高铁路基工程质量新卫士(转载)

笑对一切

高铁路基工程质量新卫士(转载)
转自人民铁道1月25日电子版B2
——中国铁路总公司研发高铁路基连续压实控制技术纪实
本报记者 赵中庸　　　　
    编者按 当您乘上安全、快速、舒适的高铁列车踏上旅途，您一定会为我国高铁技术水平领先世界而备感自豪。是的，如今我国的高铁整体技术创新水平，无论是在桥隧路基建设方面，还是在动车组运行系统方面，其领先于世界的技术创新成果真让人惊喜连连。其中，高铁路基连续压实控制技术所取得的重大科研成果还不为大多数人所知，这项完全拥有自主知识产权科研成果的应用和推广，使我国高铁路基建设质量有了更可靠的保证，动车组列车在高速运行时会更加安全可靠。这项关系到高铁行车安全的技术创新成果，值得读者关注。
    高铁路基连续压实控制技术创新成果，是中国铁路总公司实施高铁技术创新战略的重大举措，同时也是以西南交通大学为主体的科研团队向世人奉献的丰厚礼物。
组建多学科精英团队
    高速铁路由路基、桥梁和隧道构成，其中路基是相对薄弱的环节。从某种意义上讲，高速铁路成功与否在于路基的性能，而路基的性能取决于压实质量的好坏。路基必须具有足够的抵抗变形能力和均匀性，才能为高速行驶的列车提供安全、舒适和平稳的运行环境。保证路基达到应有性能的技术措施之一就是压实质量控制。路基压实质量控制常规方法是事后抽样，但存在诸多弊端，迫切需要研究新的、全覆盖的过程控制方法。路基连续压实控制技术是目前最新、最先进的控制技术，被欧美国家誉为 “筑路技术的第三次革命”。
    这项技术在理论上是 “一个刚性圆柱体在弹塑性体上移动和振动状态下的接触动力学问题”，很难有理想的解答。在应用上的难点是解决连续控制指标与常规检测指标的一致性问题。因此，如何建立力学模型、进行信息处理以及开发实用的测试技术是其关键所在。
    此前，德国的技术比较先进，但保密且价格昂贵。2008年，京沪高铁某施工单位购买了一套与压路机捆绑在一起的控制系统，售价折合人民币高达270多万元。早期瑞典压实计的谐波比方法又存在与常规检测结果一致性较差等问题。有鉴于此，我们需要独立研发具有自主知识产权的连续压实控制技术。
    我国最早研发这项技术的是以徐光辉教授为首的科研团队。他从哈尔滨工业大学到西南交通大学，对这项技术的研究时间达20余年。他的创新成果曾应用于东北三省的高速公路建设中，得到业内人士的好评。
    2007年9月，西南交大副校长蔺安林了解这项技术后，认为对提高铁路路基质量大有好处，便积极与各方沟通，向铁道部有关部门做了汇报。主管铁路建设的铁道部副部长卢春房得知后，十分关注。卢春房很详细地从技术原理、工程实践等方面对这一技术进行了解，认为技术是可行的。他指出，由于铁路与公路存在差别，应该结合高铁特点进行深入研究，形成我国铁路具有自主知识产权的实用技术。
    2008年 “5·12”汶川特大地震发生后，卢春房在隧道抢险现场给铁道部科学技术司打电话落实研究项目，科技司也把课题组原来提出的应用研究题目上升到 《高速铁路路基连续压实检验控制技术与装备研究》的层面，列为铁道部重点科技项目。科技司工务处处长张志方也多次组织检查项目的进展情况并给予具体指导。
    研发这项技术需要路基工程、岩土工程、仪器仪表、自动控制和计算机等相关专业人员的密切合作。在铁道部的关心支持下，以西南交大、哈工大为主的研发团队于2008年成立课题组，蔺安林担任组长，徐光辉教授任副组长，并请蔡英教授担任技术顾问，还吸收了多学科、多部门的人员参加，参与人数达上百人。
    根据高速铁路特点，铁道部向课题组下达了关于这一项目技术原理 （动力学方法）、控制系统、工程应用和技术标准等方面的科研任务。
智慧在高铁建设工地闪光
    “压实过程监控系统”由传感器、数据采集器、系统控制软件和压实信息管理平台等组成。其核心是一台26厘米见方的微型计算机，类似飞机上的“黑匣子”，里面凝聚着课题组成员的全部智慧和汗水。
    研发需要进行现场试验。课题组得到哈大铁路客运专线有限责任公司、京沪高速铁路股份有限公司的大力支持，得以在哈大、京沪等高铁现场进行试验。其间，徐光辉教授与高辉博士一直在现场进行试验，何广杰、黄俊、张家玲、苏谦等课题组成员也抽时间到现场参与试验。蔡英教授不顾自己年事已高，亲自指导和参加试验工作。
    试验要解决的问题之一就是建立连续指标与常规指标之间的相关关系，只有二者具有很好的一致性才能进行应用。由于试验涉及质量问题，刚开始一些施工单位担心检验质量不合格，不太愿意配合。经过课题组成员的耐心沟通，试验才得以进行。2008年深秋，课题组成员在工棚中吃住，与现场技术人员一起进行试验，他们的敬业精神和认真态度也感染了现场人员。在现场人员的积极配合下，试验顺利推进。
    2009年7月，铁道部科技司对项目进行了中期审查，邀请了路内外知名专家参加。德高望重的中国工程院院士、中国铁道科学研究院研究员周镜也参加了审查。他了解了项目进展情况后非常高兴，指出高铁路基质量问题的重要性，应加大力度深化这项技术研究。会后，这位老前辈还亲自帮助查找国外最新的技术资料，对课题的深入研究帮助很大。同年10月，在进行了上千组的对比试验后，课题组又向卢春房副部长进行了汇报。卢春房耐心地听取了汇报，同课题组成员一起对试验结果进行分析，指出了存在的不足，并指示课题组继续加强两种方法检测结果一致性的研究，指明了研究重点。
    2010年夏天，课题组成员在成灌铁路进行了大量试验，解决了一些需要深入研究的问题。同年12月，这项技术通过了铁道部科技司的技术审查验收，评审结论为 “研究成果实现了路基压实质量的连续监测和过程控制，实用性强，具有良好的技术经济效益。研究成果总体达到国际先进水平”。评审专家建议课题组结合工程应用进一步扩展这项技术的系统功能。
    为了在工程实践中开展应用，2011年在兰新铁路甘青有限公司的支持下，该技术在兰新高铁甘青段得以应用，取得了很好的效果，完善了系统功能。
    2011年春天，课题组再次向卢春房副部长进行了汇报。卢春房听后很满意，当即指示： “这是好事，支持！先在高铁上作为必备的手段进行应用；把辅助验收做起来，过程控制跟进；抓紧制定相应的技术标准。”
    卢春房充分肯定了课题组将路基抵抗力作为连续控制指标的做法，还建议进一步深化研究，包括测试深度、含水率等问题，希望终极目标是采用连续检测方法进行质量验收。
中国首部连续压实控制技术标准
    为编制中国首部连续压实控制的行业标准，铁道部建设司在2008年年末立项对标准编制进行研究。2011年，建设司开始标准的编制工作。
    在标准编制过程中，建设司多次召开专家会议，顾湘生、彭泽仁、李海光等多位著名专家参加了不同阶段的具体指导。他们对标准的每一条都逐字逐句地反复推敲，力争达到国际先进水平。建设司标准处处长吴明友也参与编写，铁道部经济规划研究院标准研究所副所长周诗广全程参与编写工作，铁道部工程管理中心李怒放、尤昌龙和铁科院张千里等专家也提出了许多建设性意见。可以说，这部标准是集体智慧的结晶。
    该标准结合我国铁路、特别是高速铁路特点，提出了在路基填筑碾压过程中，同时对压实程度、压实均匀性和压实稳定性进行实时的、全过程控制，并根据连续检测结果确定压实薄弱区域，在此区域进行常规检验，避免了抽样的随机性，对常规质量验收起到了很好的补充作用。
    在标准颁布前，卢春房及铁道部有关司局领导和专家再次听取了编写组成员的汇报。与会人员指出，目前路基压实质量存在的问题与没有对整个碾压面进行控制有关，期待这项技术能弥补这个缺陷，也把提高路基压实质量的希望寄托在这项技术上。
    2011年11月，中国首部连续压实控制方面的国家行业标准——《铁路路基填筑工程连续压实控制技术规程》（TB10108-2011）由铁道部批准颁布。2013年7月，交通运输部批准立项编制公路方面的连续压实标准，由该团队成员主编。2015年6月，中国铁路总公司标准 《铁路路基填筑工程连续压实控制技术规程》（Q/CR9210－2015）颁布实施。目前，铁路建设已开始按照这一标准要求进行工程应用。
第一生产力的魅力
    2012年3月，铁道部建设司组织全路有关单位对标准进行了宣讲，由徐光辉教授主讲，为全路开始这项技术的应用奠定了基础。
    2012年，这一标准在沪昆高铁贵州段施工中率先应用。2014年，呼准鄂铁路、石济客专、京沈客专辽宁段等工程开始应用这项技术。
    在应用过程中，这一标准得到石济客专有限责任公司有关领导、京沈客专辽宁有限公司总经理田利民、总工程师孙学奎等的大力支持。铁路总公司工程管理中心总工程师盛黎明等领导和专家多次到现场检查。铁路总公司副总工程师王同军也到现场检查指导工作，对这项技术的应用给予了充分肯定。
    压路机装配的 “黑匣子”在高铁路基碾压控制应用过程中，显示了科技作为第一生产力的魅力。
    某站场工地，外方检测单位进行常规抽检为 “合格”，但连续检测时发现部分区域处于红色 “不合格”状态。他们对该区域补充碾压后才达到合格标准，避免了局部的欠压问题，还发现了常规抽样的漏检问题。另外，这项技术在优化碾压遍数、识别填料的可压实性等方面也都有很好的表现。它还实现了碾压全过程、全覆盖、实时的信息化控制和管理，受到建设和施工单位的高度评价。
    如今，压路机的控制系统已升级到第四代。 “黑匣子”采集的各种数据可以方便地传输到压实信息管理平台，使碾压信息都可让管理者一目了然。这些信息不久还可以轻松实现向工程管理中心信息平台的传输。
    2015年9月9日，铁路建设项目标准化管理现场会在长沙召开，铁路总公司副总经理卢春房提出，要加快推广应用这项技术。11月30日，在铁路建设电视电话会议上，卢春房再次指出应用该技术的重要性和迫切性。
    徐光辉教授告诉记者，这项技术从一开始就是我国自主研发的，也正因为这个原因，才有了今天在国际上的学术地位。实践证明，跟在别人后面模仿是很难得到尊重的。只有真正是自己搞出来的技术，人家才愿意与你交流，所谓“弱国无外交”，科研也是如此。自颁布以来，该标准引起了国外专业人士的高度重视，在国际上有了足够的话语权。
    2003年，德国在北京召开介绍他们压实技术的会议，给中国专家发的资料中，其参考资料几页被撕掉。然而，自中国的行业标准颁布之后，德国方面主动联系，并邀请标准编写组有关专家去德国访问交流。美国卡特彼勒公司也几次找到标准编写组专家进行交流，还邀请他们在一些国际会议上做专题报告。今年，交通领域大会 （TRC）将在北京召开，会议专门设立压实方面的专题，邀请标准编写组有关专家主持。
徐光辉教授还指出，编制技术标准是一个很好的开端。随着我国高铁技术的成熟和 “一带一路”战略的推进，高铁 “走出去”已成为必然。这项技术属于路基质量控制的核心技术之一，也应该随高铁走出国门。另外，对于压路机行业来讲， “智能压实”是其发展方向，它还可以与物联网等进一步结合，而其中的核心技术之一就是这项技术。这项技术的普及应用，会带动我国压路机行业的科技进步，大大缩短与国外压路技术的差距。