俄羅斯莫喀高鐵項(xiàng)目站場(chǎng)設(shè)計(jì)特點(diǎn)及案例分析

鄧 鵬,胡 健,羅孝平,高 巖

(中鐵二院工程集團(tuán)有限責(zé)任公司土建一院,成都 610031)

1 莫喀高鐵項(xiàng)目概況

俄羅斯是一個(gè)橫跨亞歐、地廣人稀、多民族、宗教自由的多聯(lián)邦國(guó)家，擁有一整套普速鐵路從勘察、設(shè)計(jì)、施工、運(yùn)營(yíng)到維護(hù)的成熟體系，擁有涉及各個(gè)專業(yè)的鐵路設(shè)計(jì)規(guī)范多達(dá)上百個(gè)。其普速鐵路主要分布于歐洲，亞洲部分稀疏，規(guī)模僅次于美國(guó)，但近年來(特別是蘇聯(lián)解體至2000年左右)缺乏發(fā)展，許多設(shè)備較為陳舊且缺乏妥善的維護(hù)，部分設(shè)備存在安全隱患，車站布置不夠合理，導(dǎo)致占地較多且列車折返走行較多，存在較多問題。例如：在速度大于120 km/h的跨線設(shè)備采用平交道，且存在部分站臺(tái)高度與軌面等高的設(shè)置形式；列車與站臺(tái)間間隙較大、站臺(tái)因修建時(shí)間不同寬度差別較大，部分站臺(tái)端部太窄；鋼軌波磨較嚴(yán)重，軌道幾何形位超限，長(zhǎng)短波不平順情況較多；部分道岔位于反向曲線上。目前，俄羅斯境內(nèi)僅一條“準(zhǔn)高鐵”——莫斯科至圣彼得堡快速鐵路(全長(zhǎng)649.7 km軌距1 520 mm)。其設(shè)計(jì)速度為250 km/h，但幾乎所有段落的列車運(yùn)行速度約為200 km/h甚至更低，平均運(yùn)營(yíng)速度僅為160 km/h。

莫斯科至喀山高鐵(圖1)為俄羅斯規(guī)劃高鐵2號(hào)線莫斯科至葉卡捷琳堡高速鐵路的重要一段，為計(jì)劃先期開工段落，是設(shè)計(jì)速度為400 km/h的客貨共線[1]、寬軌(軌距1 520 mm)、雙線電氣化鐵路，可將莫斯科、下諾夫哥羅德、喀山等重要城市囊括在3.5h經(jīng)濟(jì)帶內(nèi)。全長(zhǎng)770 km，西起莫斯科庫(kù)爾斯克亞車站，向東經(jīng)莫斯科、莫斯科州、弗拉基米爾州、下諾夫哥羅德州、楚瓦什共和國(guó)、馬里埃爾共和國(guó)，東至韃靼斯坦共和國(guó)首府喀山。

圖1 莫斯科至喀山高鐵線路走向示意

本項(xiàng)目沿線地形相對(duì)平坦，主要由丘陵和低地構(gòu)成，橋隧比約20%。沿線地質(zhì)條件較差，沿線分布的危險(xiǎn)地質(zhì)類型有喀斯特，過剩濕度區(qū)域、沼澤化、河道下切、侵蝕、潛蝕，特殊性土壤[2]類型包括季節(jié)性凍土、松軟地基土、沉陷性土壤、膨脹性土壤等。沿線屬高緯度、高寒地區(qū)，溫帶大陸性濕潤(rùn)氣候，最低氣溫-40～-50 ℃，最高氣溫27～38 ℃。區(qū)域內(nèi)年平均降水量為500～650 mm。夏季降水量體現(xiàn)為雨水(經(jīng)常是短時(shí)間的暴雨)，秋季和春季降水量體現(xiàn)為細(xì)雨和雨夾雪，冬季降水量體現(xiàn)為雪。2/3的降水量體現(xiàn)為降雨，1/3的降水量體現(xiàn)為降雪。莫喀高鐵發(fā)送旅客2 481萬人次/年，開行列車83對(duì)/d。有莫斯科、下諾夫哥羅德、喀山3個(gè)樞紐[3]，每個(gè)樞紐內(nèi)新建1個(gè)動(dòng)車所；共設(shè)車站15座，其中新建車站12座，改建車站3座。

2 俄羅斯高鐵設(shè)計(jì)不同之處分析

俄羅斯高速鐵路與我國(guó)高速客運(yùn)專線有以下差別。

2.1 運(yùn)輸組織采用多種列車混跑

俄羅斯地廣人稀，高鐵的建設(shè)有助于縮短城市之間的距離，但客運(yùn)量嚴(yán)重不足，在不影響高速客運(yùn)的基礎(chǔ)上組織上線一定量的動(dòng)車組貨運(yùn)集裝器列車，不僅解決了部分沿線城市間的貨運(yùn)需求，同時(shí)將虛糜的運(yùn)能[4]加以利用，使本線的運(yùn)營(yíng)得以持續(xù)，不失為海外高鐵項(xiàng)目中針對(duì)地廣人稀國(guó)家的一種有效出路。

莫喀高鐵采用多種速度列車混跑模式，該高速鐵路干線運(yùn)行最高車速不高于400 km/h的16輛編組高速客運(yùn)列車，車速不低于200 km/h的16輛編組的區(qū)際快速客運(yùn)列車以及車速不低于200 km/h的16輛編組的動(dòng)車組貨運(yùn)集裝器列車。

2.2 車站布置方面

莫喀高鐵項(xiàng)目結(jié)合俄羅斯運(yùn)營(yíng)習(xí)慣、要求，與我國(guó)通常的車站布置形式有以下不同。

(1)根據(jù)行車組織需要，留有旅客列車越行動(dòng)車組貨運(yùn)集裝器列車的到發(fā)線，結(jié)合動(dòng)車組貨物列車技術(shù)作業(yè)需求，于正線側(cè)交錯(cuò)布置貨物列車到發(fā)線。

(2)我國(guó)越行站通常采用兩臺(tái)夾四線，莫喀高鐵項(xiàng)目設(shè)計(jì)中要求在客運(yùn)列車故障情況下，各站需根據(jù)需要留有旅客換乘設(shè)備，即越行站應(yīng)在正線一側(cè)設(shè)置帶高站臺(tái)的2條到發(fā)線，用于列車故障時(shí)旅客通過高站臺(tái)轉(zhuǎn)移至備用列車，本項(xiàng)目中間站、越行站常采用兩臺(tái)六線(站臺(tái)間4線)、兩臺(tái)七線(站臺(tái)間5線)兩種車站布置[5]。

(3)我國(guó)除始發(fā)站、有始發(fā)終到作業(yè)的中間站的發(fā)車作業(yè)端咽喉應(yīng)設(shè)2條單渡線外，中間站無發(fā)車作業(yè)端咽喉及其他車站兩端咽喉宜各設(shè)1條單渡線。莫喀項(xiàng)目設(shè)計(jì)中，要求客運(yùn)中間站和越行站兩端咽喉均需設(shè)置2條單渡線，組成小“八”字渡線[6]。

(4)根據(jù)需要為養(yǎng)路機(jī)械、消防和救援列車設(shè)置專門停靠、整備線路，且要求消防、救援列車有直接通往正線的徑路，以便快速出站保證救援時(shí)效性(不可經(jīng)過站臺(tái)范圍內(nèi)到發(fā)線部分通往正線)。

(5)安全線的設(shè)置要求與我國(guó)不同，本項(xiàng)目要求到發(fā)線與正線接軌均需要設(shè)置安全線，有其他線路或道岔作為隔開設(shè)備除外。

(6)道岔不能布置在橋梁范圍內(nèi)(俄羅斯要求橋梁范圍內(nèi)軌道設(shè)置護(hù)輪角鋼，其作用類似于護(hù)輪軌或防撞墻，但道岔無法設(shè)置護(hù)輪角鋼；我國(guó)多設(shè)置防撞墻，橋上可設(shè)置道岔)。

(7)車站股道縱坡要求較我國(guó)略有不同，例如：我國(guó)要求動(dòng)車段(所、存車場(chǎng))、維修車間(工區(qū))內(nèi)的線路應(yīng)設(shè)在平道上，困難條件下，咽喉區(qū)線路可設(shè)在不大于6‰的坡道上[7]；本項(xiàng)目動(dòng)車段(所、存車場(chǎng))、維修工區(qū)咽喉區(qū)的線路最大縱坡[8]可達(dá)15‰。

2.3 車站設(shè)置增加調(diào)度站

根據(jù)“特殊技術(shù)條款”(依據(jù)俄羅斯鐵路規(guī)范及當(dāng)?shù)靥厣纬傻膶ｉT針對(duì)本項(xiàng)目的設(shè)計(jì)規(guī)范)，將車站分為乘客終點(diǎn)站、客運(yùn)中間站[9]、技術(shù)客運(yùn)站、越行站、區(qū)間渡線調(diào)度站(圖2)。

圖2 區(qū)間調(diào)度站

特別說明調(diào)度站作用：其一，線上運(yùn)行多種速度的列車，在列車晚點(diǎn)等特殊情況下，可利用區(qū)間渡線組織區(qū)間越行，有利于快速調(diào)整列車運(yùn)行次序，恢復(fù)運(yùn)行圖秩序；其二，在一條線路進(jìn)行維修，另一條線路空閑的情況下，夜間列車可利用區(qū)間渡線在局部區(qū)段組織反向行車，實(shí)現(xiàn)夜間列車跨“天窗”運(yùn)行；其三，“V形天窗”期間，一條線維修完畢，需要進(jìn)入另一條線進(jìn)行維修，可利用區(qū)間渡線順利實(shí)現(xiàn)維修機(jī)械的轉(zhuǎn)線作業(yè)。

2.4 道岔號(hào)碼選用及布置要求

根據(jù)莫喀高鐵項(xiàng)目“特殊技術(shù)條款”在道岔號(hào)碼選用方面按照以下原則。(1)到發(fā)線上的道岔采用中，高速列車駛?cè)胪ㄏ蚵每蜕舷萝囌九_(tái)相鄰接發(fā)線路有偏差時(shí)，用18號(hào)道岔(圖號(hào)：2870)；(2)在高速列車只正向通過時(shí)，用11號(hào)道岔(圖號(hào)：2726)；(3)在至其他車站線路的接發(fā)線連接處，用11號(hào)道岔(圖號(hào)：2750)；(4)在其他配線上，用9號(hào)道岔(圖號(hào)：2769)；(5)正線上采用25號(hào)道岔(針對(duì)本項(xiàng)目進(jìn)行科研設(shè)計(jì)的新型道岔)；(6)道岔距離平縱曲線的距離與中方不一致。

3 項(xiàng)目設(shè)計(jì)過程中的案例分析

3.1 重視生態(tài)環(huán)境保護(hù)

(1)例1：俄方認(rèn)為線間雨水被軌道油污污染，需集中凈化處理后排放。原方案：機(jī)場(chǎng)站原設(shè)計(jì)按照國(guó)內(nèi)習(xí)慣，將線間雨水與路基外側(cè)雨水一起收集排放。較優(yōu)方案：地方政府提出車站距居民生活區(qū)較近，要求將線間雨水集中凈化后排放。路堤坡腳處設(shè)2條排水溝，將線間雨水與路基外側(cè)自然雨水分開收集，內(nèi)側(cè)排水溝收集線間污水集中處理后排放[10]，外側(cè)排水溝收集自然雨水排放，如圖3所示。

圖3 機(jī)場(chǎng)站排水方案示意(單位：m)

(2)例2：莫喀高鐵項(xiàng)目在動(dòng)物遷徙徑路上留有便于動(dòng)物穿越鐵路的通道。此類做法國(guó)內(nèi)部分線路也有涉及，如青藏鐵路清水河大橋，位于可可西里自然保護(hù)區(qū)，是青藏線上最長(zhǎng)的以橋代路的特大橋，修筑此橋的一個(gè)主要目的是為野生動(dòng)物穿越青藏鐵路提供通道，被譽(yù)為是“環(huán)保橋”。

3.2 鐵路設(shè)計(jì)結(jié)合該國(guó)相關(guān)規(guī)范及習(xí)慣

中國(guó)鐵路規(guī)范在國(guó)外不具規(guī)范效用，僅具有參考價(jià)值，本項(xiàng)目設(shè)計(jì)中需結(jié)合俄羅斯相關(guān)規(guī)范及習(xí)慣進(jìn)行設(shè)計(jì)，條件允許時(shí)應(yīng)考慮設(shè)計(jì)方案同時(shí)滿足我國(guó)及俄羅斯相關(guān)規(guī)范的可能性。

3.2.1 舒適度方面

俄羅斯人對(duì)軌道交通舒適性相較中國(guó)而言要求更低，亦或目前尚缺乏對(duì)舒適度的重視，故設(shè)計(jì)計(jì)算中主要是保證安全性、經(jīng)濟(jì)性為主，其次才是舒適度，例如：

(1)特殊技術(shù)條款中高鐵正線道岔距離平面曲線的距離要求僅為50 m，并未按照振動(dòng)不疊加、衰減特性和設(shè)計(jì)速度綜合考慮；

(2)俄羅斯地鐵高峰期間隔約20 s一趟列車，在高行車密度[11]條件下，由人工操作加減速，加之軌道平順性差，列車運(yùn)行中噪聲較大，其舒適度不如我國(guó)普速客運(yùn)綠皮車；

(3)機(jī)場(chǎng)站咽喉區(qū)部分位于大于6‰的坡道上，根據(jù)俄羅斯規(guī)范可在10‰的坡道上，軟化正線坡度有工程困難，中方通過移動(dòng)信號(hào)機(jī)位置，以保證有效長(zhǎng)滿足在一個(gè)坡道且位于平坡上，同時(shí)滿足了中俄兩國(guó)規(guī)范要求。如圖4所示。

圖4 機(jī)場(chǎng)站到發(fā)線有效長(zhǎng)避開大坡道示意(單位：m)

3.2.2 在安全控制方面，采用方法不同

(1)例1：我國(guó)對(duì)于高速鐵路聯(lián)絡(luò)線常采用立交疏解，盡量避免列車切割正線。俄羅斯規(guī)范及本項(xiàng)目特殊技術(shù)條款并無此規(guī)定。例如，機(jī)場(chǎng)站聯(lián)絡(luò)線不采用其他線路或道岔作為隔開設(shè)備，不設(shè)置安全線，僅通過信號(hào)機(jī)作為敵對(duì)徑路的隔開設(shè)備。原設(shè)計(jì)中中方根據(jù)中國(guó)國(guó)內(nèi)設(shè)計(jì)習(xí)慣，采用立交疏解——“雙聯(lián)絡(luò)線”方案。俄方為減少工程投資，在滿足運(yùn)量及行車需求前提下，采用了“單聯(lián)絡(luò)線”方案，通過道岔2-18處信號(hào)機(jī)控制，列車從下諾夫哥羅德方向抵達(dá)機(jī)場(chǎng)站時(shí)信號(hào)機(jī)表示“道岔2-18開通側(cè)向”，將列車接入股道4或6，當(dāng)正線有列車通過，存在敵對(duì)徑路時(shí)，信號(hào)機(jī)表示“道岔2-18開通直向”，將列車接入股道3或5。如圖5所示。

圖5 機(jī)場(chǎng)站“雙聯(lián)絡(luò)線”及“單聯(lián)絡(luò)線”方案示意

(2)例2：安全線的設(shè)置辦法不同。俄羅斯規(guī)范要求，凡是到發(fā)線與車站正線接軌處，均需設(shè)置安全線，如有其他線路或道岔作為隔開設(shè)備時(shí)，可不設(shè)安全線。

3.3 重視地方政府及民眾對(duì)鐵路方案的意見

(1)例1：戈羅霍韋茨站，莫斯科端咽喉挖方約18 m，邊坡橫向距離較大，需拆遷一套一層的居民住宅及部分花園。為不拆遷居民房屋及花園，俄鐵公司寧愿增大工程代價(jià)要求單獨(dú)修建一段約300 m的樁板墻，用以收坡，避免拆遷擾民，如圖6所示。

圖6 戈羅霍韋茨站局部工程措施示意

(2)例2：因公路跨線橋工程條件限制，無法保留原小區(qū)中部進(jìn)出口道路，為了不改變?cè)^(qū)居民出行習(xí)慣，俄鐵公司特意召開聯(lián)合體會(huì)議，要求中方將切博克撒雷站往喀山端移動(dòng)，將橋臺(tái)臺(tái)尾縮回以避開小區(qū)既有進(jìn)出口，不惜大量增大土石方工程投入及進(jìn)行橋梁特殊結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。最終中方單獨(dú)與當(dāng)?shù)卣畢f(xié)商，獲得地方政府同意后，將小區(qū)出口道路改移。避免了重新設(shè)計(jì)車站，如圖6所示。

(3)例3：喀山站，為了擴(kuò)建站前廣場(chǎng)征得鐵路用地，地方政府為征求當(dāng)?shù)鼐用裢獠疬w就用了約半年時(shí)間，期間喀山站設(shè)計(jì)工作暫停。

3.4 設(shè)計(jì)精度、習(xí)慣、表達(dá)格式不同

3.4.1 設(shè)計(jì)精度方面

(1)既有股道橫斷面初步設(shè)計(jì)：俄方根據(jù)1∶500比例的等高線地形圖點(diǎn)繪出既有股道橫斷面；中方需實(shí)測(cè)既有股道橫斷面。

(2)新建股道橫斷面初步設(shè)計(jì)：俄方單獨(dú)設(shè)計(jì)了站線縱坡，再對(duì)應(yīng)不同股道設(shè)計(jì)其橫斷面，股道布置平面圖中表達(dá)的綜合管線位置、排水設(shè)備的位置及溝底高程、邊坡位置等按照橫斷面中位置對(duì)應(yīng)表示在平面圖中。

3.4.2 設(shè)計(jì)習(xí)慣方面

(1)俄方站臺(tái)為長(zhǎng)條石上搭板的中空結(jié)構(gòu)，將線間排水槽、盲溝設(shè)于站臺(tái)正下方；我國(guó)鐵路站臺(tái)一般為土石填筑實(shí)心結(jié)構(gòu)，線間排水槽、盲溝等設(shè)于股道間。

(2)俄方尚無高速鐵路排水體系標(biāo)準(zhǔn)，其橫向排水槽允許凈深較淺且槽底至軌面的深度要求較小，導(dǎo)致需多處設(shè)置普速鐵路橫向排水槽穿過高速鐵路到發(fā)線；我國(guó)有高速鐵路排水槽體系，但在俄羅斯境內(nèi)認(rèn)證流程繁瑣，在有限時(shí)間內(nèi)無法完成認(rèn)證過程，最終，通過俄羅斯境內(nèi)已有結(jié)構(gòu)“檢查井結(jié)合塑料排水管外套承力鋼管的形式”代替橫向排水槽，委托分包商“莫交大”對(duì)該方案進(jìn)行受力檢算，通過了俄方審查。

(3)俄方要求鐵路沿線需貫通設(shè)置巡邏道；我國(guó)鐵路不需設(shè)置巡邏道。

3.4.3 表達(dá)格式不同

俄方表達(dá)格式與中方不同。

3.5 設(shè)計(jì)中中俄雙方設(shè)計(jì)方案

俄方缺乏高鐵設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，在較多方面與中方存在不同見解，經(jīng)過討論，俄方采納了中方建議，雙方達(dá)成一致意見。例如：俄方大量設(shè)計(jì)照搬普速鐵路的設(shè)計(jì)思路，如站場(chǎng)股道布置優(yōu)化方面、路基沉降控制方面等。

(1)俄方站場(chǎng)股道布置方面，原始布置中存在“消防車停留線放在正線及到發(fā)線之間”、“線路之字走行、重復(fù)設(shè)置安全線、聯(lián)絡(luò)線與安全線布置不優(yōu)”(圖7)。中方提出將消防車停留線放在綜合維修工區(qū)內(nèi)，并對(duì)車站布置進(jìn)行了優(yōu)化，消除了以上問題，最終俄方采納了中方建議，雙方達(dá)成一致意見，使聯(lián)合設(shè)計(jì)順利進(jìn)行。

圖7 俄方車站股道布置示意

(2)俄方路基沉降控制體系與中方不同。俄方路基基床厚度由列車荷載所產(chǎn)生的動(dòng)應(yīng)力與路基基床允許應(yīng)力決定；中方基床厚度按照列車荷載產(chǎn)生的動(dòng)應(yīng)力與路基自重應(yīng)力之比為0.2的原則確定，同時(shí)，基床表層厚度受變形量、強(qiáng)度雙重控制因素決定，中方在路基沉降控制方面考慮因素較俄方更多。俄方最終采納了中方路基基床的厚度及相應(yīng)填料、壓實(shí)度要求。

(3)俄方首次遇到高速道岔位于大坡道上的問題。根據(jù)特殊技術(shù)條款，本項(xiàng)目正線限制坡度為24‰，俄方將區(qū)間調(diào)度站處理為區(qū)間，不認(rèn)為是車站咽喉區(qū)，將道岔布置在24‰的坡道上，見圖2。

我國(guó)長(zhǎng)沙至昆明客運(yùn)專線引入昆明樞紐，因工程條件限制存在高速無砟道岔位于25‰的坡道上的情況，經(jīng)過專題研究報(bào)告專家評(píng)審會(huì)，得出以下結(jié)論：通過專題研究報(bào)告建立了大坡道上無砟軌道無縫道岔的分析模型，檢算了不同坡度、不同道岔號(hào)碼在溫度、制(啟)動(dòng)等荷載作用下，道岔軌件強(qiáng)度、穩(wěn)定性及變形情況。計(jì)算結(jié)果表明：能夠滿足相關(guān)技術(shù)要求，但考慮我國(guó)缺乏高速道岔位于大坡道上的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，需在該大坡道道岔上設(shè)置遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)，并開展相應(yīng)的試驗(yàn)研究。目前該高速大坡道道岔方案已提交俄羅斯專家審查，尚無結(jié)論，需進(jìn)一步研究。

4 結(jié)語(yǔ)

莫喀高鐵項(xiàng)目是設(shè)計(jì)速度為400 km/h的客貨共線、寬軌、雙線、電氣化鐵路，代表著中國(guó)高鐵走向海外大國(guó)市場(chǎng)邁出了堅(jiān)實(shí)一步，是中國(guó)高鐵走向國(guó)際大國(guó)的“第一單”。未來，莫喀高鐵將有望連接?xùn)|、西方，與高速發(fā)展的亞太經(jīng)濟(jì)圈和發(fā)達(dá)的歐洲經(jīng)濟(jì)圈相連，成為世界上最長(zhǎng)的高速交通運(yùn)輸通道的一部分。通過本文可以得出作為傳統(tǒng)鐵路大國(guó)的俄羅斯對(duì)高鐵設(shè)計(jì)在車站布置形式、行車組織方式、設(shè)計(jì)參數(shù)、環(huán)境保護(hù)、各設(shè)計(jì)階段要求的設(shè)計(jì)精度、安全控制措施、設(shè)計(jì)表達(dá)方式、在舒適度方面的要求等諸多方面均與我國(guó)存在差異，今后在碰到類似問題時(shí)，可參照本文處理思路及辦法解決問題，本文對(duì)我國(guó)高鐵技術(shù)走向海外國(guó)際大國(guó)在設(shè)計(jì)方面具有借鑒意義。