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——探访新疆首条高铁防风工程 从乌鲁木齐到哈密，自西向东，吐鲁番、鄯善等片片绿洲，点缀在一望无际的茫茫戈壁。
烟墩风区、百里风区、三十里风区、达坂城风区，使这里成为我国乃至世界上风灾最严重的地区之一。其中百里风区、三十里风区部分区段，年均大于8级大风的天气达到208天，最大时速60米/秒，相当于17级风，以致既有线列车曾在这里被大风吹翻。“资料表明，在没有防风措施的情况下，百里风区、三十里风区列车每年停运达80天左右，需限速运行约260天左右。”兰新铁路新疆公司董事长、总经理拉有玉说。
如今，新建兰新第二双线新疆段、一条时速200公里以上、长710公里的高速铁路线，已横亘在这条古丝绸之路上，将于近期开通运营。乘火车从哈密到乌鲁木齐，将从6小时压缩至3小时。
在大风中高速行驶的动车将怎样避风？常年处于干旱大风状况下的轨道道床板如何避免开裂？轨道上如何减少积沙？“710公里长的新疆段，有防风工程的路段就长达462公里，占线路总长的65%。这些防风工程技术的运用在我国高速铁路建设中尚属首次，规模在世界上也是最大的。”历数这些数字，拉有玉十分自豪。
9月22日，记者远赴新疆，探访了新疆首条高铁防风工程的建设。
挡风墙、挡风屏和“防风明洞”，防风“三大法宝”
乘汽车从乌鲁木齐市出发，沿连（云港）霍（尔果斯）高速公路，向着哈密，一路东行。公路旁看到的这条钢铁巨龙，忽而横亘在戈壁中，忽而飞架于河流上，忽而穿梭到公路顶，忽而洞穿进天山里。
进入风区，轨道两侧，出现一道钢筋砼、耐候钢建结构，约四米高的“挡风墙”，赫然矗立在广袤的大漠里，蔚为壮观。
“全线345公里的路基，全是这样的‘挡风墙’。”兰新铁路新疆公司工程管理部部长马西章说。
距乌鲁木齐东385公里，便到了百里风区著名的魔鬼城。因缺水，这里方圆几百公里是一大片无人区。在太阳的强射下，戈壁上的砾石被灼烤得似在冒烟。
从“十三间房”出口处，走30多公里的戈壁便道，来到兰新第二双线上的十三间房特大桥工地。“这个地方是Ⅴ级风区的核心区域，因线路是东西走向，大桥两头被天山夹峙，处于一个巨大的风口，风与桥几乎垂直。”中铁四局兰新二线指挥部党工委副书记、副经理翁赋勇描述说：“大风刮过来，越野车迎风侧的玻璃和漆，瞬间便会碎掉，异常骇人。”
“这座特大桥的桥梁为槽形梁，并安装了由不同尺寸的H型钢柱和开孔波形钢板组成的挡风屏，十分牢固。”据马西章后来介绍，全线124座桥梁，均是采用这种方式防风。
沿线还看见，路基两傍，有许多用小石子做成的方格，方格内间或有低密的绿植，十分齐整。“这是起固沙作用的。除了这类固定建筑形式，我们正在研制机械除沙设备，用以运营后线路除沙。”拉有玉说。
距十三房特大桥不远，则是一座由钢筋砼拼接成的地上隧道。“这是防风明洞，长1.2公里。”顺着翁赋勇的手指，记者看到，在这座钢铁隧道严实地包裹下，轨道路基就像穿了一层厚厚的铠甲。
钢筋混凝土挡风墙、桥梁上的挡风屏，以及“地上隧道”俨然成为兰新第二双线新疆段严防死守的三大法宝。
“今年5月，兰新第二双线新疆段开启联调联试时，经受住12级大风考验。”拉有玉说，在防风工程的保护下，11级风下，高速列车可以200—250公里时速运行；13级风下，列车可以120公里时速运行。在百里风区，可能出现的停轮天数将减少到10天左右。
大风观测、风洞试验、数值模拟，寻找设计参数
钢筋混凝土挡风墙、桥梁上的挡风屏，以及“地上隧道”是怎样设计出来的？其科学依据是什么？
“这条线防风措施的设计原则是，在经济实用的前提下，做到极端情况停轮、一般情况少停轮少限速、积沙快速清理等。”铁道第一勘测设计院兰新二线设计总体王正邦向记者说。
设计开始前，铁一院先后在风区新建19个观测站，结合已有气象资料，首次按一定时间内的风速、瞬时风速、频率、地形等指标，把线路所经的风区由低向高分成Ⅰ—Ⅴ区。
充分掌握大风环境资料后，他们便开始与中南大学、西南交大、兰州交大等院校一起开展科学研究，通过数值模拟分析、风洞试验和室内外实验等手段，开展了路基、桥梁、明洞、接触网防风及大风预警技术研究，为有关设计参数的选取提供了科学依据。
比如，他们得出了一个挡风墙合理位置，即为距迎风侧线路中心5.7米。为什么？负责路基专项设计的李鲲对记者解释说，当这一距离位置为5.7米时，动车组运行的气动力最小，气动性能相对最好。此时，接触网位置的横风风速也相对较小。
那么，在大风下，动车组以时速250公里的高速在大桥上疾驶时，桥、风和车，这三者如何保持一个合理的耦合？
“改变风向并损耗风能。”对记者的疑问，铁一院兰新第二双线负责桥梁设计的何涛这样回答，设开孔率，就是损耗风能；而设置挡风屏，则是改变风向，让风向上下吹。
孔开多大，挡风屏设多高？经过各种试验、数值模拟及三维计算，最终得出一个结论，即开孔率20%，挡风屏高出桥面4米。“这样一种结构，让吹向列车的横风减弱，使桥、风和车保持一个合理的耦合，从而保证列车在大风下的安全运营。”何涛说。
“防风明洞基本上是给轨道建了一座钢铁屋，这个结构防风效果最好，只是成本太高，所以只建了1.2公里作为样本。”王正邦说，通过数值模拟分析及风洞试验，得到了大风条件下防风明洞内外风压分布特征、风荷载及洞内的风速、风向场，建立了防风明洞的流体力学及结构力学模型。
高速铁路的动力是电，取决于空中架设的电气接触网。如此，便带来另一个疑问，除了路基，空中电气接触网怎样防风？
由于路基挡风墙的作用，把风赶到上边，加大了接触网的受风强度，使接触网防风设计更具挑战。“接触网防风就是让导线的腕臂更有力，更具耐磨性和持久性。”铁一院兰新第二双线副总体、负责接触网设计的张学武对记者说，在先期研究结果指导下，他们研制出一系列防风手段，比如，仅支柱一项，就采用了满足大风环境下稳定可靠的H型钢柱，还有许多国内首创的多项新科技等。
涂养护剂、包薄膜、盖棉被，防混凝土开裂
无砟轨道施工对测量要求精度是千分之六，这样严苛的精度对混凝土的密实度要求非常高。而混凝土开裂一直是困扰建设者的难题，给运营的高速铁路增加了很大维修量。
“早穿皮袄午穿纱，围着火炉吃西瓜”是新疆独特气候的形象写照。以火焰山闻名的吐鲁番地区，早晚温差经常在20度左右，地面最高温度可达73度。温差大、干旱、多风，这样的气候条件，对混凝土质量的要求更加苛刻。
一句话，混凝土密实度也必须防风。“兰新第二双线新疆段解决了混凝土开裂的难题。”说到这些，拉有玉无比自信。
这个难题是何以解决的？
为解决昼夜温差大、大风高温环境下防止混凝土开裂的技术难题，经过多次精心试验，给混凝土进行科学配方，得出一个最佳配合比。同时，采用包裹塑料薄膜、棉被进行养生。
“曾经最壮观的场面是，近300家作业队在弧形钢防风棚内，进行5次收光抹面后，采用养护剂（膜）、土工布、塑料薄膜、棉被、篷布多层包裹固定的养护措施，解决混凝土浇筑后表面水分蒸发过快、表面易开裂问题。”看着光滑细腻的无砟轨道，中铁四局兰新二线四工区经理徐斌这样告诉记者。
坚实的挡风墙、密实光滑的无砟轨道板和砼结构，成为兰新第二双线新疆段坚不可摧的防风长城。
可以预想，在新疆这里乘高铁，便会有大风在“墙”外怒吼，动车在“墙”内飞驰的景致。不过，“大漠孤烟直，长河落日圆”的风光，还是可以在非风区欣赏的。
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发表于 2014-10-15 13:21:47
