量身打造渤海之滨的高铁通道——铁三院津秦高铁勘察设计纪实

本报 和 平 本报特约 闫玉玲

图一为动车组列车行驶在津秦高铁上。 唐天甲 摄

图二为津秦高铁下钻京津城际铁路延伸线。

图三为天津铁路地下直径线隧道内景。

图四为铁三院津秦高铁设计团队。 李艳玲 摄津

图五为秦高铁跨戴河超低高度板式简支系杆拱桥。

图六为津秦高铁陡河二号桥跨京沈高速公路匝道连续梁。

12月1日，乘坐津秦高铁开通运营后的首发列车，体验海河之滨到山海之城的美妙穿越。车厢内，旅客彼此交流着 “尝鲜之旅”的感受。一名安安静静倚窗而坐的小男孩，引起了的注意。

只见他顾不上玩手里的变形金刚，而是专注地观察着列车停靠的车站、穿越的桥梁和通过的隧道。突然，他扭头向家长发问： “妈妈，我能当高铁设计师吗？要学会什么本领，我才能设计出这条高铁啊？”

男孩的问题让母亲面露难色，也让充满好奇：“津秦高铁沿途的走行路线是如何确定的？” “如何保证建在唐山地震带上的津秦高铁的安全？” “环绕渤海的津秦高铁怎样面对海滨土质的挑战？” “城市里的高铁如何与地铁、公路合理布局呢？”

带着这些疑问，返程后赶赴位于天津的铁道第三勘察设计院集团有限公司 （简称铁三院），找到了津秦高铁总设计师、该院副总工程师秦宝来和该院津秦高铁项目总工程师赵志辉解疑释惑。两位见证了津秦高铁十年设计历程的专家，向揭开了津秦高铁设计师的神秘面纱。

因地制宜 把高铁线设计在地下、水下

电视画面中，高铁列车在高架桥上飞驰的情景已不新鲜。但津秦高铁列车从天津西站出发后，却驶入天津铁路地下直径线 “入地”而行，这让不少旅客颇感惊讶：车厢外的隧道令白昼如夜，但地上却是繁华的天津市区和著名的海河风景。仅7分钟后，列车又 “重见天日”，稳稳停靠在天津站上。

天津西站和天津站之间，为什么要设计一条地下直径线来连通呢？秦宝来告诉： “其实，津秦高铁一开始的设计路线并不是现在这样由天津西至天津、再由滨海至唐山，而是由天津西站始发后，绕过天津市区经宜兴埠再到唐山。”

为何津秦高铁在设计时 “绕了个弯”？拿着最初设计的一张 《津秦高铁线路示意图》，秦宝来介绍了津秦高铁“改线”的设计缘由。原来，2006年，国家提出了滨海新区开发建设的要求，天津市政府迫切希望津秦高铁能在滨海新区设车站，为在滨海新区工作生活的人们增加一条北上南下的高铁通道，让他们往来首都北京及东北、华东等地更方便，从而促进滨海新区的对外交流和发展。

然而，天津西站与天津站虽有地面铁路相连，但仅能容普速列车通过。若要让高铁列车从天津西站通达滨海新区，就必须新建高架桥穿越高楼林立的市区，而这样做不仅会产生征地拆迁的高额费用，还容易带来噪声等环保问题。

和天津市规划局等相关部门共同研究后，具有丰富的地下隧道设计经验的铁三院最终确定了在天津西站和天津站之间的繁华市区修建铁路地下直径线的设计方案，即 “在地下甚至水下修建一条连接高铁的通道”，为津秦高铁连接京沪高铁搭建了一条便捷通道。

在全长5.24公里的天津铁路地下直径线勘察设计过程中，穿越海河的隧道设计堪称亮点。了解到，海河河底的最小覆土厚度仅8.4米，远远超过了一般水下隧道的设计难度。铁三院设计团队结合海河的地质结构，通过调查研究国内外水下工程设计经验、向水利工程科研单位咨询学习，大胆尝试了在河底采取防护措施、水下施工这一技术路线，成功地破解了设计难题。

“过去，市民去往东北方向大多在天津站乘车，去往上海、济南方向则在天津西站或天津南站乘车。有了天津铁路地下直径线，旅客能够就近乘坐火车直达目的地。”天津电视台等媒体对铁三院设计的地下直径线工程打出了一个很漂亮的 “分数”。

“安度”唐山地震带有 “减震高招”

37年前，一场大地震让世界认识了唐山。途径唐山的津秦高铁恰好位于高烈度震区，如何保障高铁的安全成了设计者重点思考的课题。

从一张 《津秦高铁设计示意图》上，看到，津秦高铁在跨越蓟运河、唐津高速公路、铁西路、京沈高速公路等河流道路时，都有大跨度桥梁的标识。据铁三院桥梁专家介绍，津秦高铁在这些地带都采用了长联大跨度预应力混凝土连续梁。

“以前，这种连续梁桥一般只设一个固定墩，如果遇到地震，绝大部分的地震波冲击力要由固定墩来承受。为了保证安全，这个固定桥墩常常做得又大又粗，不仅不经济，而且作用还不明显。”赵志辉边画示意图边做比较，“现在，我们在高铁桥上使用了新型‘抗震武器’——在中墩处设置速度开关型阻尼器，分散地震波对一个主桥墩的冲击力。”

12月1日，津秦高铁开通运营当天，接受中央电视台直播采访的秦宝来在展示津秦高铁的设计亮点时，也重点介绍了如何 “安度”唐山高裂度地震带的秘籍。为了展示新型 “抗震武器”的神奇之处，赵志辉还特意制作了一个动画短片，演示出 “当高铁遇到地震”时的情景。

看到，当地震波冲击高铁长联大跨度桥梁的桥墩时，安装在箱梁和非固定桥墩结合处地带的阻尼器好像在两者间搭建了一个支架，形成了最为牢固的三角形结构，把地震力分布给几个桥墩承担，有效地减小了桥梁的晃动，保证了高铁线路的安全。

“铁三院通过技术攻关设计的这套新型地震力分配体系，还是国内首次在高烈度震区高铁桥梁上使用。”两位专家高兴地介绍着津秦高铁设计领域的创新之举。

为提高 “海滨高铁”平顺度提前 “动手术”

津秦高铁天津至唐山段处于渤海泥沙冲击带，地面软土较厚，极易出现轨道和路基的沉降现象。如何破解这个不可避免的施工难题？

作为中国高铁设计的 “龙头”单位，铁三院在充分吸取前期组织京津城际铁路、京沪高铁设计经验的基础上，使用了桥墩可调高支座、轨道采用了可调高扣件，这就如同给津秦高铁装上了可以长高的 “关节”。

为攻克 “防沉降”难关，设计师们动足了脑筋。 “最常见的一个问题是，按照设计参数先修好的桥墩，很有可能因为沉降原因和后建好的桥墩不处在一个水平线上。如果不做精确调整，将会给后期调整带来很大困难；如果等施工结束后再做调整，那就非常费时、费力、费钱了。”秦宝来说。设计师们未雨绸缪，在铺轨前就对线路坡度进行了调整，为后期运营储备了余量。

为此，铁三院津秦高铁设计团队在设计该地区的桥梁时，大部分采用适应沉降能力强的32米简支梁结构，桥梁的支座均设计安装了坡度最大为20%的可调高支座；轨道设计中采用了可调高扣件。 “当发生不均匀沉降时，我们可以通过调整支座和扣件，使高铁轨道达到平顺要求。”两位专家介绍了可调高支座和可调高扣件的重要用途。

在津秦高铁施工过程中，铁三院津秦高铁设计团队还坚持对桥梁尤其是连续梁进行长期的沉降观测，一方面检查沉降是否有突变，另一方面检查相邻桥墩的沉降差，及时调整可调高支座，满足轨道平顺和结构受力的要求。

此外，为破解津秦高铁的路基设计难题，铁三院津秦高铁设计团队还借鉴沿海地区高铁建设经验，采用 “预应力管桩”加固处理路基，在桩顶设置钢筋混凝土筏板结构，如同给整个路基穿上“金缕玉衣”。

“配套活”在设计时一个也不能少

津秦高铁是铁三院继完成哈大高铁、京沪高铁、京广高铁等国家重大高速铁路项目的勘察设计后，精心打造的又一条高铁。在采访中了解到，担任一条高铁的总体设计，除了要设计旅客能够直观看到的轨道、桥梁、隧道、车站等部分，还要统筹兼顾、考虑大局，所有的 “配套活”一个也不能少。

从半空中的跨越到地底下的穿越，都是设计团队需要考虑的环节。 “比如，津秦高铁全线与高速公路及市政道路多次交叉，上跨国道及高速公路近20处。在这些交叉处，我们都设计采用大跨度梁式结构通过。”秦宝来说，“我们在设计时既要管 ‘空中’又要管‘地下’。受规划控制及引入车站等技术条件限制，津秦高铁还多次下钻既有或在建公路共计17处，我们在设计时都加强了防护措施。”

每当津秦高铁跨越既有铁路时，铁三院设计团队都采用一些特殊的桥梁型式，以确保高铁建设不影响既有铁路的运营安全。 “在津秦高铁跨越津山铁路时，我们首次在无砟轨道桥梁上采用了框架墩—连续梁柔性结构体系，破解了高铁小角度交叉跨越既有铁路的难题。”两位专家谈起技术创新之处如数家珍。

如果把高铁的车站、线路、桥梁、隧道等工程比喻成设计团队的 “大戏”，那么，高铁的 “四电”集成系统便是他们同样要唱好的 “小戏”。包括通信系统、信号系统、防灾安全监控系统、牵引变电系统、接触网系统、电力系统在内的津秦高铁配套工程设计，铁三院津秦高铁设计团队都花费了大量的心血。

“我们在设计津秦高铁时，首次采用了电务综合监督系统，这相当于给信号系统设备配备了 ‘在线医生’。”赵志辉介绍， “这套系统可以实时采集信号设备数据，监督信号设备的运行状况，并对设备故障、列车位置丢失等进行比对分析和监督报警，提示相关人员及时处置。”

此外，铁三院津秦高铁设计团队还结合京沪、京广等高铁的实施经验，在基站铁塔、隧道洞口、车站咽喉区、公跨铁立交桥处、桥梁救援疏散通道、联络线与正线连接处、路基地段治安复杂区等重点区域增设了摄像头，将津秦高铁全线纳入综合视频监控的范围，提高了高铁线路的安全性及可维护性。

当高铁设计师要 “风物长宜放眼量”

在津秦高铁勘察设计过程中，铁三院津秦高铁设计团队胸怀大局，始终保持 “风物长宜放眼量”的设计眼光。他们与沿线各市区的政府、规划、交通等部门多次沟通协调，在综合征求多方意见达成一致后，最终制订出勘察设计方案。

用 “算账法”搞勘察设计、在设计时算好经济账，是铁三院津秦高铁设计团队恪守的准则。为方便旅客出行和换乘，他们把津秦高铁的部分大站如天津、唐山、秦皇岛、北戴河等站，设计为与既有线车站共用，极大地节约了高铁建设的市政配套成本。为不影响旅客出行秩序，在保障既有线路和站房使用的前提下，他们制订出铺设高铁轨道、扩建站房高速区的设计方案。

设计责任大如天。铁三院党委书记刘为群多次强调，每一个细节都将决定工程的质量，每一份图纸都要对工程负责、对社会负责、对国家负责，要经得起时间的考验。正是基于这种理念，设计团队将无形的社会责任融入津秦高铁设计过程，体现了该院把社会效益作为优先选项的企业伦理。

“我们在天津市区段预留了10条地铁线的位置，在滨海站预留了3条地铁线的位置。”秦宝来说， “津秦高铁经过天津市、唐山市、秦皇岛市市区，这些城市将来都有新建地铁、道路的规划。如果在津秦高铁运营后再实施下穿高铁的地铁、道路等规划工程，不仅投资将大大提高，而且极易引起线路沉降变形，危及高铁行车安全。所以，我们要把这些事情都想在前头。”

在津秦高铁设计过程中，铁三院与天津市、唐山市、秦皇岛市相关部门密切配合，高铁设计与当地政府对路基、桥梁地段的规划工程同期实施，大大节省了工程造价，降低了高铁的运营风险，促进了沿线综合交通体系的发展与完善。

居安思危的意识，也考验着铁三院津秦高铁设计团队的谋略。为应对台风、暴雨、暴雪等自然灾害，他们在津秦高铁全线设置了防灾安全监控系统，实施风、雨、地震及异物侵限监测。这套系统在路堑、隧道口等易发生塌方、水冲线路的处所设置了雨量计，还扩大了异物侵限监控子系统的监测范围，使津秦高铁的运行更加安全。

本版图片除署名外均由铁三院提供