冻胀难题下的奇迹之路

    □ 杨奇越

    伴随着一阵轰鸣，G770次动车组刺破零下20摄氏度的寒风，飞速驶过松花江特大桥，车轮卷起的雪花在空中划出一道银色弧线。一次偶然的机会，我跟随铁一院地路院副总工程师杨西锋来到哈尔滨西站，沿着哈大高铁开展走访调研。

    “熟悉的车站，熟悉的温度，熟悉的寒风。我好像又回到了20年前。”杨西锋感慨道。

    哈尔滨西站——跨越20年的故地重游

    自2005年铁一院全面启动哈大高铁勘测工作以来，杨西锋全过程参与了项目可行性研究、初步设计、施工图设计、配合施工以及设计回访等各个阶段，对脚下这片黑土地充满了感情。

    回想起初次接到项目勘测任务的时候，杨西锋笑着说：“那时候我和你一样，正是三十岁的年纪，能参与这个项目让我非常激动与振奋，然而内心深处却倍感压力。”

    根据线路规划，哈大高铁横跨我国辽宁、吉林和黑龙江三省，纵贯8个纬度，年平均气温低于10摄氏度，极端最低温度可达零下40摄氏度，土壤冻结持续时间接近半年，工程区域地质条件复杂，设计建设难度巨大。

    “地处这样的气候环境中，哈大高铁首先要解决的就是路基防冻胀问题。”杨西锋边走边介绍，“冻胀本质上是一个很正常的自然现象，引起冻胀需要同时满足水、低温和容易冻胀的土这三个基本要素。水在0摄氏度以下时由液体变成固体，体积会发生10%左右的膨胀。因此，在低温环境中，土里的水分结冰，进而引起土体膨胀，这就是冻胀现象发生的基本原理。”

    冻胀现象在全球寒冷地区普遍存在，而在哈大高铁沿线观测到的最大冻胀量高达28.7毫米，让正在开展路基设计的铁一院设计团队感到了前所未有的压力。

    成高子站——探寻高铁防冻胀技术之源

    2005年正值我国高铁建设发展的初期，国内尚未掌握成套的高铁路基防冻胀技术。事实上，在哈大高铁建设之初，世界上还没有在高寒地区成功修建高铁的先例。相关技术经验很大程度都得益于铁一院青藏铁路的研究成果。

    多年来，铁一院三代勘察设计者深耕雪域高原，成功攻克“多年冻土、生态脆弱、高寒缺氧”三大世界难题，积累了大量技术成果与宝贵经验，成为支撑哈大高铁技术研究的坚固基石。

    为攻克防冻胀路基这一技术难题，铁一院主持研究了《严寒地区无砟轨道关键技术研究》科研项目，并在成高子站建立试验段，对防冻胀措施开展研究和验证。

    “之所以选择成高子站，是因为我们需要在当地已经运营的铁路线上开展研究，这是对哈大高铁沿线条件的一种模拟。”杨西锋说，“无论什么防冻胀措施，只有经过列车真实的测试，才能检验技术是否成熟。”

    我跟随杨西锋来到了位于哈尔滨市香坊区境内的成高子站，见到了正在开展铁路养护工作的工长杨义。

    “杨工您好，我是铁一院哈大高铁的路基设计师。”杨西锋握住杨义的手说，“十七八年以前，我们在成高子站建立了一段无砟轨道试验段，今天想来了解一下车站路基的使用情况。”

    “我们成高子站除了试验段是无砟轨道以外，其他都是有砟轨道，二者对比差异还是挺明显的。”杨义沿着铁轨边走边说。他蹲在既有的有砟轨道一侧，指着铁轨下方的垫片说道，“我们这边气温低，左侧钢轨冻得已经顶起来了，右侧没有顶起。为了保证轨道的平顺性，我们在右侧垫了7毫米的垫片。春天气温升高，我们还需要把垫片撤出来。”

    “在成高子站有三五百米的有砟轨道路基段落都存在这样的冻胀问题。一对比，这个无砟轨道试验段的效果老好了。我在成高子干了十来年，还没有在这里垫过垫片呢！”杨义笑着说。

    据了解，技术团队围绕排隔水和换填不冻胀土这两方面，在成高子站试验段做了大量工作。在排水盲沟设计过程中，技术团队查阅地质资料，开展现场勘探，确定了盲沟的埋藏深度，并在盲沟出水口处增加保温措施，确保土体冻结范围以内的水分可以顺利排出。与此同时，技术团队通过多轮试验，确定了改性沥青的防水材料，显著提升了隔水效果。

    “隔排结合，才能尽可能消除冻胀带来的不利影响。哈大高铁路基防冻胀措施就是在这个试验段的研究基础上优化改进而来的。”杨西锋介绍道。

    长春西站——为高铁“加盖棉被”

    我还陪同杨西锋一行来到长春西站，在长春高铁基础设施段职工张工的陪同下，一起调研车站路基使用情况。

    长春西站车水马龙，一辆辆动车组频繁进出站台，几乎刚送走一辆，下一辆就已缓缓驶入。在候车大厅里，旅客们熙熙攘攘，比肩接踵。整个车站充斥着此起彼伏的说话声、广播的播报声和列车摩擦轨道的轰鸣声，交织成一曲热闹非凡的出行乐章。

    张工指着脚下的钢轨问道：“我听前辈们说，长春这一带是哈大高铁沿线冻胀问题最严重的路段之一，为什么这里冻胀最严重？”

    “因为长春地下水丰富，冬季漫长，广泛分布着容易冻胀的粉质黏土地层，同时满足了冻胀三要素。”杨西锋从大衣兜里掏出设计图，在纸面上比画着，“根据哈大高铁设计方案，长春西站路基段属于长挖方段落，设计为四线并行，因此路基面宽，排水条件差，冻胀问题则更为突出。”

    “现场调查冻胀只有在冬季，而且是在天气最冷的时候。记得有一次户外调查，温度达到了零下30摄氏度。”杨西锋开玩笑地说，“出去调查还不如不穿衣服，因为在野外无论你穿多厚的衣服，不出半个小时一定会被冻透，跟没穿衣服一个样。即使这样，大家还是坚守岗位，成功查明了工程区冻胀的基本要素。”

    据了解，长春西站路基段落设计方案不仅沿用了成高子站试验段的防冻胀技术研究成果，在采取横纵向排水盲沟排水和换填不冻胀填料两种措施的基础上，设计应用了一种新型保温板保温措施。“这层保温板厚约10厘米，埋深约40厘米，就像给高铁加盖了一层棉被”，杨西锋说，“在这三种措施的相互协同作用下，最终达到了防止路基冻胀的目的，保证了哈大高铁的顺利开通。”

    从2006年开始，直至哈大高铁通车运营后的十多年时间，铁一院以哈大高铁为依托，围绕路基冻胀问题，先后主持或参与了《严寒地区无砟轨道关键技术研究》《寒区客运专线路基及涵洞防冻胀技术研究》《寒区铁路路基防冻胀结构及设计参数研究》《哈大高铁运营长期连续观测技术及冻胀整治技术研究》等七项科学实验研究，为彻底解决哈大高铁冻胀问题打下了坚实基础，并获得国家级科技进步奖二等奖1项，各类省部级以上科技奖10余项。

    重走哈大高铁沿线，深切感受到它不仅让旅客的出行更加便捷高效，为区域经济的腾飞插上了翅膀，还带动了旅游、商贸等多领域的繁荣发展，让东北这片广袤的黑土地焕发出勃勃生机。

    哈大高铁在岁月长河中静静诉说着奋斗与奇迹的故事，激励着新一代一院人，向着更美好的未来，无畏前行。作者单位：铁一院