. 导语.
纪念中国工农红军长征胜利90周年大会22日上午在北京人民大会堂隆重举行。中共中央总书记、国家主席、中央军委主席习近平发表重要讲话强调,铭记历史方能开创未来。全党全军全国各族人民要更加紧密地团结在党中央周围,大力弘扬伟大长征精神,接续奋斗、砥砺前行,把革命前辈开创的伟大事业不断推向前进,在新的长征路上奋力创造新的辉煌。
万里远征,山河为证。这一惊天动地的革命壮举,是中华民族伟大复兴历史进程中的巍峨丰碑。九十年后,高铁飞驰,大道通衢,曾经的“卡脖子”被逐项突破,美好生活伴随大国基建、大国重器逐步实现。
没有路,就走出一条路。哪里被人扼住,就从哪里自主破局;哪有技术空白,就在建设一线补齐。这,就是中国铁建走好新时代长征路的生动实践。
亮丽名片——高速铁路
1978年10月22日,邓小平抵达东京,展开了为期8天的对日访问行程。这是我国国家领导人第一次访问日本。从东京去京都,他坐的是“光”号新干线,这是当时全世界仅有的两条高铁之一。记者追上来问感受,邓小平同志回答说:“就感觉到快,有催人跑的意思,我们现在正适合坐这样的车。”
那一年,中国没有一寸高速铁路。全国铁路营业里程刚过5万公里,跑一趟京广线要在绿皮车上晃一昼夜多。而日本新干线1964年就已通车。这道“被逼到没有退路、最后自己硬是走出路来”的题,中国铁路是把自己逼着解开的。作为勘察设计主力军,铁四院正是这场“产业长征”的排头兵。
《高速铁路》专业书籍
彼时,国内几乎找不到系统介绍高铁的专业书籍。在时任铁四院总工程师陈应先牵头下,铁四院11位第一代高铁研究者,在七十年代末启动资料搜集、翻译与整理工作,遍览日本、法国、德国的高铁技术文献,结合国内铁路研究基础,历时数年编撰《高速铁路》,1984年正式出版。
可以说,这是我国最早的关于高速铁路专著,系统梳理全球高铁发展脉络、线路、轨道、车辆等全套技术要点,成为国内高铁拓荒者人手一册的参考书,也为后来广深准高速铁路的设计打下理论根基。在还没有高铁工程实践的年代,这本书就是中国高铁产业最早的“技术种子”。
广深准高速铁路通车
1994年12月,中国第一条时速160公里的准高速铁路广深准高速建成通车,中国高铁的车轮开始缓缓启动……由此开始,铁四院针对高铁从设计标准,到勘察设计、路基工程、轨道等展开研究,最终形成了京沪高铁设计暂行规定,成为高铁设计的“开山之作”。
武广高铁跨东湖特大桥
2009年12月26日,由铁四院牵头设计的我国首条350公里时速千公里级高速铁路——武广高铁开通。武广高铁一次性建设线路长达968公里,满足350公里时速区段长达915.7公里,世所罕见。线路纵贯近千公里,跨越平原河网地区、低缓丘陵区、中低山区等不同的地形地貌单元多,不良地质地段多且复杂,路桥隧各种工程类型与处理措施齐全,各种无砟轨道类型齐全,是我国高铁建设最齐全的参考书,对促进我国高铁技术体系的完善,具有重要的实践意义。
京沪高铁
京沪高铁作为我国提出建设设想的第一条高铁,从前期研究到建成通车历时21年,仅论证过程就长达十多年。作为中国高铁的标杆和典范,京沪高铁创造了许多中国第一和世界第一,斩获国家科技进步奖特等奖。在这条当时世界上一次性建成里程最长、标准最高的高速铁路上,“和谐号”动车组列车创造了高达486.1公里的世界铁路运营线路试验第一时速;“复兴号”则成功实现时速350公里商业运营,标志着我国成为世界上高铁商业运营速度最快的国家。
我国首条设计时速350公里跨海高铁——福厦高铁
京沪、武广、郑西、广深港、杭黄、福厦……凭借多年研究先机,铁四院设计建成了中国60多条高速铁路。
四十多年时光,中国高铁运营里程从零增长至4.5万公里以上,占全球高铁总里程三分之二。当年新干线上那句“催人跑”的感慨,从一本白纸黑字的《高速铁路》起步,经过几代铁路人的接力攻坚,硬生生走出一条属于中国自己的高铁道路。
挑战极限——高原铁路
1959年1月,铁道部第一设计院(铁一院的前身)开了一场全院欢送大会。最后一批苏联专家杜达耶夫和扎布卡要回国了,台下不少中国工程师心里却空落落的——老师走了,以后的路该怎么走?
苏联专家向铁一院工程师讲解技术
那一年我们刚入门。后面真正的硬骨头——如何在青藏高原500多公里的多年冻土上运营铁路?全世界都没有成熟解法。
没有人带路了。或者说,全世界都没什么路可带。
铁一院勘察人员打下冻土区第一根中线桩
从那以后的几十年,铁一院就自己在冻土上一点点摸索。从2001年1月开始,铁一院每年都要在冬季和夏季,对青藏铁路多年冻土地段进行多次调查,对沿线布置的900多个测温孔进行连续地温观测。仅在勘测期间,铁一院就对青藏铁路的550公里冻土区域进行了15.47万米钻探、380公里的综合物探剖面。在此基础上,铁一院成功绘制出全世界首个大比例尺青藏铁路冻土地温分区图,将550公里冻土地段科学划分为从高温极不稳定到低温稳定的四种类型。
青藏铁路片石热棒组合路基
传统的思路是保护冻土,别碰它,让它维持原样。但青藏高原日照太强,常规保温措施挡不住热量渗下去。铁一院换了个方向:既然挡不住,那就主动给地基降温。片石通风路基、碎石护坡、热棒、通风管路基把地下热量导出来,把外界冷量传下去,实在不行的地段就以桥代路,减少对冻土扰动。最终采取了主动降温及被动保温综合施治措施,成功破解世界级冻土难题。整套“冷却地基、主动降温、保护冻土”的办法,是当时国际上没人系统提过的。
风火山隧道是个试金石。这座“建在冰山上”的隧道,以轨面海拔4905米创世界纪录,在建成通车的20年中,历经高原风霜雨雪的洗礼,隧道不沉降,不开裂,不渗漏,打破了西方媒体“青藏铁路过不了风火山”的预言。
数字更直接:西伯利亚大铁路冻土地段平均时速不足40公里,青藏铁路冻土地段跑到了时速100公里,翻了2倍多。
俄罗斯西北设计院院长伊万诺夫一行到铁一院考察交流
2007年,铁一院忽然接到原铁道部电话,说有俄罗斯代表要来洽谈。当时院里并没有接到任何勘察设计任务通知,接洽会上,时任院长问了一句:“你们怎么找到我们设计院的?”对方回答:“青藏铁路多年冻土技术已经取得成功,在全球都很有名气。我们在网上搜索青藏铁路的设计单位,之后给中国外交部发函,然后就到西安来了!”
2008年6月至7月,俄罗斯联邦交通部、俄罗斯铁路股份公司、俄罗斯国家铁路勘察设计院联合派出专家组,专程到青藏铁路考察。在铁一院的座谈会上,俄方专家直言:对于冻土问题,以前你们是学生,向我们请教;现在我们是学生,向你们请教——向你们致敬。
俄罗斯专家团在铁一院考察交流
可冻土研究并没有停下。青藏铁路通车之后,守护远比修建漫长。这20年,铁一院持续开展次生冻土病害调查整治与运营期冻土长期监测,仅在楚玛尔河地区布置的12个地温沉降监测断面,攒下25万组数据;北麓河观测站和沿线66个冻土变形监测断面24小时值守。冻土技术不断推广到全国寒区铁路、公路及市政工程,第八届冻土国际会议、第一届亚洲冻土会议、第一届寒区工程技术交流相继在中国举行。
一院人历经半个世纪,从无路可走到自成体系。所谓“被逼到没有退路,最后自己硬是走出一条路”,大抵如是。
国之重器——盾构机
2008年,广州狮子洋隧道内,一台进口盾构机突然停机。管片拼装系统出现抖动,整机直接罢工。中方前后请来三波外方专家,修了一个多月依旧没有解决。设备每停工一天,就要损失20多万元。外方还撂下话:如果中方擅自动手检修,后续将不再提供任何服务与质保。
被逼到进退两难的境地,中方团队还是决定自己拆开机器排查。七天七夜里,大家一边拆解零部件,一边啃读厚厚的外文说明书,最终找到了故障根源:仅仅是一个高出两毫米的劣质马达阀门芯。就这两毫米的误差,让昂贵的进口设备陷入瘫痪,也戳破了海外高端装备不可撼动的神话。
我国首条采用TBM掘进的特长铁路隧道——西康铁路秦岭隧道
这样受掣肘的经历,在早年国内隧道工程中并不是个例。2007年以前,盾构机的核心技术长期被德、日、美、加等少数国家垄断,国内高端盾构几乎完全依赖进口。1997年,为修建西康铁路秦岭隧道,国家耗费近7亿元引进两台进口掘进机;截至2006年,全国累计进口盾构机130多台,花费上百亿元。
处处被卡脖子,现实摆在眼前:想要发展地下工程,除了走自主研发这条路,我们没有别的选择。
2002年,盾构机被纳入国家863计划,国家级技术攻关正式启动。2008年,一场围绕要不要自主研制盾构机的论证会争论激烈:缺少成熟人才、缺少工程经验,现实的质疑声扑面而来。就在种种不确定之中,长沙一片荒泥滩之上,盾构产业基地破土动工。
全球最大的高端地下装备制造基地——铁建重工长沙第二产业园
2009至2010年,拥有完全自主知识产权的盾构机“开路先锋19号”顺利下线,月掘进可达600多米,国产化率达到87%。这台国产装备一经问世,直接倒逼当时均价1.5亿元的进口盾构机,在中国市场降价30%。
“京华号”盾构机
再到2020年,国产首台16米级的“京华号”问世,直径超过五层楼高。从6米到16米,我们走了十余年;而西方从布鲁诺尔发明盾构机算起,走了近两百年。国产盾构国内市场占有率,从不足10%跃升至90%以上。
全球直径最大、单体最重、承载最高的整体式盾构机主轴承
盾构机的“心脏”——主轴承,也曾是“卡脖子”难题。铁建重工联动产业上下游历时数年攻关,2023年10月直径8.61米、重62吨的全球最大盾构机主轴承在长沙下线,材料、工艺、设计、验证全部实现自主可控。研发团队甚至从古法“覆土烧刃”的工艺中寻找启发,攻克淬火温度不均的技术难题。
此后,16.64米超大直径盾构“江海号”、全球首台千米级竖井硬岩掘进机“钢铁脊梁号”接连下线,不断填补行业国际空白。铁建重工超大直径盾构机、竖井掘进机、TBM市场占有率全球第一,全球每10台盾构机中约有7台来自中国。
铁建重工自主研制盾构机出口意大利
如今,中国盾构机已经出口50多个国家和地区。意大利西西里岛铁路建设、秘鲁圣加旺水电站施工现场,都有中国盾构向前掘进。从2021年开始,全球全断面隧道掘进机制造商榜单上,中国企业连续5年位居全球第一。
敢为人先——水下隧道
二十世纪八九十年代,当英吉利海峡隧道、日本青函隧道的建设带来了人类地下空间开发的迅猛进步时,中国地下隧道,尤其是水下隧道发展几乎还是空白。
1998年,武汉市正式筹备武汉长江隧道项目。彼时,各方顾虑一直不断。不少外国专家质疑,中国人是否有能力攻克高水压、强透水、超浅埋等水下盾构掘进世界级难题,以及在长江江面下50多米深处,一次性成功穿越长江江底2500米?
武汉长江隧道施工现场
“外国人可以做到的,为什么中国人不可以?我们的技术差距究竟在哪里?”那年,中国工程院院士、铁四院肖明清只有28岁。他回忆,当时参与隧道设计的人员平均年龄不足30岁,开挖武汉长江隧道的每一个施工阶段,几乎都伴随着世界级技术难题的攻关,国内又没有现成经验,只有自己摸索研究,寻求技术突破对策。
四年工期,肖明清带领团队昼夜值守在施工现场,解决一个接一个难题:首次提出并采用“管片衬砌与非封闭内衬叠合结构”技术;在国内首次提出并采用“大直径盾构通用楔形环管片”技术、“盾构隧道管片接缝双道密封垫防水”技术、“盾构隧道段顶部排烟与底部疏散结合”技术……最终,成功破解了5大设计施工难题,取得10多项国家专利。
武汉长江隧道通车
2008年12月28日,武汉长江隧道通车运营,中国实现了“隧穿长江”的梦想。从武汉长江隧道起步,铁四院在大型水下隧道设计领域不断“破题”,主持了80余座水下隧道的设计与研究,开发了长江、黄河等强冲淤河床盾构隧道埋深设计模式、“顶部排烟+底部疏散”公路隧道工程布置模式等新理论与新技术,引领了隧道设计技术发展。
如果说武汉长江隧道圆了“过江”的梦,狮子洋隧道则把水下隧道抬上了高铁时代的门槛。
广深港高铁狮子洋隧道
2011年12月26日,广深港高铁通车,由铁四院设计的狮子洋隧道同步建成,这是世界首座高速铁路水下盾构隧道,三次穿江越洋,是国内最长的盾构隧道,也是世界上铁路行车速度最高的水下隧道。这条隧道直接把水下隧道带入高铁时代,打破了我国铁路“遇水架桥”的常规思维,开创了穿江越海“桥隧并举”的新局面。
金塘海底隧道效果图
此后,肖明清和团队在水下隧道领域不停地刷新着国内和世界纪录,针对隧道长距离、大直径、高水压、大埋深、复杂地质、多功能化和装备现代化的技术要求,创造了多个“第一”:武汉三阳路长江隧道——世界首座公铁合建的盾构隧道;扬州瘦西湖隧道——当时世界直径最大的双层盾构隧道;杭州市庆春路隧道——被誉为“钱塘江第一隧”;杭州钱江隧道——世界首次在强涌潮作用下修建的水下隧道;长沙市湘江大道浏阳河隧道——首座水下浅埋暗挖隧道;苏通1000kV特高压GIL越江隧道——水压最高的水下隧道;济南黄河济泺路隧道——世界首条穿越地上悬河的盾构隧道。在建中的青岛胶州湾第二海底隧道——世界规模最大的海底隧道;海太长江隧道——世界最长的公路水下盾构隧道;甬舟铁路金塘海底隧道——世界最长的海底高铁隧道……
中国铁建研发的四代换刀技术
水下盾构隧道施工,换刀是真正的鬼门关——盾构机刀盘在几十米深的水土压力之下,以前必须带压进仓,建设者要在高压环境里作业,加压、减压流程繁琐,业内管这叫“刀尖上跳舞”。后来,中国铁建人探索出被写进行业教科书的创新:常压换刀,此后十年又迭代出第二代、第三代,如今机器人换刀也成为现实。
回头看这条路,起点其实很朴素:没有退路,就只能往水里钻。当年第一台盾构机在长江之下小心翼翼向前掘进,到如今,国内盾构装备、隧道设计、风险控制形成完整自主产业体系。
江河不会自动让路,技术只能自己闯出来。中国水下隧道这场“产业长征”还在继续,面对更深水域、更复杂地质的新挑战,中国铁建仍在持续向前探索,不断绘制穿江越海的地下通道。
跨越山海,来路可鉴。过去的长征,红军用脚步丈量信念;今天的长征,铁建人用创新重塑山河。然而,这场“产业长征”没有终点,只有新的出发。
