2012年12月3日，哈大高鐵運(yùn)行的CRH380B高寒動車組以200公里時速飛馳沈。

2012年12月1日，哈大高鐵正式開通營運(yùn)，它是我國在高寒地區(qū)修建的首條、也是世界上第一條新建高寒高速鐵路，全長921公里，設(shè)計時速350公里，沿途共設(shè)23個站，經(jīng)過10個城市，東三省的主要城市自此連為一線，每年新增貨運(yùn)能力數(shù)千萬噸，大大緩解了哈大線運(yùn)輸緊張局面。

哈大高鐵是中國高鐵最先進(jìn)技術(shù)的集大成者，它的建成運(yùn)營成為中國向俄羅斯等高寒地區(qū)國家輸出“中國高鐵”的最有力說明。

哈大高鐵設(shè)計施工難度巨大，沿線冬季極端最低溫度零下40℃左右，最大積雪厚度30厘米，沿線土壤最大凍結(jié)深度達(dá)205厘米，讓我們來看看是如何克服高寒帶來的設(shè)備、技術(shù)問題的。

鐵路如何突破高寒難題

毫無疑問，突破嚴(yán)寒束縛是哈大高鐵最重要的環(huán)節(jié)。沈陽鐵路局的相關(guān)工作人員介紹，作為我國目前在高緯度嚴(yán)寒地區(qū)設(shè)計建設(shè)的標(biāo)準(zhǔn)最高的一條高速鐵路，也是世界上首條高寒地區(qū)建成運(yùn)營的高速鐵路，哈大鐵路突破了防凍脹路基、接觸網(wǎng)融冰、道岔融雪裝置等業(yè)界公認(rèn)的三大技術(shù)難題。

技術(shù)人員先后完成了高寒地區(qū)冬季凍土路基與涵洞防凍脹技術(shù)研究、高寒地區(qū)無砟軌道關(guān)鍵技術(shù)研究、接觸網(wǎng)融冰及道岔融雪等多項課題研究，為國內(nèi)高寒地區(qū)高速鐵路設(shè)計提供了技術(shù)支持。

東北地區(qū)由于冬夏季溫差巨大，容易出現(xiàn)凍土路基膨脹，這種現(xiàn)象就叫做凍脹。對此，哈大高速鐵路圍繞凍脹發(fā)生的三個要素：溫度、水分及土壤，實施多種路基與涵洞的防凍脹技術(shù)。例如，設(shè)置防凍層、隔斷層、防凍脹護(hù)道、支擋結(jié)構(gòu)物，在路基凍結(jié)深度范圍內(nèi)填筑非凍脹性填料。核心思想是控制路基中水的含量，讓水分冬天一凍，剛好把路基中的縫隙填滿，不會過度膨脹，這樣路基就不會隨著天氣變化出現(xiàn)凍脹循環(huán)。

在防凍脹技術(shù)方面，青藏鐵路的經(jīng)驗也十分值得借鑒。例如，青藏鐵路路基兩旁埋設(shè)了高效導(dǎo)熱的熱棒、熱樁，可以將熱量導(dǎo)出。在路基中鋪設(shè)的通風(fēng)管，可使土體溫度明顯降低，在通風(fēng)管的一端安裝自動溫控風(fēng)門，當(dāng)溫度較高時，風(fēng)門會自動關(guān)閉，溫度較低時，風(fēng)門自動打開，這樣可以避免夏季熱量進(jìn)入通風(fēng)管。在路基頂部和路基邊坡鋪設(shè)遮陽棚、遮陽板，可以有效地減少太陽輻射，降低地表溫度。不過，這些設(shè)備整體實施的成本也比較大。

實事求是地講，在凍土區(qū)和季節(jié)性凍土區(qū)修筑鐵路面臨的挑戰(zhàn)實在是太過巨大，即便采取諸多防凍脹技術(shù)，但也可能無法完全杜絕凍脹所遺留下來的問題。建成于20世紀(jì)70年代蘇聯(lián)時期的第二條西伯利亞鐵路在1994年的時候被發(fā)現(xiàn)線路病害率達(dá)27.5%，而運(yùn)營近百年的第一條西伯利亞鐵路在1996年接受調(diào)查的時候線路病害率為45%。

當(dāng)然還有一種辦法，就是架橋，在橋上鋪架鐵軌，但是架橋造價太高，在俄羅斯的高寒鐵路施工中可能不會被廣泛應(yīng)用。不過在全長921公里的哈大高鐵中，有2/3以上路段在高架橋上。

哈大高鐵建設(shè)中，在世界上首次實現(xiàn)了高寒地區(qū)高速鐵路采用多種結(jié)構(gòu)形式的無砟軌道。所謂無砟軌道，就是用混凝土、瀝青混合料等整體基礎(chǔ)取代散粒碎石道床的軌道結(jié)構(gòu)，其軌枕本身是混凝土澆筑而成，路基也不用碎石，鋼軌、軌枕直接鋪在混凝土路基上。

無砟軌道是當(dāng)今世界先進(jìn)的軌道技術(shù)，由于地處東北嚴(yán)寒地區(qū)，冰凍期長、溫差大，軌道結(jié)構(gòu)及部件的耐久性較為突出。為了解決嚴(yán)寒地區(qū)特殊惡劣的氣候條件下無砟軌道設(shè)計中存在的關(guān)鍵技術(shù)難題，技術(shù)人員在鐵道部科技司主持下開展了《嚴(yán)寒地區(qū)無砟軌道關(guān)鍵技術(shù)》等重大課題的試驗研究，內(nèi)容涉及嚴(yán)寒地區(qū)軌道結(jié)構(gòu)選型研究、無砟軌道選型研究及結(jié)構(gòu)設(shè)計、多種類型砂漿調(diào)整層、不同施工工藝的軌道板試鋪試驗研究，確定了哈大高鐵合理的軌道結(jié)構(gòu)型式、結(jié)構(gòu)設(shè)計參數(shù)、驗證了無砟軌道結(jié)構(gòu)及關(guān)鍵部件對嚴(yán)寒氣候條件適應(yīng)性，為無砟道結(jié)構(gòu)大規(guī)模應(yīng)用提供了科學(xué)數(shù)據(jù)和技術(shù)支持。

以道岔融雪為例，大連至哈爾濱全線最大積雪厚度在17至30厘米間，由于風(fēng)向和風(fēng)速問題，沿線還存在產(chǎn)生風(fēng)吹雪災(zāi)的可能。積雪融化時間長，道岔易受雪埋，冬季道岔積雪清掃問題比較突出。如果道岔尖軌與基本軌間積雪不及時清掃，道岔動作時將會使積雪擠壓成冰狀，可能造成尖軌不密貼，使列車進(jìn)路受到影響。

為了保證高速行車安全暢通，必須保證道岔尖軌與基本軌間處于無雪無冰狀態(tài)，道岔轉(zhuǎn)動靈活，尖軌與基本軌保持密貼，沿線各車站（場）、線路所、動車所共計27個車站（場、所）必須全部設(shè)置道岔融雪裝置。

道岔融雪簡單說來就是為道岔加熱，裝置由室內(nèi)室外兩部分組成。主要設(shè)備有專門為道岔轉(zhuǎn)轍部位、可動心和道岔外鎖閉部位配置的道岔融雪加熱元件，車站（場、所）咽喉區(qū)設(shè)置融雪控制柜、隔離變壓器、軌溫傳感器、雨雪傳感器等設(shè)備和傳輸電纜、控制電纜，采用具有客運(yùn)運(yùn)用經(jīng)驗的電加熱方式，主要部件采用國產(chǎn)化產(chǎn)品。

調(diào)度中心和各車站裝有遠(yuǎn)程和車站兩級控制的終端設(shè)備。既可以自動啟動，也可以手動操作。由于極端溫度下的耗電量大，設(shè)計采用了專用動力變壓器為融雪裝置獨立供電。哈大高鐵采用了分咽喉分散供電的方式，大大減少了電能傳輸過程中的損耗。該系統(tǒng)設(shè)備參考哈爾濱樞紐融雪系統(tǒng)試驗站試驗驗證結(jié)論，在傳統(tǒng)電加熱方式基礎(chǔ)上合理配置了加熱功率，使系統(tǒng)運(yùn)用更加可靠。

哈大高速鐵路地處我國東北，冬季寒冷多霧雪。在白天，由于列車運(yùn)行接觸導(dǎo)線有電流通過時不易結(jié)冰，但到了夜間，高鐵線路需綜合維修，沒有列車運(yùn)行，這時接觸網(wǎng)容易出現(xiàn)覆冰，進(jìn)而影響接觸導(dǎo)線壽命，嚴(yán)重時造成接觸網(wǎng)系統(tǒng)破壞，引起列車晚點和失去動力。為了解決接觸網(wǎng)覆冰造成的供電故障和除冰難題，技術(shù)人員開展了哈大高鐵專線接觸網(wǎng)融冰技術(shù)研究，對接觸網(wǎng)覆、融冰機(jī)理進(jìn)行了深入的理論研究和現(xiàn)場試驗驗證，取得了融冰電流、時間與環(huán)境溫度、風(fēng)速等因素的相關(guān)經(jīng)驗公式、導(dǎo)線臨界融冰電流曲線、導(dǎo)線安全性校驗方法等一系列成果。在此基礎(chǔ)上，他們提出了適應(yīng)各種環(huán)境，并且不影響動車運(yùn)行的交流融冰方案和接觸網(wǎng)覆冰在線監(jiān)測系統(tǒng)方案。

同時他們還研討了接觸網(wǎng)覆冰情況的在線監(jiān)測，使運(yùn)營管理人員在室內(nèi)即可了解現(xiàn)場的覆冰情況。該系統(tǒng)通過在線監(jiān)測裝置、通信設(shè)備、覆冰在線監(jiān)測主機(jī)等將接觸網(wǎng)的圖像、環(huán)境溫度濕度、風(fēng)速、風(fēng)向、導(dǎo)線溫度等數(shù)據(jù)上傳至覆冰在線監(jiān)測系統(tǒng)，監(jiān)測軟件系統(tǒng)則運(yùn)用視頻能分析技術(shù)、覆冰厚度經(jīng)驗公式等分析得出接觸網(wǎng)的覆冰情況，分析得出融冰電流和融冰時間，為接觸網(wǎng)融冰提供重要參考，便于管理人員及時采取融冰、除冰措施，為鐵路安全運(yùn)行提供保障。

有了相關(guān)的技術(shù)支持，還需要架設(shè)接觸網(wǎng)導(dǎo)線，將電力輸送給動車組列車，提供牽引動力的“導(dǎo)體”。而架設(shè)接觸線則是哈大高鐵電力工程建設(shè)的關(guān)鍵步驟之一。工程要求精度非常高，例如接觸線每米自身平直度誤差要控制在0.1毫米范圍內(nèi)。工程人員經(jīng)過多次技術(shù)攻關(guān)，終于達(dá)到了平直度僅為0.02毫米的精確度。

耐寒神車CRH380B

即使行駛在零下近40攝氏度的低溫環(huán)境下，車輛安全依然能夠安全運(yùn)營，車廂內(nèi)更是溫度宜人。完全滿足這樣的需求的正是CRH380B型高寒動車組這樣的耐寒神車。作為目前世界上適用于零下40℃高寒地區(qū)運(yùn)營速度最高的動車組，研發(fā)團(tuán)隊在調(diào)查分析了哈大高鐵沿線近30年的氣象記錄，發(fā)現(xiàn)這一地區(qū)的最低氣溫紀(jì)錄是零下37.3℃，于是決定將動車組的適應(yīng)最低氣溫鎖定在零下40℃。

為了能在零下40℃至零上40℃的環(huán)境中運(yùn)行，也為了阻攔風(fēng)雪攻入車下設(shè)備艙造成車輛故障，CRH380B型高寒動車組用特殊材料設(shè)計了具備自然通風(fēng)功能的封閉型防雪設(shè)備艙，即使車外暴雪肆虐，車內(nèi)一直保持著人體最佳適應(yīng)的22攝氏度。

列車從冰凍環(huán)境瞬時進(jìn)入濕熱環(huán)境的時候，暖濕氣流與低溫車體相遇，車體設(shè)備以及管路之間會產(chǎn)生冷凝水，可能導(dǎo)致電氣原件發(fā)生短路或損壞。為了解決這個問題，CRH380B型高寒動車組在車體、設(shè)備艙、管理系統(tǒng)上采用多項冷凝水防護(hù)和處理技術(shù)，使得冷凝水能及時排掉，成功跳出“冷凝水陷阱”。

2012年12月3日，東北地區(qū)開始新一輪強(qiáng)降雪，新開通的哈大高鐵迎來了暴風(fēng)雪的首次“實戰(zhàn)考驗”。

CRH380B型高寒動車組還設(shè)計有門廊加熱系統(tǒng)、司機(jī)室擋風(fēng)玻璃加熱系統(tǒng)、凈污水管路伴熱系統(tǒng)，在衛(wèi)生間更增加收集洗手盆排水的灰水箱，灰水最終收集到車下污物箱中，避免直接排到車外。

用高寒動車組的制造企業(yè)——中國北車長客股份公司設(shè)計團(tuán)隊的話來介紹：“它能將列車飛奔刮起的凜冽狂風(fēng)和漫天飛舞的暴雪攔截在車外，能讓車內(nèi)乘客在溫暖舒適的室內(nèi)，通過‘減速’玻璃欣賞窗外的雪域風(fēng)光，能夠阻止列車中的洗手池、廁所等用水凝結(jié)成冰，確保列車高速運(yùn)行時材料、結(jié)構(gòu)、控制系統(tǒng)均充分適應(yīng)極度低溫環(huán)境?！?/p>

為了達(dá)到防寒防凍的目的，哈大高鐵車廂進(jìn)行了全方位的防寒隔熱優(yōu)化——車廂地板增加6毫米的納能材料;衛(wèi)生間地板和電氣柜下增加防寒材料;車廂內(nèi)各部件與車體連接處采用隔斷熱橋結(jié)構(gòu)……

通過這些改造，CRH380B型高寒動車組在高寒的環(huán)境中運(yùn)行，不必增加采暖功率就能提供近22攝氏度的車內(nèi)溫度，保證旅客在冬季的最佳舒適性。

實際上，針對高寒地區(qū)特殊環(huán)境，原鐵道部專題組織了22項科研課題，解決了路基“凍脹”控制技術(shù)難題。研制了適應(yīng)低溫運(yùn)營環(huán)境的高寒動車組，掌握了牽引供電、通信信號等設(shè)備低溫適應(yīng)性技術(shù)，形成了高寒地區(qū)高速鐵路成套技術(shù)。

“相關(guān)技術(shù)都經(jīng)過了試驗驗證和運(yùn)行試驗，在運(yùn)行試驗期間動車組最高試驗時速達(dá)到385公里。哈大高鐵的建成通車，標(biāo)志著我國已經(jīng)掌握了在高寒地區(qū)修建高速鐵路的技術(shù)?！?鐵道部科學(xué)技術(shù)司司長周黎表示。

從“哈大”到走出國門

2014年10月14日，李克強(qiáng)總理與梅德韋杰夫共同參觀“開放式創(chuàng)新”莫斯科國際創(chuàng)新發(fā)展論壇展覽。在中國自主研發(fā)的新一代高速動車組展臺前，梅德韋杰夫詢問這種高鐵是否能在高寒地區(qū)運(yùn)行？李克強(qiáng)總理自豪地說，中國高鐵擁有在高寒地區(qū)運(yùn)行的豐富經(jīng)驗，技術(shù)有保障，完全能在俄羅斯西伯利亞的荒野上生存下來。

總理這樣說自然是有底氣的。自從2012年12月1日開通哈大高鐵以來，在這條自然環(huán)境惡劣的線路上，哈大高鐵已經(jīng)安全運(yùn)營了將近3年時間。哈大高鐵按照冬、夏季兩個列車運(yùn)行模式，分別按時速200公里和300公里兩個速度等級開行列車，從哈爾濱到大連的旅途時間從過去的13個小時縮短到3個小時。

高寒動車CRH380B型。

而世界上首條全線位于高寒地區(qū)的高鐵線路齊哈客運(yùn)專線也于今年8月正式通車運(yùn)營。動車駛出哈爾濱北站后僅僅3分鐘，時速就提升至240多公里，運(yùn)行80分鐘后抵達(dá)齊齊哈爾南站，比以往的火車運(yùn)行時間縮短了一半多。

由此看來，哈大鐵路實在是杠杠滴，中俄高鐵合作空間到底有多大呢？

俄羅斯存在著高鐵市場的剛性需求，根據(jù)俄羅斯2030年前鐵路交通發(fā)展戰(zhàn)略，俄羅斯有意建設(shè)2萬公里新鐵路，其中包括5000公里高速鐵路。然而，目前俄羅斯運(yùn)行的高速鐵路僅有一條為2014索契奧運(yùn)會修建的連接奧運(yùn)雪山館和奧運(yùn)主場館的索契高速鐵路，全長163公里，運(yùn)行時速僅為180公里。另外，俄羅斯還有三條正在運(yùn)行的動車線路：莫斯科到圣彼得堡、圣彼得堡到芬蘭赫爾辛基、莫斯科到下諾夫哥羅德，不過這三條線路是在既有鐵路上改造而成，因此算不上嚴(yán)格意義上的高寒高鐵。以其中運(yùn)行速度最高的莫斯科到圣彼得堡的“游隼號”（由德國西門子制造，僅可在俄羅斯的寬軌軌距中運(yùn)行，適用于當(dāng)?shù)靥厥獾臍夂驐l件）為例，“游隼號”以250公里的最高時速運(yùn)行的持續(xù)時間不到20分鐘，很難稱得上是一條高鐵線路。

俄羅斯目前規(guī)劃中的高鐵項目主要包括：莫斯科—圣彼得堡高鐵項目（高鐵1號線），線路全長為658公里，設(shè)計時速為400公里，預(yù)計2018年前建成;還有一條是莫斯科—葉卡捷琳堡高鐵項目（高鐵2號線）?！澳箍啤ι礁哞F”是俄羅斯2008年11月頒布的《2030年運(yùn)輸發(fā)展戰(zhàn)略規(guī)劃》的組成部分，未來將延伸至葉卡捷琳堡。項目總里程770公里，最高設(shè)計時速400公里，軌距為1520毫米。鐵路建成后，莫斯科—喀山間列車運(yùn)行時間將從現(xiàn)在的14小時壓縮至3.5小時。

2015年6月18日，張高麗副總理與俄羅斯第一副總理舒瓦洛夫共同見證了《莫斯科至喀山高鐵項目勘察設(shè)計合同》的簽署，為中俄加強(qiáng)經(jīng)濟(jì)合作注入的一劑強(qiáng)心劑。莫斯科至喀山高鐵項目也成為中國高鐵走出國門的第一單，標(biāo)志著中俄在共建絲綢之路經(jīng)濟(jì)帶的實踐中邁出了具有深遠(yuǎn)意義的一步。

據(jù)測算，莫斯科—喀山高鐵項目，不含增值稅項目造價高達(dá)10683億盧布（213億美元）。中國將提供部分融資。未來規(guī)劃中，莫斯科—喀山高鐵還將從喀山出發(fā)，向東到葉卡捷琳堡，而后經(jīng)過阿斯塔納，直至中國新疆烏魯木齊，從而連接上蘭新客專、寶蘭客專、西寶客專后融入中國“四縱四橫”高速鐵路網(wǎng)絡(luò)，再通過鄭徐、京滬、京廣、滬漢蓉、哈大等高鐵，直達(dá)中國的北京、上海、廣州、成都、哈爾濱等重要城市。從莫斯科往西未來還可以通過莫斯科—圣彼得堡高鐵、圣彼得堡—赫爾辛基等線路到達(dá)歐洲大陸。

新絲綢之路經(jīng)濟(jì)帶從東邊通過中國聯(lián)著亞太經(jīng)濟(jì)圈，西邊通過俄羅斯聯(lián)著歐洲經(jīng)濟(jì)圈，被認(rèn)為是“世界上最長、最具有發(fā)展?jié)摿Φ慕?jīng)濟(jì)大走廊”。莫斯科—喀山高鐵將為沿線國家和新絲綢之路經(jīng)濟(jì)帶輻射地區(qū)的經(jīng)濟(jì)貿(mào)易交流提供一條便捷的大通道，對于改善沿線交通基礎(chǔ)設(shè)施，擴(kuò)大中俄經(jīng)貿(mào)合作等具有重要意義。

除此之外，高鐵沿線經(jīng)過的莫斯科、弗拉基米爾、下諾夫哥羅德、切博克薩雷和喀山等重要城市，有克里姆林宮、莫斯科紅場等眾多自然和人文景觀，將形成極具魅力的黃金旅游帶，有利于整合區(qū)域旅游資源，加快沿線旅游業(yè)的發(fā)展。據(jù)預(yù)測，2020年總客運(yùn)量將達(dá)到1050萬人次。

在莫斯科—喀山高鐵展現(xiàn)出迷人前景之前，通往中、朝、俄邊境，被譽(yù)為“東北最美高鐵”的吉（林）圖（們）琿（春）高鐵也已于9月20日正式開通運(yùn)行，這意味著中國首條通往俄羅斯和朝鮮邊境的高鐵全線貫通。 按照現(xiàn)有的鐵路運(yùn)行圖，吉圖琿高鐵已與哈大高鐵、盤營高鐵、沈丹客專和丹大快速鐵路等共同構(gòu)成東北地區(qū)鐵路快速客運(yùn)網(wǎng)。同時，它也是少有的直通中國邊境地區(qū)的高鐵，這條線路向東可以與朝鮮羅津港、俄羅斯符拉迪沃斯托克自由港相連，向西可以與蒙古國喬巴山、俄羅斯相連，從而構(gòu)建成為新的歐亞大陸橋。

中國在哈大高鐵上的技術(shù)突破，無疑將助推中國高鐵走進(jìn)包括俄羅斯在內(nèi)的高寒地區(qū)的市場，為這一地區(qū)的發(fā)展注入新的動力。