一排4座,坐椅可以调整倾斜度。每个坐椅的车体上方,都有阅读灯,在车厢内设置两个卫生间和一个洗脸间。二等座车厢为一排5座,分为双人坐椅和三人坐椅,在车厢内设置两个卫生间和一个洗脸间。为了满足特殊旅客的需求,列车上设有适合残疾人的乘坐区、卫生间和轮椅无障碍通道。残疾人卫生间设有自动开关门按钮,残疾人扶手,婴儿护理台等设施。
CRH380A列车转向架研发负责人马利军说,看上去平直的铁轨实际上无法做到完全的直,会有弯曲。列车运行时会做“蛇形运动”,研发人员解决了“蛇形运动”的稳定性问题。列车以400公里的时速运行时,放在桌面上的鸡蛋不滚动,350公里时直立的香烟不倒。
CRH380A列车运行噪音很低,列车在时速300公里运行时,最终测试噪音达到61分贝。客机正常飞行时,机舱内噪音为81分贝;时速120公里的小汽车内噪音为76分贝。
据新华社报道,列车的安全性能很高,时速540公里的1公斤铝弹向京沪高铁前窗破璃撞去,只会让玻璃受损,但无法穿透,车内人员不会受到伤害;时速400公里的1公斤重飞鸟、时速400公里的20克铝弹向京沪高铁前窗破璃撞去,则不能伤及玻璃。
铁路桥梁技术创新
为最大限度节约东部地区十分宝贵的土地资源,京沪高铁全线优先采用以桥代路方式,全线共建有桥梁244座,桥梁总长度约1140km,占京沪高铁长度的86.5%。
380公里时速通过,这对桥梁的技术要求极高,据铁道部的信息,京沪高铁桥梁结构设计寿命100年。在建桥工程中,解决了许多难点技术,比如铁路桥的沉降,国外有允许20年的沉降期,但京沪高铁线路没有,即使2年都没有。此外京沪高铁的桥梁还解决了深水大跨高速桥梁的建设技术。济南黄河大桥最好的体现了这一技术。
2010年4月14日,京沪高速铁路济南黄河大桥合拢。京沪高铁黄河大桥位于山东省济南市境内,全长5143.4米,包括主桥、北引桥和南引桥。大桥主桥为四线高速铁路桥,主桥钢梁部分全长728米。这座大桥是京沪高铁重、难点控制工程之一。铁道部的信息显示,在建这座桥时,各参建单位科学组织、超前规划,针对大桥建设中遇到的各种技术难题成立了专家组,对施工方案进行了数十次专家评审、论证、研究和讨论。在施工过程中,中铁一局集团有限公司取得了黄河大桥大跨度施工栈桥设计与施工技术、水中大型钻孔施工平台设计与施工技术、水中大直径超长钻孔桩施工技术、水中及岸上超大钢板桩设计技术、超大体积承台水化热施工控制技术、钢梁架设施工技术、施工线型及合龙控制技术等10项技术创新。
通讯信号技术领先
由于京沪高铁是世界上第一条时速达到380公里的高速铁路,因此被称为高铁安全运营大脑和中枢神经的通信信号控制系统技术并无前列可循,完全靠自主创新来取得。
铁道部的信息显示,京沪高速铁路通信信号系统的设计、施工、试验、运营维护等都依靠中方力量自主完成,并采用国产化、本地化设备。而且京沪高速铁路运营调度系统的应用软件全部由国内企业自主开发,满足铁路运营调度系统安全、保密的要求;系统需要的硬件采用开放的国际标准设备或本地化生产的设备,具有充分竞争的市场环境。
在列车运行管理中,安全措施也是由科技手段保障的。比如,京沪高铁采用了当今世界最先进的无线传输控制技术,即“中国高速铁路自动控制系统”。整个操控系统都在调度指挥中心,所有程序均由电脑控制。其中,信息系统能让司机获得前方32公里的路况信息,在时速高达350公里的线路上,如果前方列车突然减速,后边列车会通过先进的无线传输控制技术在几十公里外获得指令,并自动将速度减至与前方列车相同速度,使前后列车距离保持安全间距。
铁道部信息显示,在高铁工程技术提高的同时,与之相关的新材料等产业也随之进步。时速350公里动车组牵引电机上一个瓷瓶是很好的案例。在动车制造前期,当时考虑到国内技术未达到标准,牵引电机上的这个起绝缘作用的高压端子瓷瓶,事前沟通好要从外国进口。但一些存有戒心的外方技术人员总是通知“没货”。进口不了,就自己干,最终南车株洲电机有限公司在找遍了国内相关企业后与温州一家企业联合进行国产化攻关,利用国内技术填补了这项空白。