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【中國中鐵】開啟智能高鐵先河——中國中鐵參建京張高鐵紀實

2020年01月09日    來源: 綜合     點擊量:

  2019年12月30日, 沿老京張鐵路之側,世界上第一條設計時速350公里的有砟軌道高速鐵路及高寒、 大風沙高速鐵路—新建京張鐵路 (京張高鐵) 通車運營, 開啟了世界智能高鐵的先河。

  這是跨越百年的約定。同樣的起點和終點, 曾經這里開行的第一列火車的轟鳴, 成為危難中的中華民族在屈辱中發出的一聲揚眉吐氣的吶喊; 而今這里建成的全球第一條智能化高鐵, 豎起了民族復興、 交通強國的又一座豐碑。

  作為主力軍, 建設這條承載著中國人復興夢想、 強國情懷高速鐵路的, 正是中國中鐵旗下中鐵設計、 三局、 四局、 五局、 六局、 七局、大橋局、 隧道局、 電氣化局、 建工以及中鐵工業旗下山橋、 寶橋、 科工等企業。

智慧設計,“謀劃了中國高鐵的又一次飛躍”

  中國鐵路的開拓者詹天佑, 當年用智慧解決了高落差地勢導致火車爬坡難的問題,讓京張鐵路的 “人” 字形設計舉世聞名。現今, 勘察設計京張高鐵的中鐵設計, 將智慧設計發揚光大, 用行動詮釋了 “智能京張, 設計先行” 。

  老京張的 “人” 字形鐵路及其青龍橋車站位于山坳, 兩側均為險要高山。“如果新京張隧道的埋深過淺, 將會在青龍橋這里露出地面, 形成高架橋, 這樣就破壞了文物景觀。 ” 中鐵設計京張高鐵八達嶺長城站設計師呂剛介紹, 新京張最終以埋在地下的方式經過 “人”字形鐵路。為了保證高鐵在地下順利通行,在八達嶺群山下, 要開挖一個最寬處達32.7米的超大跨度隧道, 由于埋深過大, 這個超大跨度隧道的支撐難度是世界級的。“按照傳統理論, 承載巖石的材料厚度要有2.4米, 這意味著實際跨度再次增加。而最終我們的設計, 巖壁承載厚度只有0.6米。 ” 原來, 項目團隊從充氣城堡得到啟發,“空氣并不能承重, 但把空氣包起來, 變成城堡, 就能承重了。巖石也一樣, 雖然并不能承重, 但這些0.6米厚的材料將巖石包起來, 就能讓巖石承擔重量。 ”

  在京張高鐵, 中鐵設計創下多個全國及世界首次設計: 首創并行雙洞立體多分支斜井形式, 開辟了多工作面協同作業, 有效滿足了環保和工期要求; 首創構建基于巖石自承載拱結構的多層次預應力立體錨網肋主動支護巖殼結構體系, 實現復雜圍巖條件下超大跨隧道設計技術的全面突破; 首創高鐵地下車站疊層進出站通道形式, 實現進出站客流完全分離和進出站口均衡布置; 首創高鐵地下深埋車站環形立體救援廊道, 具備了在緊急情況下快速無死角救援的條件; 首創鐵路領域構建目標年限達300年的長壽命支護結構體系, 實現地下工程超長設計年限的突破……

  智能高鐵的 “亮點” , 還在于列車運行的全自動駕駛設計。列車的自動駕駛系統基本和地鐵一樣, 不同的是速度。與地鐵相比, 高鐵的速度更快、 線路更網絡化、 運行環境更復雜。2018年6月至9月, 自動駕駛設備通過所有風險測試, 京張高鐵實現了有人值守的無人駕駛。

  “這是世界首次, 在350公里的時速下模擬一個最好的司機, 用算法開出的一條安全、 節能、 高效的列車。 ” 中鐵設計京張高鐵信號設計負責人王東方說。

  “我們是站在中國鐵路、 裝備制造、 綜合國力飛速發展的 ‘肩膀’ 上, 謀劃了中國高鐵的又一次飛躍。 ” 中鐵設計京張高鐵總體設計負責人王洪雨說,“創新、 技術、 人才, 鍛造了今日的京張高鐵; 信息化、 自動化、 智能化帶來了全球化視“, 把中國高鐵建設發展事業推到了世界前列。 ”

智能施工,“實現了很多以前做不到的事”

  “從前鐵路建設只能人拉肩扛, 后來向大型工程設備要效率, 如今是靠智能化過 ‘五關斬六將’ 。 ” 中鐵建工京張高鐵清河站項目部黨支部書記韓方超說出了我國現代建筑施工手段的巨大進步。

  京張高鐵正線雖然只有174公里, 但沿線新聞長鏡頭卻是既經過繁華的鬧市區, 也經過綿延山地。而從張家口市下花園站向東北分出, 通向崇禮站的52公里長的崇禮支線沿線, 更是80%為山區。這里的巖體極其破碎、 涌水量大, 施工特別困難。中鐵隧道局承建的正盤臺隧道和中鐵四局承建的太子城隧道就位于這片崇山峻嶺中。

  正盤臺隧道全長12。97公里, 單洞雙線,是京張高鐵第一長隧、 極高風險隧道, 全線控制性工程。項目總工許金介紹, 在涌水期間,隧道日均水量達 14 萬立方米, 累計涌水量6000萬立方米, 相當于5個西湖的水量。由于涌水, 隧道正洞10個工作面曾停工6個。“每天全身濕透, 沒有一點干的地方, 一天進度只有一兩米, 這是我打隧道 10 年來最難的一座。 ” 工人孔令華回憶當時的施工情形, 依然覺得能感受到當時的巨大壓力。公司一方面增加掘進作業面、 作業人員; 另一方面投資3億多元, 配備了9條機械化作業生產線, 實現全機械化配套施工。一時間, 除盾構機外, 這里匯聚了幾乎全部的世界一流隧道施工裝備。超前地質鉆機長長的 “鼻子” 穿透巖壁,精準探明前方十幾米處圍巖和含水情況; 自動智能蒸養臺車不僅對混凝土進行蒸汽養護, 而且自動生成溫度曲線、 報表, 自動控制溫度、 濕度, 提升混凝土強度…… “精兵強將+全機械化+智能建造” , 顯著提升了隧道施工效率, 隧道掘進提升到日均40米。

  中鐵電氣化局在京張高鐵 “四電” 工程施工中,將智能物聯網、 智能化預配平臺、 智能調度指揮平臺等智能化技術與施工生產深度結合。智能物聯網實現了物資從計劃、 采購、 入庫驗收、 據單發料、安裝記錄全方位閉環管理。智能化預配平臺預配一組腕臂耗時不到5分鐘, 極大提高了效率。

  中鐵建工承建的清河站是京張高鐵規模最大車站, 面積13.83萬平方米, 位于北京鬧市區, 東鄰居民樓、 西臨北京地鐵13號線, 施工只能在長670米、 寬146米的狹窄區域里展開。他們首次在國內站房建設領域提出基于模塊化平臺集中的概念, 創新運用工程管理平臺。“現場管理” 就是五大子平臺之一, 嵌入了視頻監控、 群塔 (吊) 防碰撞、 基坑監測、 沉降觀測、 周邊監測等12重 “防火墻” 。智能設備的互聯互通、 數據實時掌控等多樣化功能, 讓智能技術的協同作戰成為現實, 提高了效率, 保證了施工安全。塔吊司機能手杜明鋒說, 在距地鐵13號線只有5.7米的工程基坑中進行作業, 是他工作以來最提心吊膽的一次, 但是智能化讓他有了信心,“靠著群塔防碰撞和周邊監測系統, 塔吊吊臂在越界之前, 我就會在駕駛室內收到預警。 ”

  清河站老站房是首都市民關注的百年文物,為了保護, 需要挪動位置, 進行整體平移施工。在北京國企開放日, 眾多市民聽取中鐵建工工程師關于老站房保護和平移過程中智能技術應用的介紹后, 市民王先生說:“終于放下心來, 技術水平的日新月異, 實現了很多以前做不到的事。 ”

精益求精,“打造對得起歷史的精品工程”

  京張鐵路歷經百年多風雨, 如今仍在安全運營, 是真正的百年工程。面對先輩的不朽之作, 中國中鐵建設者心懷崇敬, 進場就開始強調質量至上。“我們要傳承百年京張精神, 就要用精益求精的態度打造對得起歷史的精品工程。 ” 中鐵七局西安公司京張高鐵項目經理戚家華說道。

  中鐵工業旗下中鐵山橋可謂是國內唯一新老京張鐵路均參與建設的企業。百余年前, 他們制造了老京張上的全部鋼橋。在新京張上, 他們制造了官廳水庫特大橋鋼桁梁。當年揮汗如雨打鉚釘的場景早已成為歷史, 在官廳水庫特大橋建設中, 中鐵山橋創建并應用了中國首個橋梁產品全生命周期服務云平臺 (簡稱IBIM系統) , 采用了智能機器人焊接, 以科技手段有效地保證了焊接質量, 這已代表了當今世界橋梁制造的最高水平。火焰修整是智能機器人焊接完成后的下一道工序, 火焰修整工也被稱為 “鋼結構的整形師” 。手握燎槍修整鋼結構桿件, 需要長時間保持一個姿勢, 這需要極大的耐心和毅力。官廳水庫特大橋整體節點焊縫為熔透焊縫, 具有焊接后變形較大、 焊接拼裝部位多等特點。山橋火焰修整工陳云林認真分析了每條焊縫引起變形的原因, 研究出修整各種變形的有效方法。從點修整開始, 再到線上、 最后到面上的修整, 陳云林經常一站就是連續好幾個小時, 最終將誤差縮小到0.3毫米內。

  北京北動車所鋼結構焊接總量達2100余噸,焊縫總長1936米, 一次驗收合格率達100%。這個動車所由中鐵七局承建。按照京張高鐵 “精品工程、 精心設計、 精心組織、 精心施工” 的要求, 項目部圍繞 “精” 字做文章, 運用自主研發的鋼筋智能優化下料系統與硬件設備無縫對接, 實現了鋼筋智能加工, 大幅度提高了鋼筋加工質量和效率, 推動了建筑業10項新技術中 “建筑用成型鋼筋制品加工及配送技術” 的又一次進步。六線檢查庫梯形鋼屋架跨度達51米, 規模在全國同類型檢查庫中罕見。針對鋼屋架跨度大的施工難題, 項目部經過研究, 采用了陶瓷襯墊和優化坡口形式省略掉碳弧氣刨工序的技術, 有效提升了焊接效果。

  2018年7月20日, 中泰鐵路合作項目泰國考察團到京張高鐵南口特大橋參觀學習, 對中鐵六局北京鐵建施工的南口特大橋 “精品” 程度贊嘆不已。中鐵六局項目部認為,“對的分寸, 才是巧的真諦” 。在橋面系施工中, 為了克服傳統模板對擋砟墻、 AB墻外觀效果的影響, 項目部不斷優化 “模板加固” 工藝, 尋找最 “巧” 分寸: 通過調整模板尺寸、 增加邊緣卡具進行加固, 只留置一排對拉螺栓。施工完成后的擋砟墻、 AB墻, 表面整潔、 平整度優良。同時, 項目部經過不懈技術攻關, 研制成功 “伸縮縫分離式鋼模板” , 保證了伸縮縫整齊、 美觀且容易拆卸。

  在北京市區, 中鐵電氣化局為京張高鐵建起了總長2.43公里的國內首個混凝土框架結構 “地面隧道” 式聲屏障。現澆混凝土結構不會受到紫外線、 酸性腐蝕等環境影響, 使用壽命長, 并且免維護, 不僅區別于一般鋼結構聲屏障外表層鍍鋅防腐壽命不超過20年, 而且降低造價30%。在崇禮支線, 他們首次應用的接觸網簡統化裝置, 提升了構件可靠性和使用壽命, 成為國內類似施工的新標準。他們還首次將牽引供電主變壓器設備從室外搬進了室內, 提升了設備供電穩定性。

  一代人有一代人的長征, 一代人有一代人的擔當。“詹天佑的時代, 面臨的首要問題是能不能把鐵路修成; 而我們的時代, 面臨的是能不能把鐵路修好。 ” 長城站設計師呂剛說。而飛馳的列車,已經向世人展現了京張高鐵正是一條精品之路。

綠色典范,“這水一直都這么清亮”

  “用繡花的細致來建橋” ,中鐵大橋局官廳水庫特大橋建設者們說的這句話, 不僅說的是質量精細化, 更多的是指實現環保施工要求。“綠色、 共享、 開放、 廉潔” , 是黨和國家對冬奧舉辦的重要指示。在冬奧配套工程京張高鐵建設中, 中國中鐵建設者始終突出鐵路工程與生態環境和諧的理念, 建設綠色典范工程。

  官廳水庫特大橋是京張高鐵的控制性工程,全長9.08公里。工程量龐大, 僅基礎部分, 全橋樁基就有2505根, 合計超過13.4萬延米, 挖出來的鉆渣規模接近一座上海金茂大廈的混凝土澆筑量。如此規模的工程, 恰在北京的備用水源地。2016年3月, 中鐵大橋局一進場, 項目經理吳克強就召集生產調度會, 研究出一套被員工稱為 “從腳后跟武裝到牙齒” 的綠色施工方案。要搭建施工棧橋和平臺,“過去在江河湖海里施工, 搭臺子就是用普通的鋼管, 畢竟就算有點腐蝕外溢, 也不是個大事兒。這次我們首次引入了環保涂料, 注重每一個細節的環保。 ” 一工區工程部部長陶正國介紹,搭建1302米的施工棧橋和平臺的時候, 鋼管樁全部涂上橙色的環保防腐油漆, 防止鋼管在水中產生銹蝕,“僅這一項就涂了225桶。”鉆孔先立鋼護筒,如同為水下施工筑起了一座10層樓高、密不透風的鋼鐵圍墻,使鉆孔、打樁的廢水廢渣不會泄漏到水庫里。為減少在水面上的施工,更好地保  護水庫水質, 大橋鋼梁安裝采用 “預拼裝+頂推” 的施工方法, 即所有鋼梁都在岸上拼裝好, 再利用千斤頂將組裝好的橘紅色鋼結構一塊塊推到橋墩上固定。當地水務局每個月都會派監測人員進行多次現場檢測, 并出具報告。“人家不提前打招呼, 但施工久了, 工人們都能認出他們的監測小船。 ” 施工期間, 項目部真正做到了環保 “零” 投訴。

  “別看這么大個橋, 這水一點兒也沒受影響, 一直都這么清亮。 ” 河北省懷來縣狼山鄉四營村村民李紅英的家, 就在水庫旁邊, 她說,“出了項目部, 就是我們村的地, 可沒見著啥垃圾, 都是文明人兒。 ”

  八達嶺長城站和八達嶺隧道, 由中鐵五局承建。長城站埋深102米, 位于長城腳下, 地下建筑面積達到3。98萬平方米, 是目前世界最大的暗挖高鐵地下車站; 八達嶺隧道全長12。01公里, 一次并行水關長城、 兩次下穿八達嶺長城、 一處淺埋下穿老京張青龍橋車站。工程位于八達嶺核心風景區, 重要的是要避免施工對景區生態環境和長城古建筑造成破壞。項目部采取了精準微損傷控制爆破技術, 作業震動速度降到每秒1。6毫米, 每次爆破震動相當于人在長城上跺了一腳。在青龍橋下方的隧道施工中, 由于最小埋深僅4米, 任何爆破都可能使地表沉降造成青龍橋車站損傷,“這里都是采取人工開鑿、 機械推進的方式挖出來的, 最大限度保護了百年老車站不受地下施工的擾動。 ”該段隧道施工作業隊隊長王建東說。

傳承精神,“為祖國交出優質鐵路”

  百年前, 京張鐵路打破了中國人不能自建鐵路的斷言, 也誕生了以 “愛國、 奉獻、 創新、 克難” 為主要內容的 “天佑精神” , 并歷久彌新, 鼓舞了中國中鐵參建京張高鐵的員工攻堅克難、 拼搏奉獻, 書寫了一曲曲動人的傳承之歌。

  在中鐵六局北京鐵建京張鐵路項目部流傳著“帳篷經理” 李龐的故事。北京鐵建承擔昌平北站站改施工任務, 工程量大、 工期緊張, 李龐立下 “軍令狀” ,“不講條件、 不管理由、 不談客觀、 不折不扣, 以如期開通為首要任務! ” 為了給大伙兒 “定心” , 他帶著一頂帳篷, 把 “家” 直接安在工地, 吃住都在帳篷里。一旦遇到新情況, 這個臨時的 “家”就立刻變成 “戰時指揮部” , 他的 “全天候工作模式” 隨即開啟: 白天在線路上盯控安全質量, 晚上根據當日工作完成情況調整施工……在一次要點施工的時候, 李龐發著高燒, 頂風冒雨指揮, 連續工作48個小時, 直到要點結束。他說:“要點順利完成, 列車平穩通過撥接口, 這就是最好的 ‘退燒藥’ 。 ” 一頂小小的帳篷, 不僅是李龐的 “移動辦公室” , 也成為一面飄揚的精神 “旗幟” 。項目部有關部門負責人也像李龐一樣, 生活在工地、 服務在工地, 不喊苦、 不說累, 打贏了一場場突擊戰: 僅用9天, 建成1孔12米涵洞……京張公司總經理余澤西盛贊,“中鐵六局完成了不可能完成的任務, 李龐帶出了一支敢打硬仗的隊伍! ”

  探傷工被稱為 “鋼軌醫生” 。中鐵三局京張高鐵項目部探傷工高級技師薛建峰就承擔著消除鋼軌焊縫質量隱患的重任。他的日常工作需要每天背著重達十多斤的工具包, 長時間沿著軌道步行。探傷時, 要以半蹲姿勢進行, 他常常一天要彎腰上千次。一天下來, 往往腰酸背痛, 身體無法挺直, 膝蓋疼痛難忍。為了檢查焊頭, 準確判定傷損性質, 他需要徒手觸摸鋼軌焊縫表面, 即使先用砂紙擦過, 焊縫表面也總會殘留很多碎渣。每次探傷結束, 他的手上總是扎著許多細鐵刺。這種鐵刺脆弱易斷, 時間一長, 有些斷落的就長在肉里,用手去抓握物品時就會很疼。“焊軌作為高鐵和地鐵軌道工程的最后一道工序, 是承載著千萬人生命安全的最后一道防線, 責任重于泰山。我是共產黨員, 就應該不忘初心, 忠于職守, 忠誠崗位, 專注于每一段波形, 分析好每一處傷損, 為祖國交出一條條優質鐵路! ” 薛建峰說。

  “在青龍橋車站詹天佑雕像的腳下修高鐵, 我每天都有一種神圣感, 感覺100多年前鐵路先驅的目光時刻在注視著我們, 督促著我們把工程干好! ” 中鐵五局副總經理、 京張項目經理陳彬感慨地說。兩條京張線, 一樣報國情。這場跨越時空的對話, 見證了百年來中國的滄桑巨變, 見證了中華民族從站起來、 富起來到強起來的偉大飛躍。傳承 “天佑精神” 的一代又一代鐵路建設者, 光榮而又自豪: 2019年底, 中國高鐵運營里程達3.5萬公里, 高居世界第一。夏天 孫威 鐘和

                           (集團公司黨委宣傳部編發)

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