兰新高铁中国“智”造:总设计师带你走进不一样的兰新高铁
兰新高铁有哪些鲜为人知或尚不为人所知的特点？又在哪些方面体现了中国“智”造的技术水平？记者专程采访了兰新高铁总设计师、中铁第一勘察设计院集团教授级高工王正邦。
今日，中国三条重要高铁干线--兰新高铁、贵广铁路和南广铁路将开通运营。其中，兰州至乌鲁木齐首趟动车的发动，标志着中国首条高原高铁全线“起航”，“6小时进青出甘入疆”将成为现实。
随着开通前后各种媒体的集中报道，其“世界一次性建成里程最长的高速铁路”“全球第一条修建在高原地区的高速铁路”“全球第一条通过大风地区的高速铁路”以及“中国西部地区建成通车的第一条高速铁路”等概念逐渐为普通公众所了解，兰新高铁也迅速成为岁末年初举国关注的新闻热点之一。
鲜为人知的是，作为一条长达1776公里的大干线，兰新高铁沿途所经地区包含了高原、高山、黄土、戈壁、沙漠、绿洲、湿地以及干旱、大风、极寒等各种地质类型和极端气候。基本上除软土和西南地区常见的喀斯特岩溶地貌外，其他工程地质难题在兰新高铁都能遇到，其综合修建技术难度在国内高铁独占鳌头，堪称中国最复杂、最具挑战性的高铁，也最能代表中国高铁的综合技术水平。
兰新高铁有哪些鲜为人知或尚不为人所知的特点？又在哪些方面体现了中国“智”造的技术水平？记者专程采访了兰新高铁总设计师、中铁第一勘察设计院集团教授级高工王正邦。
牛！中国高铁“一半路基在兰新”
众所周知，高速铁路对轨道的平顺性有着近乎苛刻的要求，而路基工程因为结构相对松散、易沉降变形等自然特性，其稳定性要远远低于桥梁、隧道等刚性结构，这也是目前国内高铁大范围采用桥梁和隧道结构的重要原因之一。而长达1776公里的兰新高铁，沿线所经地区大多为荒漠、戈壁，从工程的经济性和合理性考虑，采用造价相对低廉的路基工程应为首选方案。
这给设计和建设者提出了严峻的挑战。为此，铁一院进行了大量前期科研和试验，选择确立了最科学合理的路基高度和结构形式，在设计建设中采用加强填方、减少挖方，以疏为主以堵为辅的防排水加强措施和先期施工、自然沉降等一系列综合手段；针对沿线极端寒冷和昼夜温差大的特点，选用防冻性较好的路基填料，并在施工中严格控制，保证了路基填筑的高密实度。经过连续三年的观测，已建成路基的最大沉降值仅为8毫米，从而将路基的沉降率牢牢地控制在15毫米的许可范围内，确保了将来的安全运营。
据王正邦介绍，兰新高铁的路基工程占全线总长度的66.8%以上，主要集中在祁连山以西至乌鲁木齐以东的河西走廊地区，全长接近1200公里，相当于目前中国已建成高铁的路基总长度！
得益于大量采用了路基工程，兰新高铁的每公里造价仅为7000万元左右，而国内已建成高铁的每公里造价基本上都在亿元以上，沿海及经济发达地区的平均造价更是达到每公里近1.4亿元。
“敢于在高铁建设中大范围采用路基工程，一方面体现了设计、建设者的底气和自信，另一方面也反映出中国的高铁技术取得了全面的进步。”这是所有参加过兰新高铁设计、施工的建设者共同的心声。
奇！“内服外敷” 解决干旱难题
兰新高铁全线采用无砟轨道铺设，承载轨道的整体道床板为大面积现浇混凝土结构，在施工过程中需要通过定期洒水进行养护。而兰新高铁经过的很多地段都是干旱大风环境，其穿越戈壁地段超过线路总长的50%，年均降雨量小于100毫米，中心地带甚至不足50毫米，如果采用传统的覆盖洒水养护方式，在施工过程中水分蒸发的速度要远远大于洒水的速度，很容易造成混凝土一直处于干湿循环状态，恶化了混凝土质量，有可能形成大量的收缩裂缝，会对工程质量和后期的运营安全造成严重影响。
为此，铁一院专门针对大风干旱环境提出了“内服外敷”的解决办法。“内服”即预先在混凝土内部掺入塑性阶段表面保水、硬化阶段内部补水的内养护材料；“外敷”则是指混凝土收面完成后立即在道床板表面喷涂保水率不小于85%的外养护材料。通过“内外兼治”，起到了很好的保湿作用，从而有效防止了混凝土的水分蒸发，满足了高铁施工严格的质量要求。
巧！“化整为零”避免道床开裂
兰新高铁沿线的昼夜温差非常大，极端情况下可以达到80摄氏度，如果采用常规的连续道床板结构，在强烈的热胀冷缩作用下，极易发生温度裂缝且裂缝的宽度难以控制，同时隧道洞口段还易受雨水侵袭而影响混凝土的耐久性。
为从根本上解决无砟轨道的开裂问题，铁一院创造性地将整体道床“化整为零”，在路基地段设计采用19.5米长度的双块式单元无砟轨道结构，每隔19.5米设置一道横向伸缩缝、每3.9米设置一道横向假缝，并通过支承层设置纵向锯齿形的凹槽，在道床板的伸缩缝设置传力杆装置，实现了道床变形的调节和控制；在隧道段，则采用6.5米的单元双块式无砟轨道结构，每隔6.5米设置一道横向伸缩缝，并通过在道床板与隧道仰拱间设置连接钢筋等措施，有效避免了连续式道床板温度裂缝的产生，提高了道床板混凝土的可靠和耐久性。
妙！“穿衣盖被”确保隧道畅通
兰新高铁全线共有隧道64座，总长185.15公里，其中50座隧道集中在甘肃和青海境内，总长166.197公里，占全线隧道的92%。
全线最长的隧道是位于青海西宁市大通县和海北州门源县的大坂山隧道，全长15.918公里；最高的隧道是大梁隧道，轨面标高海拔3607米；最著名的隧道是祁连山隧道，全长9490米，与大梁隧道仅一沟之隔，遥遥相望。
这些隧道共同的特点就是都位于极度严寒地区，夜间最低温度往往达到零下40多度。而且祁连山区地下水极其丰富，隧道先后通过十几条大的断裂带，地质构造复杂、新构造运动强烈，褶皱、断裂极度发育，岩石极其破碎，隧道开挖后经常会遇到突然涌水，祁连山隧道的最大涌水量甚至达到了每天10万方。更雪上加霜的是，高铁隧道的开挖断面往往达到160平方米，远远超过一般铁路隧道的50~60平方米，直接表现为极高的地应力。刚刚开挖成型的隧道在强大的压力下会迅速变小，常规支护的钢架和仰拱会扭曲、隆起，甚至连钢筋混凝土衬砌都会被挤爆、开裂。
冰冻、涌水、高地应力，这些世界级的工程建设难题，成为隧道建设中必须首先解决的“拦路虎”。
借鉴青藏铁路的成功经验，铁一院在高寒隧道的建设中沿袭了“保温”的设计思想，并在此基础上再增加一层衬砌，形成了双层保温衬砌结构，铁一院隧道设计负责人田鹏将其形象地称之为“穿棉袄”；针对隧道开挖后岩石松动造成的涌水尤其是洞口渗水形成的冻结带，则用“盖被子”的方式，设计采用压浆法施工，在衬砌内部紧贴岩石注入一层水泥浆，以最大程度地封闭岩石缝隙，避免流水的侵蚀；为了解决地应力大变形问题，设计采用分步开挖、临时支护以及增设钢支撑加固“钢腰带”等方法，有效地解决了这一施工难题。
同时，在隧道正下方和侧下方增设防寒泄水洞，利用隧道的自然落差将涌水排出洞外，在洞口设置保温出水口，以通畅的排水确保了隧道的畅通。
强！“明挡暗钻”通过四大风区
兰新高铁新疆段穿越举世闻名的内陆四大戈壁风区，总长度达462.4公里，占此段线路总长的65.1%，且大风频发、风速极高，部分区段年均大于8级大风的天气达到208天，最大时速60米/秒，相当于17级大风，对高铁设施和行车安全已造成严重危害。
为确保运营安全，铁一院在高铁路基的迎风侧设置了高度3.5～4米的挡风墙，并根据不同区域的风力、风向、频率、地形及线路条件，因地制宜地设计了悬臂式、扶臂式、柱板式等多种结构形式的钢筋混凝土挡风墙，其中仅新疆境内的路基挡风墙总长度就达到345公里。
针对大风区的124座桥梁，分别设计了T形、箱形、槽型桥梁结构和总长达95公里的挡风屏，根据风力大小，由不同尺寸的H型钢柱和开孔波形钢板组成，固定在桥梁的两侧或一侧。在大风频繁、风力最为强劲的百里风区，更是采用结构受力和防风结构相结合的槽形梁形式，这也是该结构在高铁的首次应用。
在百里风区的核心地带，还设计建成了长达1.2公里的防风明洞，相当于在路基上拼装了一座完整的“地上隧道”，迎风一侧为实体墙，背风一侧留有通风和照明窗口，有效确保了高速列车的运行安全。
兰新高铁的防风工程建设规模在世界高速铁路中位居首位，防风工程技术的运用在高速铁路建设中尚属首次。通过路基挡风墙、桥梁挡风屏、防风明洞等三类主要防风结构和沿线的隧道、渡槽明洞及深路堑等兼顾防风工程，兰新高铁实现了“明挡”和“暗钻”的结合，将大风的影响降低到最低程度，将每年因大风限速的时间从既有兰新铁路的60天大幅度缩减至10天以内。
好！“最亲民”的中国高铁
兰新高铁先后穿越甘肃、青海和新疆维吾尔自治区三个省区，其中甘肃境内全长799公里、青海境内267公里、新疆境内709.9公里，途经青海省民和、乐都、平安、大通、门源各县，穿越祁连山进入甘肃省河西走廊，经民乐、张掖、临泽、酒泉、嘉峪关、玉门等县市以及新疆自治区的哈密、鄯善、吐鲁番，将兰州、西宁和乌鲁木齐三个西部最重要的省会城市连为一体，全线共设37座车站（不含兰州西和乌鲁木齐新客站）。
不同于国内高铁车站往往远离市区、旨在带动城市新区建设和发展的常见思路，兰新高铁在车站位置的选择上有意识地向人口密集城区靠拢，以方便广大群众的日常出行。
作为新建设的大型铁路客运枢纽，兰州西站位于城市中心繁华地带，并通过多层次立体化的交通衔接，将高铁、城市轨道交通和常规的公交、出租车、长途客运及社会车辆高效地整合在一起，形成了快速便捷的大型城市综合交通枢纽。西宁站则直接接入位于市中心的现有西宁火车站，并进行现代化改扩建，以满足高铁运营和人民群众日益增长的出行需求。
既有兰新铁路的吐鲁番、鄯善车站都远离市区，其中吐鲁番车站距离市区49公里、鄯善车站距离市区39公里。兰新高铁在设置新的站位时，为旅客出行方便，将新设的吐鲁番北、鄯善北车站位置选择在距离市区3公里的地方，同时将吐鲁番北站与吐鲁番机场平行临靠，实现了航空旅客与铁路旅客的零换乘。
兰新高铁全线开通后，12小时之内即可从兰州直达乌鲁木齐，比现有最快的特快列车还要节省6个小时以上，且未来运营时间将进一步压缩到8小时以内。而随着几年后宝兰客专的建成通车，昔日的丝绸之路将全线迈入“高速时代”，乌鲁木齐至成都、重庆、郑州、西安均可实现“夕发朝至”。
