轨道工程北京市重点实验室:在科技的轨道上御

发布时间 2019-08-19

  高铁已成为中国走向世界的一张重要名片。而高铁除了要求良好的列车,还要有优质的线路。轨道正是保证高铁平稳运行的关键因素之一。

  而要提到轨道研究,就不得不提依托北京交通大学建设的轨道工程北京市重点实验室(以下简称“实验室”)。

  轨道工程研究领域有一句话:“规划是龙头,桥隧路基是基础,轨道是关键,交通环境决定线路与周边环境的和谐。”

  实际上,这也代表了实验室的四个研究方向——轨道交通规划设计与建设管理、复杂条件下的路基工程、新型轨道结构技术与工务管理、轨道交通工程建设环境影响与控制。

  高铁立硬币的例子,也是我国铁路建设中观念转变的一个侧例。“从前中国铁路致力于解决从无到有的技术问题,如今,如何保证轨道更高的平顺性,成为了我们的首要任务。”实验室主任高亮教授说。

  实验室副教授蔡小培解释,保证列车安全快速运行,就必须提供连续平顺的表面。理想状况下,钢轨越长越好,但是钢轨越长热胀冷缩越严重,温度每升高1摄氏度,就会产生近2吨的力,冬天易拉断,夏天易挤压,给轨道的平顺性带来很大的挑战。

  由高亮率领的科技部重点领域创新团队创立了列车—无缝线路—无砟轨道—下部基础空间耦合精细化分析理论及方法,经过产学研联合攻关,攻克了上述难题。无缝铁路在我国境内从最初的十几公里,到后来的几十公里,直至京沪高铁1300公里轨道实现了全线无缝。

  不仅如此,无缝技术还用在跨越长江、本港台现场报码视频黄河的多座特大桥甚至主跨达千米级的桥梁上,多项技术成果位列世界领先地位。

  虽然名为北京市重点实验室,但很显然他们的服务范围并不局限于北京。青藏铁路被称为“可以与长城媲美的伟大工程”,它是北交大人奉献西部的骄傲,也是实验室教授王连俊等人心中的丰碑。王连俊等人曾结合青藏铁路建设,常年进行冻土区的路基稳定性难题研究。

  “我国拥有各类环境条件,变化差异巨大,这就决定了路基的铺设要因地制宜。”这也决定了王连俊必须时常在路上。

  在东北,解决冻土变形导致火车降速问题;在西南,克服岩溶地区带来的监测不到位等问题;在华北、华东,破解由软土带来的“以桥代路”难题。王连俊等人需要面对各种挑战。

  被网友赐名为“宇宙第一换乘站”的北京西直门地铁站,换乘如迷宫,源自最初规划不足。由此也提醒了政府注重城市轨道交通的线网规划。

  “我们现在用模拟闸机的形式对西直门站进行规范,相信未来的换乘将更加便捷。”实验室教授时瑾说。小到直线、曲线如何合理搭配的地铁线路设计,大到实时掌握客流为换乘站优化、票价提供决策,都是时瑾等人的研究范围。

  除此之外,在首都机场线、国内第一条直线电机轨道交通——广州地铁4号线等建设中,他们也贡献了无数的心血和智慧。

  由副教授彭华牵头研究的线路邻近施工课题,最精彩的案例莫过于穿越北京公主坟地铁站的1号线号线地铁,上下两条线路实现了国际上首例零贴合相交,精确度控制在毫米级。这样的成果让世界惊叹!

  彭华介绍说,既要保证已有线路不中断、又要躲避地下原有的管线,更要保证相交线路安全,零距离穿越是大胆假设、小心求证之后的创举。

  绿色轨道是城市发展倡导的理念。在高亮看来,对绿色轨道的理解不光是种花种草,还包括与周边建筑与环境的协调。

  北京地铁经常临近或下穿一些医院、学校、古建筑、安装精密仪器设备的建筑等,要求必须进行振动与噪声控制。为此,实验室通过理论及大量的实验研究,提出了诸多应对措施,解决了多条线路振动与噪声问题,避免了地铁绕线,减少了对敏感地区及结构的干扰。

  地铁建设的很多思路来自大铁路。与城市轨道绿色环保一脉相承的是,铁路施工中的水土流失问题。

  实验室副教授陈祥介绍说,在现代铁路的修建中,尤其要注重施工期间不良地质体的探测。他举了一个亲身参与的例子,京沪线济南到徐州的路段多溶洞,过去对铁路要求不高,如今架设高铁,路基随时可能坍塌,“我们对它进行处理,采用注浆填充等方法,控制地基变形”。

  值得一提的是,实验室在上世纪90年代率先介入了线路周边环境的探测,目前是国内高校中唯一具有水土保持监测资质的单位。

  实验室副主任肖宏教授介绍,响应“一带一路”倡议,实验室近年不断派出教师为泰国、乌干达、利比亚、马来西亚、老挝、俄罗斯等国家的技术人员进行培训。

  作为“111”引智基地,他们还与美国铁路大学联盟签署协议,列入中美铁路研究中心。同时,中印、中俄也签订了类似协议。

  由实验室牵头的铁道工程关键技术国际学术会议,吸引了全球同行业人才,成为学术上的一张名片。