王洪雨

(中鐵工程設(shè)計(jì)咨詢集團(tuán)有限公司,北京 100055)

1 項(xiàng)目背景

為了推動(dòng)高速鐵路發(fā)展和鐵路網(wǎng)整體布局,國(guó)家制定了《中長(zhǎng)期鐵路網(wǎng)規(guī)劃》,在建設(shè)過(guò)程中根據(jù)我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展需求,不斷優(yōu)化修訂,形成了2004年、2008年調(diào)整、2016年三個(gè)規(guī)劃版本,其中在2008年調(diào)整版的“四縱四橫”高速鐵路網(wǎng)基礎(chǔ)上進(jìn)一步深化為2016年版的“八縱八橫”高速鐵路網(wǎng)[1],在歷次版本中均有(北)京蘭(州)通道的總體規(guī)劃,北京至張家口高速鐵路(以下簡(jiǎn)稱“京張高鐵”)是京蘭通道的重要組成部分。

2 項(xiàng)目概況

2.1 研究過(guò)程

2008年12月,京張高鐵項(xiàng)目預(yù)可研工作正式啟動(dòng)；2009年3月至7月,分別完成初測(cè)及可研工作、定測(cè)及初步設(shè)計(jì)工作；2010年7月,項(xiàng)目建議書(shū)批復(fù)；2015年9月,項(xiàng)目可行性研究報(bào)告批復(fù)；2015年11月,初步設(shè)計(jì)批復(fù)；2016年3月,完成全線招投標(biāo)工作,全線工程開(kāi)工建設(shè)；計(jì)劃2019年底建成通車。

2.2 工程概況

京張高鐵位于北京市西北、河北省北部,本線起自北京北站,經(jīng)北京市海淀、昌平、延慶三個(gè)區(qū),跨官?gòu)d水庫(kù),河北省懷來(lái)縣、下花園區(qū)、宣化區(qū),西迄張家口站。正線全長(zhǎng)174 km,其中北京市境內(nèi)70 km,河北省境內(nèi)104 km。橋梁總長(zhǎng)66 km,隧道總長(zhǎng)49 km,橋隧比為66%。全線共設(shè)北京北、清河、八達(dá)嶺長(zhǎng)城(地下站)、張家口等10座車站,其中北京北、清河、張家口為始發(fā)終到站。崇禮鐵路自京張高鐵下花園北站接軌,途徑下花園區(qū)、宣化區(qū)、赤城縣、崇禮縣,大致呈南北走向,向北越嶺至太子城村設(shè)太子城站,預(yù)留進(jìn)一步向錫林浩特方向延伸的條件,線路全長(zhǎng)53 km,橋梁長(zhǎng)度16 km,隧道長(zhǎng)度23 km,橋隧比74%。京張高鐵及崇禮鐵路線路平面示意見(jiàn)圖1。

圖1 京張高鐵及崇禮鐵路線路平面示意

2.3 主要技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)(表1)

表1 京張高鐵及崇禮鐵路主要技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)

2.4 項(xiàng)目社會(huì)效益分析

京張高鐵是國(guó)家“八橫八縱”高速鐵路之京蘭通道的重要組成部分,與崇禮鐵路共同構(gòu)成京津冀城際鐵路網(wǎng)的重要組成部分,兼顧北京市郊客運(yùn)功能,同時(shí)也是國(guó)家舉辦2022年冬奧會(huì)的重要配套基礎(chǔ)設(shè)施。項(xiàng)目建成后,對(duì)于促進(jìn)京津冀地區(qū)協(xié)同發(fā)展,為2022年冬奧會(huì)賽事舉辦提供交通保障,帶動(dòng)沿線地區(qū)人員交流與旅游資源開(kāi)發(fā)等具有重要意義；同時(shí)作為京蘭通道重要組成和京昆通道有機(jī)組成,對(duì)于構(gòu)建西北寧夏及蒙西、晉北地區(qū)快速進(jìn)京通道,實(shí)現(xiàn)北京與張家口城際交通聯(lián)系,滿足延慶與北京市區(qū)市郊通勤等具有重要作用。

3 創(chuàng)新設(shè)計(jì)

3.1 總體創(chuàng)新思路

一項(xiàng)工程的整體水平首先要看設(shè)計(jì),設(shè)計(jì)是所有工作的靈魂和源頭,所以設(shè)計(jì)工程師在這方面下了很大的工夫,要?jiǎng)?chuàng)新首先應(yīng)該在理念上做足功課、下大力氣。鐵路運(yùn)輸?shù)谋举|(zhì)和目標(biāo)是什么？就是更好地為人民服務(wù),所以鐵路的設(shè)計(jì)、建設(shè)要始終堅(jiān)持“不忘人民鐵路為人民的初心,牢記打造高標(biāo)準(zhǔn)鐵路產(chǎn)品的使命”,特別是在新時(shí)代要充分體現(xiàn)高鐵客站建設(shè)的“暢通融合、綠色溫馨、經(jīng)濟(jì)藝術(shù)、智能便捷”十六字的新理念；另外，無(wú)論是路基、橋梁、隧道等線下工程還是通信信號(hào)等四電工程都有創(chuàng)新的設(shè)計(jì),如在京張高鐵設(shè)計(jì)中實(shí)現(xiàn)了首座滿足開(kāi)行時(shí)速350 km的高速鐵路鋼桁梁橋—官?gòu)d水庫(kù)特大橋；為了最大限度方便游客游覽八達(dá)嶺長(zhǎng)城,在軌面埋深達(dá)102 m的地下設(shè)置了建筑面積約4萬(wàn)m2的大跨度復(fù)雜洞室結(jié)構(gòu)的八達(dá)嶺長(zhǎng)城地下高鐵車站；跨越京藏高速公路的土木特大橋采用墩頂轉(zhuǎn)體設(shè)計(jì)技術(shù)獲得了國(guó)家發(fā)明專利；城區(qū)內(nèi)清華園盾構(gòu)隧道的全預(yù)制拼裝設(shè)計(jì)大大提高了施工效率,節(jié)省了工程投資,減少對(duì)周邊環(huán)境的影響,洞內(nèi)施工環(huán)境也極大改善；路基邊坡采用一體化的生態(tài)護(hù)坡系統(tǒng)[2],主要由錨桿、土工格室、立體防護(hù)網(wǎng)、雨水收集及智能灌溉組成；綜合視頻一體化的系統(tǒng)設(shè)計(jì)；世界上首次實(shí)現(xiàn)的時(shí)速350 km自動(dòng)駕駛技術(shù)(C3+ATO)[3]；全壽命周期的BIM設(shè)計(jì)[4-5]；太子城車站是世界上首個(gè)直達(dá)奧運(yùn)賽場(chǎng)的高鐵車站,旅客到達(dá)即置身于賽區(qū)之中。

3.2 因地制宜,技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)選擇多樣化

以往的鐵路設(shè)計(jì)原則上一條線一個(gè)標(biāo)準(zhǔn),在京張高鐵設(shè)計(jì)中打破常規(guī),結(jié)合項(xiàng)目沿線周邊環(huán)境、地形地貌特點(diǎn)、各方要求,因地制宜的合理選擇不同的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn),京張高鐵全線涵蓋了我國(guó)目前鐵路客運(yùn)時(shí)速120～350 km的全系列標(biāo)準(zhǔn)。其中設(shè)計(jì)時(shí)速200 km及以下標(biāo)準(zhǔn)線路占比18%,設(shè)計(jì)時(shí)速250 km標(biāo)準(zhǔn)線路占比46%,最高設(shè)計(jì)時(shí)速350 km標(biāo)準(zhǔn)線路占比36%[6-7]。如果說(shuō)老京張鐵路是“近代鐵路發(fā)展的里程碑”,那么新京張高鐵堪稱“當(dāng)代鐵路建設(shè)的教科書(shū)”。京張高鐵線路分段采用不同技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)情況見(jiàn)圖2。

圖2 京張高鐵線路分段采用不同技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)情況示意

3.3 全面實(shí)現(xiàn)精品工程

精品工程就是通過(guò)精心組織、精心設(shè)計(jì)、精心施工,打造出來(lái)的卓越不凡、品質(zhì)一流工程,其具有設(shè)計(jì)新穎,巧奪天工；安全可靠,適應(yīng)性強(qiáng)；技術(shù)先進(jìn),質(zhì)量無(wú)缺陷,經(jīng)得起時(shí)間和歷史的檢驗(yàn)；用戶滿意,社會(huì)認(rèn)可等特性和特點(diǎn)。通俗講就是要實(shí)現(xiàn)實(shí)體工程的“內(nèi)實(shí)外美”,既要保證工程質(zhì)量,又要在外觀上給人耳目一新的感受。京張高鐵著力打造了以90項(xiàng)工點(diǎn)為代表的精品工程品牌。

3.4 世界首條智能高鐵

智能高鐵[8]較為正式的定義是將云計(jì)算、物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)、BIM等先進(jìn)的現(xiàn)代化技術(shù),運(yùn)用到高鐵的建設(shè)和運(yùn)營(yíng)中,推動(dòng)鐵路從數(shù)字化向智能化方向發(fā)展[9],實(shí)現(xiàn)鐵路設(shè)備設(shè)施更加安全可靠,運(yùn)營(yíng)管理更加經(jīng)濟(jì)高效,客貨服務(wù)更加溫馨便捷,展現(xiàn)中國(guó)鐵路良好的社會(huì)形象。通俗的解釋就是實(shí)現(xiàn)旅客體驗(yàn)的溫馨便捷。京張高鐵的智能設(shè)計(jì)可分為智能建造[10-11]、智能列車、智能運(yùn)營(yíng)[12]三個(gè)部分,比如工程建設(shè)過(guò)程中采用的清華園盾構(gòu)隧道全預(yù)制拼裝結(jié)構(gòu)、八達(dá)嶺地下車站的精準(zhǔn)微損傷控制爆破技術(shù)、路基排水溝的滑模施工技術(shù)、橋梁的墩頂轉(zhuǎn)體技術(shù)等；以及智能大腦,工務(wù)、電務(wù)、供電系統(tǒng)智能管理與運(yùn)維,刷臉進(jìn)站,站內(nèi)機(jī)器人智能導(dǎo)航,wi-fi的全覆蓋,全方位的資訊服務(wù)等,在高鐵列車上就能看奧運(yùn)直播,讓旅客有一種全新的體驗(yàn)。

3.5 全面貫徹綠色、環(huán)保、文保發(fā)展理念

京張高鐵設(shè)計(jì)全過(guò)程遵循綠色的辦奧理念。全線開(kāi)展了綠色景觀設(shè)計(jì),結(jié)合京張沿線自然環(huán)境,創(chuàng)新性地提出了將全線劃分為五大景觀分區(qū)：城郊風(fēng)光、關(guān)塞風(fēng)光、大澤風(fēng)光、燕北風(fēng)光、雪國(guó)風(fēng)光(圖3),每個(gè)景觀分區(qū)都有代表性的工點(diǎn),同時(shí)以京張高鐵的設(shè)計(jì)為依托,打造制定了《鐵路工程綠化設(shè)計(jì)和施工質(zhì)量控制標(biāo)準(zhǔn)(北方地區(qū))》的新標(biāo)準(zhǔn)；為了不對(duì)官?gòu)d湖環(huán)境產(chǎn)生任何影響,專門設(shè)計(jì)了官?gòu)d橋雨水收集系統(tǒng),鐵路橋上的自然降水不會(huì)直接流入官?gòu)d湖,而是通過(guò)橋上排水系統(tǒng)收集到官?gòu)d湖兩岸的蒸發(fā)池中；清河站[5]采用了再生材料,通過(guò)采光管節(jié)約能源,還設(shè)計(jì)了密閉管道垃圾輸送系統(tǒng),可直接將垃圾通過(guò)管道輸送到市政排污系統(tǒng)中；京張高鐵所有車站均達(dá)到二星綠色鐵路客站標(biāo)準(zhǔn),通過(guò)細(xì)化設(shè)計(jì),清河站和太子城站在原二星的基礎(chǔ)上達(dá)到了三星綠色鐵路客站標(biāo)準(zhǔn),清河站同時(shí)符合LEED GOLD(綠色能源與環(huán)境設(shè)計(jì)先鋒獎(jiǎng)金獎(jiǎng))標(biāo)準(zhǔn)[13]；清河站設(shè)計(jì)在老站房原位新建車站,本著對(duì)歷史的尊重,也為了有效地保護(hù)清河老站房,設(shè)計(jì)采用了不拆除一磚一瓦的整體平移技術(shù), 建成后新、老站房將相互呼應(yīng),共同見(jiàn)證鐵路發(fā)展的百年滄桑。

3.6 首次提出文化概念的高速鐵路

在京張高鐵首次提出了文化設(shè)計(jì)的概念,同步開(kāi)展了全線的“一站一景”設(shè)計(jì),顧名思義,每一個(gè)車站都是一處風(fēng)景；除車站以外還對(duì)重點(diǎn)的隧道洞門、全(半)封閉聲屏障、官?gòu)d特大橋的景觀照明等進(jìn)行了專項(xiàng)設(shè)計(jì),使京張高鐵成為一道高速飛馳的靚麗的風(fēng)景線。與清華大學(xué)等高等院校合作打造并落位文化京張,使旅客在乘坐高鐵的同時(shí)感受中國(guó)文化、長(zhǎng)城文化、京張文化。

圖3 京張高鐵景觀分區(qū)示意

京張高鐵與老京張鐵路在同一個(gè)起點(diǎn)、同一個(gè)終點(diǎn)、同一條路徑,新的京張高鐵將老京張鐵路融入其中(圖4),特別是在北京北至昌平一段,老京張鐵路已成了京張高鐵不可分割的一部分,京張高鐵再一次賦予了老京張鐵路新的生命。110年前建成的老京張鐵路以著名的“人”字線(又稱“之”字線)實(shí)現(xiàn)了創(chuàng)新,挺起了當(dāng)時(shí)民族的脊梁,110年后的今天京張高鐵的修建,將“人”字發(fā)展為“大”字, 預(yù)示著偉大祖國(guó)必將更加強(qiáng)大、繁榮昌盛。

圖4 京張高鐵、老京張鐵路融為一體

圖5 八達(dá)嶺長(zhǎng)城站

4 典型工程

通過(guò)前文的介紹,相信讀者能大概了解到京張高鐵創(chuàng)新設(shè)計(jì)的特別之處,在此列舉一部分能夠體現(xiàn)上述特點(diǎn)的典型工點(diǎn)圖片(圖5～圖12)。主要有八達(dá)嶺長(zhǎng)城站、官?gòu)d水庫(kù)特大橋、清華園大直徑盾構(gòu)隧道、太子城站、清河站等。

圖6 八達(dá)嶺隧道進(jìn)、出口效果圖

圖7 清華園盾構(gòu)隧道全預(yù)制拼裝結(jié)構(gòu)

圖8 太子城站

圖9 石質(zhì)路塹生態(tài)護(hù)坡

圖10 生產(chǎn)生活房屋景觀設(shè)計(jì)

圖11 官?gòu)d水庫(kù)特大橋照明景觀設(shè)計(jì)(實(shí)景)

圖12 清河站主體鋼結(jié)構(gòu)細(xì)部BIM設(shè)計(jì)

5 結(jié)語(yǔ)

中國(guó)鐵路的發(fā)展已經(jīng)進(jìn)入了高質(zhì)量發(fā)展的新階段,由數(shù)字化向智能化轉(zhuǎn)變也是大勢(shì)所趨,京張高鐵作為我國(guó)智能高鐵的1.0版僅是一個(gè)新的開(kāi)端,隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步,相信鐵路會(huì)越來(lái)越智能,旅客體驗(yàn)也會(huì)越來(lái)越溫馨便捷,這就要求設(shè)計(jì)從源頭要更新理念,更加以人為本。京張高鐵在設(shè)計(jì)理念上全面創(chuàng)新,從契合綠色辦奧理念、靈活選用技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)、打造綠色環(huán)保人文高鐵、實(shí)現(xiàn)“精品工程、智能京張”目標(biāo)等方面入手更新傳統(tǒng)設(shè)計(jì)理念,為實(shí)現(xiàn)鐵路的可持續(xù)發(fā)展提供有效保障,京張高鐵將成為新時(shí)代中國(guó)鐵路繼京滬高鐵、青藏鐵路之后又一個(gè)劃時(shí)代、里程碑式的鐵路工程。希望今后的鐵路設(shè)計(jì)能以京張高鐵為一個(gè)新的開(kāi)始,不斷完善、豐富,為實(shí)現(xiàn)“交通強(qiáng)國(guó)、鐵路先行”的中國(guó)夢(mèng)增光添彩。