鐵路建設：高原上的中國速度
2024-03-12 16:15:34
來源：西部大開發(fā)雜志
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與人口密集的東部相比，我國遼闊的西部地區(qū)交通算不上便捷發(fā)達。2021年底，全國平均鐵路線路網(wǎng)密度已達156.7公里/萬平方公里，而西部地區(qū)的線網(wǎng)密度卻不足88公里/萬平方公里，盡管如此，過去的十年里，西部地區(qū)的鐵路里程仍然突破了6萬公里。
在地質結構復雜，生態(tài)環(huán)境脆弱的西部，這“6萬公里”彌足珍貴。這里聚集著我國絕無僅有的四大高原，或脆弱貧瘠，或高寒缺氧，或溝壑縱橫……千百年來，“與世隔絕”在這里司空見慣，直到一條條鐵路崛地而起，將“分割”的世界重新連接。
跨越黃土高坡
在我國中部偏北的二級階梯之上，橫亙著面積超過40萬平方公里的黃土高原，“黃沙漫天”和“千溝萬壑”是人們對其最初的認知。世界上厚度最大的黃土廣泛分布于此，除少數(shù)石質山地外，這里的黃土厚度在50～80米之間，最厚處達180米。
建國初期，西北成為國家鐵路建設的重點區(qū)域。20世紀50年代，途經(jīng)黃土高原的天藍鐵路與包蘭鐵路先后破土動工。彼時，在土層結構松散的黃土高原上修鐵路，對于我國是史無前例，不僅如此，聘請的蘇聯(lián)專家也因缺乏相關經(jīng)驗而“無從下手”。
黃土高原土質松散，遇水極易產(chǎn)生滑坡，很多施工現(xiàn)場都出現(xiàn)了塌方事故。不僅如此，由于黃土高原的土層年代各不相同，新沉積層與老沉積層在結構、受力程度上也不盡相同。倘若對黃土高原的土層分布沒有明確認知，施工作業(yè)很難順利進行下去。
為系統(tǒng)解決這些問題，1956年，在中國鐵路科學研究院工作的周鏡開始帶領隊伍，背著干糧和行李，從天水一路徒步而行，于陜、甘、晉、豫四省開展我國第一次大規(guī)模的黃土工程調查。餓了就啃窩窩頭，累了就找一個養(yǎng)路工區(qū)住下，只為實地探明施工地區(qū)黃土沉積層的具體結構。
在周鏡看來，他們的艱苦是暫時的，但無數(shù)老百姓世代生活在那里。他們只有靠雙腳走遍鐵路施工經(jīng)過的每一寸黃土地，才能對這些沉積層有準確具體的認知。
只有弄清楚黃土的類型，才能因地制宜地在不同的黃土表面，選擇最為適合的筑路方法進行施工。在黃土高原，根據(jù)沉積時間不同，可以將黃土分為午城黃土、離石黃土、馬蘭黃土等幾種類型。由于土層結構存在差異，土層能夠承受的壓力也各不相同。
午城黃土年代最為久遠，結構較為穩(wěn)固，適合作為路基，但午城黃土在黃土高原當中的分布少，且通常埋在地下深層。構成黃土高原的主體被稱作離石黃土，大約50萬年前沉積而成的離石黃土，其沉積厚度往往會超過90米且當中存在大量空隙，倘若鐵路施工時剛好遇上土層空隙，極易造成塌陷。要在離石黃土分布區(qū)修建路基，就不得不在土層當中安裝支架起到穩(wěn)定土層的作用。
前后持續(xù)了一年多時間的調查，通過大量現(xiàn)場勘察數(shù)據(jù)以及無數(shù)次力學試驗，找到了解決黃土問題的關鍵辦法，即按黃土結構力學性質確定路塹邊坡陡度。
伴隨著我國高鐵事業(yè)的快速發(fā)展，如今，高速鐵路、重載鐵路遍及華夏大地，在黃土高原上還蜿蜒著青銀線、銀西線等多條高速鐵路線路。毫無疑問，這些鐵路的應用理論基礎仍然離不開多年前那一次實地調研取得的成果，但與此同時，亦有嶄新的實踐用于亟待解決的黃土地質難題。
2010年2月，鄭西（鄭州至西安）高鐵投入運營。作為世界上首條修建在大面積濕陷性黃土地區(qū)的高速鐵路，盡管全線隧道有38座，但其大部分隧道都位于新老黃土地層，土質松軟，承載力極低，遇水沉落，施工風險極大。在濕陷性砂質黃土地質條件下進行特大斷面雙線高速鐵路隧道開挖，在全世界尚屬首次，毫無可參考的經(jīng)驗。
正是在鄭西高鐵中，建設者在施工中首次采用提籃拱、Ｖ形墩連續(xù)鋼構件、高烈度地震區(qū)大跨度等橋式，創(chuàng)新黃土地層鉆孔樁施工技術，縮短樁長，增加承載力，減少工后沉降，開辟了濕陷性黃土地層鉆孔樁施工的新途徑，填補了國內(nèi)空白。
2020年12月，銀西高鐵（銀川至西安）全線開通運營。其中，途經(jīng)慶陽市境內(nèi)的董志塬稱為“天下黃土第一塬”，這里黃土厚度深達數(shù)百米，地下水潛水徑流，短短6.78公里的上閣村隧道被列為銀西高鐵全線一級風險隧道，含水量高達33%，從勘查到建成用了7年時間。
“雨里挖掘，泥里支護，在黃土泥里打隧道”成為施工人員的日常，也正是在這樣極易發(fā)生沉降、變形、涌泥、塌方的環(huán)境之下，復雜黃土地層隧道開挖規(guī)律以及地表深度100米以上的注漿、降水，黃土隧道快速掘進、防結晶、基底加固處理等六項創(chuàng)新技術才有了新的突破。
未來，或許還有更多高速鐵路橫穿曾被看作不毛之地的黃土高原，也會有更多難以克服的黃土問題被一一化解，而他們的不懈探索，將是曾“交通靠走，通訊靠吼”的黃土地上最美的風景。
挺進“世界屋脊”
被譽為世界屋脊的青藏高原，位于我國西南部，這里平均海拔超過4000米，無數(shù)的雪山、冰川、激流峽谷，使其成為地球上最難以到達的地區(qū)之一。歷史上，青藏高原交通閉塞，物流不暢，直至1951年，這片120多萬平方公里的土地上甚至沒有一條公路可以到達，所需物資用牲畜組成的龐大運輸隊才能完成。
美國旅行家保羅·索魯（Paul Theroux）曾在其作品中寫道：“有昆侖山在，鐵路永遠到不了拉薩”。20世紀50年代，中共中央決定把鐵路修到拉薩。于是，從1956年開始，國家地質科研人員開始了從蘭州到拉薩的2000余千米線路勘測設計工作。
在克服種種困難后，這條處于高海拔地區(qū)和“生命禁區(qū)”的鐵路線，東起青海省西寧市，西到格爾木市，于1958年開始第一期工程，全長814千米，于1984年5月建成通車。
2001年6月，青藏鐵路第二期工程（格爾木到拉薩段）正式開工，從青海省格爾木市南山口站一路前行，沿路雪山巍峨，河流縱橫，草原茫茫，湖泊遍布。平均海拔5500米至6000米的昆侖山高大雄偉。翻越昆侖山，將進入我國最大的無人區(qū)——可可西里，這里平均海拔4600米以上，藏羚羊、野牦牛、臧野驢、雪豹……無數(shù)珍稀野生動物為亙古荒原帶來無限生機。
跨過長江源頭沱沱河，穿越世界鐵路最高點唐古拉山，進入藏北地區(qū)和當雄大草原，由西藏自治區(qū)安多、那曲、當雄、羊八井一路南下，到達神圣的“日光城”拉薩。這條全長1142千米的二期工程在打通了10條隧道，架起675座橋梁后，于2006年7月1日全線通車。
要在青藏高原修鐵路，首先就要面對高寒缺氧的難題。青藏鐵路4000米以上的地段達960千米，占全線路的85%，最高點為海拔5072米，年平均氣溫在0℃以下，大部分地區(qū)空氣含氧量只有我國平原地區(qū)的50%-60%，最低溫度可達-30℃，被稱為“人類生命禁區(qū)”。為解決高寒缺氧的難題，不得不建起大型制氧站，以保障鐵路建設者的生命安全。
鐵路向昆侖山脈延伸，坡度奇陡，地形、氣候驟然惡劣，而昆侖山口是通往西藏的必經(jīng)之路。于是，昆侖山隧道設兩道防水層、一道保溫板、一道混凝土，全長1686米，海拔4648米，成為世界上最長的高原凍土隧道。
走過昆侖山口，便是里程達550公里的多年連續(xù)凍土地帶。凍土對溫度變化敏感，受熱融化下沉，遇冷凍結膨脹。鐵路通過凍土區(qū)，必然改變凍土相對穩(wěn)定的水熱環(huán)境，致使地下水位下降，土壤水分減小，植被死亡，進而促使更大面積的凍土消融。
對于高溫極不穩(wěn)定凍土區(qū)，青藏鐵路工程師提出“主動冷卻路基”的理論，以橋代路、片石通風路基，通風管路基、碎石和片石護坡、熱棒、保溫板，綜合防排水體系等措施“輪番上場”——海拔4600多米，全長11.7千米，世界上最長的高原凍土鐵路橋清水河第一大橋；全長1338米，海拔4905米，整條隧道都在永久性高原凍土層內(nèi)的風火山隧道……這里堪稱凍土工程的博物館。
與此同時，為呵護野生動物，鐵路全線建立了33個野生動物專用通道；為保護濕地，高寒地帶首次建成人造濕地；為保護沿線景觀，地面和列車實現(xiàn)了“污物零排放”……
作為我國新世紀四大工程之一，青藏鐵路是通往西藏腹地的第一條鐵路，也是世界上海拔最高、線路最長的高原鐵路，為達成這個夢想，我國甚至用了整整半個世紀的時間來實現(xiàn)通車。因為工程艱巨、投資巨大、運營成本高、經(jīng)濟效益差，青藏鐵路曾在建設之初飽受爭議。
而現(xiàn)實是，青藏鐵路推動西藏進入鐵路時代，密切了西藏與我國內(nèi)地的時空關系，改變了青藏高原貧困落后的面貌。截至2022年6月底，青藏集團公司累計運送旅客2.6億人次，旅客運送量由2006年的648.2萬人增長到2021年的1870.5萬人，其中累計運送進出藏旅客3169.69萬人。
2014年8月，青藏鐵路延伸線拉日鐵路全線開通運營；2023年7月，時速160公里的復興號動車組，開始在青藏鐵路西寧至格爾木段投入運營，青藏鐵路正式進入動車時代；未來，或許還有新藏鐵路、川藏鐵路、滇藏鐵路投入運營……彼時，在世界屋脊上馳騁，跨越天險的阻隔，西藏將距離我們越來越近。
沖上云貴高原
相較于低洼的四川盆地，位于我國西南部的云貴高原“高不可攀”，二者落差可達2000米，想要進入此地，無論任何道路都必須想方設法完成爬升。1970年建成的成昆鐵路，憑借其間規(guī)模宏大的展線群，一舉擊破了蘇聯(lián)專家曾斷言的“筑路禁區(qū)”，打通了一條通往高原的“傳奇之路”。
成昆鐵路建于內(nèi)憂外患的上世紀60年代，計劃連接四川成都和云南昆明，整條線路長1096千米，是20世紀50年代我國國防三線建設的重點工程，被譽為20世紀人類征服自然的三大奇跡之一。
從樂山市開始，成昆鐵路調轉向西，進入橫斷山區(qū)，穿行于深邃的大渡河峽谷中。在地表海拔只有600米的金河口大峽谷，兩岸山峰高達2000余米，峽谷幽深，河流湍急，兩岸遍布懸崖峭壁。金河口站到?jīng)錾街菥硟?nèi)的埃岱站短短58公里的路程中，山高谷深，平地稀少，有44公里都穿行于隧道中，黑暗與光明不斷交替，隧道數(shù)量多達41座。
成昆鐵路沿途地勢險峻，地質結構復雜，溪流溝壑茂密深邃，其經(jīng)過的區(qū)域素有“露天地質博物館”之稱，幾乎匯聚了全世界最復雜的地質狀況。它橫跨金沙江、大渡河，60多次跨越江河，500公里的路段穿越7至9度地震帶，沿線有滑坡183處，危巖和落石近500處，崩塌100處，泥石流溝249處……設計之困難，工程建設量之艱巨，前所未有。
從海拔1000米的金沙江河谷攀升至1800米的云貴高原，為克服高差，設計者采用迂回前行的“展線”技巧。類似于盤山公路，展線是一種用于爬坡的鐵路線路，它順應地形鋪設，可以把線路展開一段距離，延山緩緩盤旋而上。
在成昆鐵路龍骨甸站和阿南莊站之間百轉千回的線路便是著名的“法拉展線”。法拉展線位于云南楚雄祿豐縣，是成昆鐵路最為漂亮的一段展線，它宛如一條巨龍，盤旋于山谷之間，五次穿越龍川江。
火車行駛在田野間搭建的特大橋梁上，巨大的橋墩支撐起整個橋體，彎曲的橋梁在龍川江上來回跨越。這里的地質并不均勻，為了避開不良地質，尋找合適的地方鋪設鐵路，橋梁不斷地在河上跨越，尋找著足夠穩(wěn)固的地基。
山路崎嶇，很多地方難以通行，只能靠橋隧相接的方式建出一條路，許多站點因此只能建在橋梁和隧道上。據(jù)統(tǒng)計，成昆鐵路沿途共有橋梁991座，長度92.7公里，隧道427條，長度341公里，橋隧總長占據(jù)線路長度的40%。
在攀枝花市，成昆鐵路跨越三堆子大橋，橋長390米，主跨達到194米，是世界上同類型簡支梁的最大跨度。
1958年，成昆鐵路建設啟動，數(shù)十萬年輕的鐵道兵懷著滿腔熱忱，義無反顧地投身于成昆鐵路的建設之中，許多人再也沒有回到自己的家鄉(xiāng)。這是一項“不可能完成”的任務，也是一條沉甸甸的，用血肉筑成的山岳鐵路。
在技術落后的60年代，鐵路工人們逢山鑿路、遇水架橋，在崇山峻嶺間，平均每1.7公里就搭建一座中型橋或大型橋梁，每2.5公里就開鑿一處隧道。1970年，成昆鐵路全線通車，12年激情燃燒的歲月，1096公里，犧牲了2000多名鐵道兵和修路民兵，每500米就有一名筑路者長眠。
時間滾滾向前，單線雙向、客貨兩運，且常年處于超負荷運載的成昆鐵路，早已經(jīng)不能滿足飛速發(fā)展的我國經(jīng)濟。于是，2007年，成昆鐵路復線啟動建設。2022年12月，成昆鐵路復線全線開通運營，時速160公里的復線將成都到昆明的列車運行時間由19小時縮短至6小時，動車駛進大、小涼山，成就新的奇跡。
在小巷嶺隧道旁的冕山雙線特大橋，可以看到新、老成昆線在此交匯，這樣的場景還出現(xiàn)在德昌、代灣、埃岱大橋。兩條成昆鐵路在茫茫大山中交匯，跨越半個世紀的兩條鐵路是我們鐵路技術飛躍式發(fā)展的見證。隨著現(xiàn)代技術的發(fā)展，展線越來越少，取而代之的是超長隧道和特大橋。
在云貴高原，被鐵路改變的，除了大眾的生活方式，還有低流動性的傳統(tǒng)社會。有人喜歡老成昆線，認為它代表著歷史；也有人喜歡新成昆線，因為它代表著速度和未來。
在這里，作為大國重器，鐵路不再僅僅是一個國家交通運輸、機械制造等產(chǎn)業(yè)的綜合實力體現(xiàn)，更為重要地是，它為曾經(jīng)閉塞的云貴高原帶去了人流、物流，以及致富的希望。
(文/本刊記者 王薇)
(文/本刊記者 王薇)
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