從京張高鐵八達(dá)嶺長城站看中國力量

劉佳

（中國鐵道博物館，北京100055）

0 引言

鐵路作為我國各個地區(qū)經(jīng)濟發(fā)展的基本保障，見證了我國綜合國力的飛躍，幾乎與社會經(jīng)濟發(fā)展所有的生產(chǎn)過程都息息相關(guān)。中國高鐵的發(fā)展，推動解決了長期存在的鐵路運輸瓶頸制約問題，為實現(xiàn)人暢其行、貨暢其流提供了可靠的運力支撐，也有效帶動了產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)優(yōu)化升級，為實現(xiàn)經(jīng)濟發(fā)展方式轉(zhuǎn)變發(fā)揮了推動促進(jìn)作用，更有力促進(jìn)區(qū)域經(jīng)濟協(xié)調(diào)發(fā)展，為構(gòu)建新發(fā)展格局、實現(xiàn)經(jīng)濟持續(xù)健康發(fā)展注入新動能，這些也為交通強國、鐵路先行提供了有力的支持。高鐵從立項決策、勘察設(shè)計到工程實施、竣工驗收再到運營使用、養(yǎng)護(hù)維修，除了需要投入巨大的人力、物力和財力以外，它所涉及的專業(yè)知識、應(yīng)用的科學(xué)技術(shù)幾乎涵蓋經(jīng)濟學(xué)、工學(xué)、理學(xué)、管理學(xué)甚至交叉學(xué)等國內(nèi)現(xiàn)有的所有學(xué)科，幾乎觸及國民經(jīng)濟的各個領(lǐng)域。因此，鐵路是一項名副其實的“超級工程”，支撐它的也絕非僅僅是鋼筋和水泥，而是一個國家經(jīng)濟實力與技術(shù)創(chuàng)新力量的綜合體現(xiàn)。

1 京張高鐵建造特點

京張高鐵，全長174km，設(shè)有北京北站、清河站、八達(dá)嶺長城站、張家口等10 座高鐵站，于2019年12月30日正式通車(見圖1)。在這個關(guān)鍵節(jié)點上京張高鐵的正式運營，不僅助力京津冀一體化協(xié)同發(fā)展，同時還能為即將到來的2022年北京冬奧會，提供交通運營服務(wù)保障。除此之外，京張高鐵是集智能建造、智能裝備、智能運營為一體的現(xiàn)代化建設(shè)。智能建造：疊層進(jìn)出站通道設(shè)計，進(jìn)出站客流完全分離環(huán)形救援廊道設(shè)；實現(xiàn)緊急情況快速無死角救援，精準(zhǔn)微損傷控制爆破，消除對文物和環(huán)境的不利影響；特大橋采用岸上拼裝法最大限度保護(hù)水庫水體。智能裝備：京張高鐵是我國首條智能化高鐵，首次采用北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)實現(xiàn)有人值守的無人駕駛；設(shè)計時速350km/h，張家口至北京最快只要47min；運用5G 技術(shù)實現(xiàn)列車上奧運賽事直播，還能抵抗-40oC 嚴(yán)寒。智能運營：一證通行、刷臉進(jìn)站車站自動發(fā)車、區(qū)間自動運行。車站精準(zhǔn)自動對標(biāo)停車、自動開門防護(hù)，站內(nèi)還有客運智能服務(wù)機器人為乘客提供導(dǎo)航、運輸行李等服務(wù)。

京張高鐵線上的八達(dá)嶺長城站位于八達(dá)嶺長城風(fēng)景區(qū)內(nèi)，距離古長城不到兩百米，從出站口步行1～2min，即可乘纜車直接登上八達(dá)嶺長城，領(lǐng)略萬里長城的無限風(fēng)光。因為八達(dá)嶺長城站特殊的地理位置、特殊的地形地貌和特殊的歷史背景，采取了特殊的工程設(shè)計、特殊的施工工藝，一舉創(chuàng)造了當(dāng)時的“四個之最”：世界最深的山嶺地下火車站，最大埋深達(dá)102m，相當(dāng)于在地下34 層修建了一座車站；世界最復(fù)雜的暗挖洞群車站，采用三層三縱的群洞結(jié)構(gòu)，包含各類洞室78 個、斷面形式88 種；世界旅客提升高度最大的高鐵地下站，從地下平臺層到地上出站口需要乘坐兩次電梯，最大垂直提升高度達(dá)62m；國內(nèi)單拱跨度最大的暗挖鐵路隧道，車站兩端渡線段單洞開挖跨度達(dá)32.7m。

2 建造八達(dá)嶺長城站面臨的突出困難

鐵路的設(shè)計建造，不僅要考慮政治、經(jīng)濟和國防的需要，還要考慮鐵路沿線地形、地質(zhì)、水文等自然資源條件和村鎮(zhèn)、交通、水利設(shè)施等情況，以提高鐵路質(zhì)量、降低工程造價、節(jié)約運營成本、提高社會經(jīng)濟效益。鐵路建設(shè)的主要困難也多集中在立項決策、勘探設(shè)計和工程實施等階段。

2.1 立項決策階段面臨的巨大挑戰(zhàn)

由于京張高鐵要途經(jīng)八達(dá)嶺長城、八達(dá)嶺陵園以及詹天佑設(shè)計建造的鐵路——京張鐵路，既要保護(hù)擁有兩千多年歷史的世界文化遺產(chǎn)、中國人的文化圖騰——長城，又要保護(hù)八達(dá)嶺陵園和京張鐵路青龍橋人字線，同時還要保證工程建設(shè)的可行性，八達(dá)嶺長城站的選址成了最大問題。

2.2 工程實施階段面臨的突出困難

地質(zhì)條件復(fù)雜，施工風(fēng)險大。八達(dá)嶺地區(qū)是典型的喀斯特地貌，花崗雜巖地區(qū)，巖性種類多，巖脈發(fā)育，巖體破碎，風(fēng)化差異明顯，變化頻繁，若無法準(zhǔn)確預(yù)測前方巖體情況和不良地質(zhì)，將造成較大的施工風(fēng)險。世界文化遺產(chǎn)核心區(qū)，環(huán)境保護(hù)要求嚴(yán)。位于長城風(fēng)景區(qū)，隧道兩次穿越國家重點文物保護(hù)單位、世界人類文化遺產(chǎn)——八達(dá)嶺長城，人口流量大，歷史文物多，對施工和運營的振動及防污等環(huán)保要求高。暗挖規(guī)模大、單拱跨度大，施工難度高。車站整體建筑面積為3.98 萬m2、開挖22.58km，站隧過渡段最大開挖跨度32.7m，采用傳統(tǒng)設(shè)計方法難以保證結(jié)構(gòu)和施工安全。多維度洞群、洞室結(jié)構(gòu)復(fù)雜、斷面繁多，相互干擾嚴(yán)重。車站為三層三縱群洞布局，各類洞室達(dá)78 個，斷面形式多達(dá)88 種，交貫面63 個，爆破對中夾巖體的剛度削弱顯著，極易引起相互干擾、造成群洞結(jié)構(gòu)破壞[1]。工作任務(wù)重、施工工期僅45 個月，施工組織難度大。

3 八達(dá)嶺長城站的建成展現(xiàn)出的中國力量

為確保車站按期開工建設(shè)、高質(zhì)量完工交付，確保京張高鐵按期貫通運營，完成保障2022年冬奧會，服務(wù)京津冀地區(qū)一體化協(xié)同發(fā)展戰(zhàn)略，響應(yīng)“一帶一路”倡議，通過科學(xué)論證、合理規(guī)劃、精心設(shè)計、精細(xì)管理、精益施工，充分展示了工程設(shè)計能力、技術(shù)創(chuàng)新能力和裝備制造能力[2]。

3.1 堅持以人為本和求真務(wù)實的態(tài)度，科學(xué)規(guī)劃、精心設(shè)計，向世界展示中國智慧

從決策論證開始，即始終堅持務(wù)實嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)態(tài)度，僅車站選址就開展了長達(dá)數(shù)年的研究論證，在項目規(guī)劃、可行性研究、初步設(shè)計等關(guān)鍵環(huán)節(jié)，廣泛征集地方政府及相關(guān)部門意見，積極邀請中國工程界、文物界等社會各個領(lǐng)域的專家學(xué)者參與討論，如2018年獲得國家最高科學(xué)技術(shù)獎的中國工程院院士錢七虎、90 多歲的中國文物界泰斗謝辰生等均參與過研討[3]。在設(shè)計團(tuán)隊和各專業(yè)各領(lǐng)域?qū)＜艺匍_的大大小小的各類會議中，有院士參加的就有四次，最多一次有6 名院士同時參與討論。經(jīng)過無數(shù)次的修改-討論-修改，最終選擇了體現(xiàn)以人為本的服務(wù)理念車站建在景區(qū)的方案。

在工程設(shè)計方面，研究提出以“建造更安全、更人文、更環(huán)保、更耐久地下車站”為目標(biāo)的設(shè)計方案，創(chuàng)新提出了“尊重自然、形隱于山”的設(shè)計理念，首次開創(chuàng)了疊層進(jìn)出站通道設(shè)計和環(huán)形救援廊道設(shè)計，科學(xué)、合理利用地下空間，在實現(xiàn)了建筑與山體環(huán)境融合、現(xiàn)代文明與文化古跡融合的同時，實現(xiàn)了緊急情況下快速無死角救援的目標(biāo)要求。

3.2 堅持科技引領(lǐng)、技術(shù)創(chuàng)新，向世界展示了中國的科技創(chuàng)新能力

在工程建設(shè)階段，項目團(tuán)隊聯(lián)合高校、科研院所及施工建設(shè)單位，始終堅持科技引領(lǐng)，積極推進(jìn)技術(shù)創(chuàng)新，開展科研技術(shù)攻關(guān)，研發(fā)了一系列新技術(shù)、新工藝、新材料。

在工程管理方面，積極運用BIM 施工管理技術(shù)，研發(fā)搭建了基于BIM+GIS 的三維管理平臺，實現(xiàn)數(shù)據(jù)自動采集、信息互聯(lián)互通和過程實時監(jiān)控，支撐各參建方協(xié)同管理、輔助決策，整體把控施工進(jìn)度，提高工作效率。

在施工建設(shè)方面，創(chuàng)建了“整體抽出式、局部壓入式”的綜合通風(fēng)技術(shù)、引進(jìn)了曝氣生物濾池（Biological Aerated Filter，簡稱BAF）污水處理技術(shù)、應(yīng)用了微震微損傷精準(zhǔn)爆破技術(shù)，為保證施工安全、減少環(huán)境污染和消除工程建設(shè)對文物不利影響，提供了必要、可靠保障[4]。

在質(zhì)量控制方面，采用了預(yù)應(yīng)力錨索技術(shù)和新型自黏式防排水一體技術(shù)，以及預(yù)應(yīng)力錨索注漿材料新配方，并首次創(chuàng)建了長壽命混凝土制備、澆筑和養(yǎng)護(hù)技術(shù)，以防止發(fā)生滲漏水、襯砌裂損、底部翻漿冒泥等危害，提高工程質(zhì)量、提升隧道的超長耐久性。

3.3 堅持使用新型大型先進(jìn)國產(chǎn)裝備，向世界展示中國裝備制造能力

在建設(shè)過程中，施工單位與重點工程裝備制造企業(yè)密切配合，投入使用了一批先進(jìn)機械裝備，重點配置了阿特拉斯全電腦三臂鑿巖臺車、三臂拱架安裝臺車、自動接桿錨桿鉆機、快速接桿錨索鉆機、混凝土噴射機械手等先進(jìn)的隧道施工機械化專業(yè)設(shè)備，設(shè)計研發(fā)了全液壓可調(diào)式超大斷面襯砌臺車，在為降低施工難度、保證工程進(jìn)度提供了必要保證的同時，也向世界展示了中國大型裝備的制造能力。

4 結(jié)語

綜上，京張高鐵八達(dá)嶺長城站的建成使用，在向世界展示了中國強大經(jīng)濟實力的同時，也向世界展示了中國速度和中國智慧，展示了中國強勁的科技創(chuàng)新能力和裝備制造能力。