京沪高铁高性能接触网导线。 董海伟摄

仅施工技术专利就申报了7项的大胜关大桥。

　　本报记者 涂露芳 孟为 王刘芳 刘宇鑫

　　昨天开始，京沪高铁严格按列车运行图运营，全天90对高速列车穿梭往返。

　　总长1318公里的京沪高铁，是全球最高技术标准的高铁线路，不仅标志着中国全面掌握高铁核心技术，也为世界奉献出一大批璀璨的技术创新成果。其中，深厚软土基础沉降控制、深水大跨度桥梁施工、高速列车流线型车头设计、高性能接触网导线等技术难题的攻克，成为中国高铁自主创新最美丽的结晶。

　　“豆腐”上建高铁

　　路基沉降控制国际一流

　　三年零两个月，京沪高铁整体工期刷新世界高铁建设最快纪录的同时，路基稳定性也达到国际一流标准。

　　实际上，京沪高铁穿越黄淮冲积平原和长江冲积平原的路段，沿线分布着大面积深厚软土层，淤泥质软土甚至厚达38米，相当于在“豆腐”上建高铁，路基沉降的控制难度可想而知。

　　中国铁建第四勘察设计院副总工程师郭志勇透露，京沪高铁的路基沉降控制采用世界上最严格的标准，100年的寿命期限内，一般地段沉降要小于15毫米，相邻两个桥墩的沉降差异不得超过5毫米。要达到这一苛刻要求，普通的路基处理方式根本无法满足，京沪高铁创造性地采用了以桥代路的施工方案，用深入地下的桩基础来规避沉降。

　　京沪高铁全线桥梁长度占到80%以上，坚固的桥墩下方，一行行、一列列深达数十米甚至上百米的桥桩如同地下长城确保京沪高铁的路基沉降稳定。通常，一个桥墩下方有8根桥桩支撑，在最厚的软土层路段，这些桥桩深度超过100米，穿越淤泥稳稳站立在比较坚实稳固的地层上。局部路段桥桩无法下探到稳定地层的情况下，则采取大直径高强度的摩擦桩增加与软土的摩擦力，从而降低沉降发生的概率。因此，京沪高铁有些桥墩，支撑的桩基础超过12根。

　　在攻克软土基础沉降控制难题方面，京沪高铁还采用了其他多种独辟蹊径的创新技术。如无砟轨道铺设前，路基要保证有6至18个月的放置调整期，通过高精度的沉降观测后再铺轨。虽然这一周期明显短于国外高铁铺轨前三四年的自然沉降周期，但建设者们采取了机械碾压等“人工沉降”措施，加快线下土层趋于紧密的速度。

　　“京沪高铁从铺轨到现在，路基沉降得到了有效控制，绝大部分地段沉降小于1毫米，最大不到2毫米，完全可以保证高速列车的高平顺、高稳定运行。”郭志勇表示。

　　与法国高铁采用有砟轨道不同，中国高铁采用了后期线路养护成本很低的无砟轨道。但面对路基沉降，有砟轨道可以直接填碎石修补，京沪高铁又该如何应对？

　　郭志勇介绍，京沪高铁在沉降发生概率相对高的区段，预设了桥梁与桥墩之间的可调支座，调节范围能达到几十毫米；同时轨道板与钢轨之间，还有三层减震设施：塑料垫片、弹性垫板、钢垫板，一旦监测发现路基下沉，这些减震设施的调节可以实现对路基沉降的补偿，调节范围是5毫米左右。

　　跨越天堑的彩虹

　　大胜关大桥成世界地标

　　美国Discovery探索频道采访报道京沪高铁南京大胜关长江大桥时称，这是地球上的地标工程；世界桥协主席、日本的伊藤学教授赞叹，这座大桥的建筑技术毫无疑问代表了世界最高水平，中国正由桥梁大国走向桥梁强国。

　　广受赞誉的京沪高铁南京大胜关长江大桥，是世界上设计荷载最大的高速铁路桥，被铁道部列为“京沪高速铁路全线技术含量最高，施工难度最大的关键控制工程”。这座大桥也是全球首座六线铁路桥，京沪高铁双线、沪汉蓉铁路双线和南京地铁双线都将从桥上通过。

　　江中围堰，是大胜关长江大桥开工伊始最大的难题，重达6000多吨的6号和8号墩钢围堰在深达51米的长江上定位并非易事。中铁大桥局大胜关桥项目经理文武松介绍，长江有短暂的枯水期，如果不能按时完成既定施工目标，工期将因此滞后一个水文年。更为严重的是，如此庞大的钢围堰就像一颗炸弹威胁着长江航道的安全，随时会出现“桥毁人亡”的局面。经过深思熟虑，大胜关大桥在长江上打基础首次使用高桩承台的方案，仅仅一年就高质量完成了水中墩全部钻孔桩基础施工，创造了长江中下游多项桥梁快速施工的新纪录。

　　全长约9.3公里的大胜关桥，为了确保桥下万吨级船舶顺利通过，通航净空要达到32米，江中建有11个桥墩将大桥高高举起，其中主跨达到惊人的336米，成为不折不扣的“世界第一跨”。

　　78岁高龄的万方老人，被称为“中国现代桥梁发展的见证者”，曾主持参与多座长江大桥的建设。他回忆，当时修建老南京桥时，由于钢材强度低，钢梁拼装采用铆钉铆合，这种铆合技术为施工带来很多麻烦，一个节间有好几千个眼孔，铆钉烧红至1000度后工人用钳子抛出，另一边的工人接住后将铆钉钉入孔中。“如今大胜关大桥使用高强度螺栓施拧技术，大大提高了工作效率，几秒钟就可以完成一个。”

　　据透露，大胜关大桥仅施工技术专利，就申报了7项，艰苦摸索形成的深水大跨度桥梁技术已成为中国高铁技术标准体系的重要组成部分。

　　仿生“火箭”车头

　　人均百公里耗电3.64度

　　“火车跑得快，全靠车头带。”在京沪高铁项目破解的众多技术难关中，CRH380A那酷似火箭的别致车头，绝对是亮点中的亮点。

　　在380A之前，中国南车四方股份公司已先后攻克时速200公里和时速300公里的高速动车车头，但当京沪高铁再次将时速极限提高到380公里，研发团队面临的挑战已经对标飞机设计了。“车速越高，行驶阻力越大，空气动力在阻力中所占的比重也越高。”380A车头设计团队司机室组负责人杜健说，当时速达到380公里时，车头遭遇的阻力将有90%来自气动阻力，轮轨阻力则下降到10%左右。因而高铁的每一次提速，都意味着一个更强大的车头将横空出世。

　　这应该是一个什么样的车头呢？马、羚羊、豹子、苍鹰、蛇、火箭、鲨鱼……地球上速度最快的东西，全都成为灵感的来源。“380A的车头，一定跟这些跑得最快的东西有最多的相似点。”杜健说，从这种仿生学的设计思想出发，又经过32个设计变量和200多次的模型优化，形成了20个车头设计方案。

　　对这些方案进行估评筛选，同样是一项浩大的工程。每个方案都要在计算机上进行17项、75次三维仿真分析，从动力学、空气动力学、牵引制动、振动、噪声、结构可靠性等方面分析其优劣。经过综合比选，10个方案进入第二轮，经过优化改稿，在第二轮筛选中，10个方案剩下了5个。

　　进入最后角逐的5个车头，每个备选头型均按1比8的比例做成模型，送到中国空气动力发展研究中心去做风洞试验。此前在这里进出的都是航空航天领域的科学家，到这里来验证火车技术，380A是头一个。中国空气动力发展研究中心远在成都，中国南车四方股份公司位于青岛，在风洞实验开始后，南车四方股份的技术人员便开始轮番奔袭成都，由于国内的大规模风洞只此一家，一大堆技术实验在排队候场，为节约时间，技术人员在风洞里24小时连轴转。

　　所有的试验数据加起来，有5243万兆。这是一个什么概念？如果要用2G的U盘把这些数据存储下来，需要用掉2.56万个U盘。杜健说，仅她的小组掌握的参数资料打印出来就有1米多高。在大批技术精英夜以继日的完善下，“火箭”车头从无到有，从模糊到清晰，从蓝图变为现实。

　　它不仅拥有全球最快的速度，阻力更比时速200公里和300公里的前两代车头降低了15.4%，且尾部升力几近于零，在技术上实现了全面的超越。测试数据显示，阻力下降后的380A列车，以300公里时速运行时，旅客人均每百公里能耗仅3.64度电，相当于飞机的十分之一。

　　“中国导线”

　　经受486.1公里时速考验

　　世界高速铁路，无一例外都是电气化铁路，即接触网送电，列车受电弓取电，推动列车高速前进。

　　“当时速接近300公里，接触网就成为列车能否持续高速奔跑的关键因素。受电弓以每秒近100米的惊人速度刷过接触网，只有线路高度平顺，且导电性能绝佳，列车才能持续获得强大动力，受电过程哪怕有一刹那中断，列车速度就会立马下降。”中铁电气化局技术专家说。

　　享受京沪高铁快捷舒适的旅客，可能很难注意到轨道上方5.3米处紧绷的接触网导线，这是高铁牵引供电体系的关键所在。每段平均长度1.4至1.6公里的接触网导线，架设过程中水平精度误差允许在0.1毫米以下，而京沪高铁的实际精度达到了0.03至0.05毫米的世界领先水平，确保了列车受电的平顺性、连续性。

　　这些导线可不是普通的电线，因为高铁系统对接触网导线性能有着极高要求，一是要有足够的强度，二是要有很高的导电率。但在金属材料学中，强度和导电率恰恰是一对矛盾——强度越高，导电性越差；导电性越高，强度越差。寻找高强高导接触网导线，被业界视为摘取高铁牵引供电核心技术“皇冠上的明珠”。

　　经过广泛搜寻，铁路部门发现，20世纪80年代日本研制出一种新型导线，能满足高强度高导电性的要求。2006年初，在进行客运专线技术谈判时，铁道部谈判专家组向日本有关方面表示，希望引进这项技术，但日方专家最后以“技术还不成熟”为由，拒绝了中方要求。中国高铁前景，再一次遭遇受制于人的瓶颈。

　　2008年，自主研发高强高导接触网导线，成为铁道部与科技部联合支撑的重大科技攻关课题。

　　“外国进行技术封锁，我们就自己干！一定要占领这一领域的制高点！”中铁电气化局决策层下定决心，系统集成事业部总经理董安平率领团队开始探寻自主创新之路。一个偶然的机会，他们获悉浙江大学金属材料研究所所长、博士生导师孟亮教授曾为中国航天器研制过一种高强高导的合金新材料。如获至宝的中铁电气化局设计院总工程师王立天立即飞往浙江，在孟教授实验室内找到了一小块样品。那一刻，踏破铁鞋的他禁不住热泪奔涌……

　　十几天后，产学研一体的合资公司“北京赛尔克瑞特电工有限公司”在京成立，开始摸索从实验室小段样品到规模化批量生产的设备和工艺。经过无数次失败，无数次调整改进，第一批合格的铜铬锆合金高强高导接触线、超高强度铜镁合金接触线终于从中国人手中诞生，综合性能全面超越国际上锡铜和镁铜接触导线，甚至达到和超过国际领先水平的日本PHC接触导线。

　　2009年4月，原始创新、自主研发的高强高导接触网导线通过国家专利受理申请。去年年底，“中国导线”又在京沪高铁试验段经受了动车组列车以486.1公里最高时速试验运行的考验。SourcePh" style="display:none">