复杂艰险山区高速铁路设计创新

面对自然条件的限制和高标准的技术要求，复杂艰险山区高速铁路的建设，难以完全回避各类灾害风险。本文围绕复杂艰险山区高速铁路的特点和勘察设计的特殊需求，介绍了复杂艰险山区高速铁路在减灾选线技术、高墩大跨桥梁修建技术、长大深埋复杂隧道（群）修建技术、路基变形控制及灾害防治技术、基础设施服役状态和运营环境监测预警技术等方面的设计创新，以期通过创新技术的运用和发展，提高复杂艰险山区高速铁路修建水平及能力保持。

Due to the limitation of natural conditions and high-standard technical requirements， it is difficult to completely avoid various disaster risks in the construction of high-speed railways in complex and dangerous mountainous areas. Based on the characteristics of high-speed railways and the special needs of survey and design in complex and dangerous mountainous areas， the paper introduces the design innovation of high-speed railways in such areas in terms of disaster reduction and route selection technology， construction technology of long-span bridges with high piers， construction technology of long， large complex tunnels （groups） buried deeply， subgrade deformation control and disaster prevention technology， as well as monitoring and early warning technology of infrastructure service status and operating environment. The paper aims to improve the construction level and capacity maintenance of high-speed railways in complex and dangerous mountainous areas through the application and development of innovative technologies.

复杂艰险山区，由于强烈的地势起伏、急剧的气象变化、复杂的地质环境，易导致斜坡重力作用类型灾害发育。山区铁路需要克服高山峡谷等困难地形，防范各类山地灾害。与普速铁路相比，高速铁路线路平顺性要求高；线路平面曲线半径大、线路纵坡变坡小；山区高速铁路车站选址及区间定线适应地形能力、绕避障碍的灵活性较差；线路选线、工程设置难度大。如何做好铁路防灾减灾是铁路规划、设计的关键。受山区自然条件制约和自身鐵路技术水平的限制，山区高速铁路只能采用高墩大跨桥梁、深埋长大隧道以克服高山峡谷等困难地形、绕避地质灾害。由于适应地形能力、绕避灾害障碍的灵活性差，山区高速铁路需要完善路基变形控制及灾害防治技术。同时，为确保运营安全，山区高速铁路必须对基础设施服役状态及运营环境进行监测预警。

复杂艰险山区减灾选线

复杂艰险山区减灾选线技术主要包括灾害快速识别与评估技术、智慧选线技术、减灾防灾工程总体设计技术。

灾害快速识别与评估技术是减灾选线的重要环节。复杂艰险山区的铁路选线，由于方案优化余地小，更注重廊道方案的比选。在大方案比选阶段，开展全面细致的地勘工作是不现实的。因此，一方面，应用航卫片遥感解译、无人机三维摄影、航空物探、三维激光扫描等非接触式勘察技术，结合轻型涡轮钻机以及平硐勘探等勘察手段，建立了“空、天、地”三位一体的勘察体系，解决传统勘察方式难以实现“上山到顶，下沟到底”的难题，大范围高效低成本地获取基本信息；另一方面，从地质构造及内外营力作用入手，开展灾害的形成机制、活动特征、致灾机理、发展趋势等方面的基础研究，进而结合铁路线路预测灾害的分布范围，研究工程力学特性，评估工程风险。

为提高选线工作的质量和效率，研究人员开始探索智能化、自动化的选线技术，将数值分析、优化方法、交互式图形、遥感及地理信息系统、虚拟现实等技术引入选线设计，建立三维及虚拟环境的选线系统；将灾害数据建立集成到虚拟环境的数字模型中，通过智能选线技术，快速大量的方案比选，生成、评价、筛选设计方案，是实现减灾选线的重要步骤；开发复杂环境铁路智慧选线系统，以多年经验为依据，建立线路-结构物-环境耦合约束关系，实现约束条件下最优线路方案群的自动搜索、综合评价和优化。

减灾防灾工程总体设计技术，是合理规划铁路线、桥、隧的工程形式，通过隧道绕避、桥梁跨越、工程整治等有效工程措施，远离灾害源，保障铁路建设和长期运营的安全。高墩大跨桥梁修建技术、复杂环境长大隧道技术、高大重型路基支挡结构技术、工程服役状态及环境监测预警等技术，为灾害的防护与治理提供新的工程措施，为线路方案提供更灵活的操作空间。

高墩大跨桥梁修建技术

（一）高墩大跨桥梁结构型式

通过研究高墩大跨梁式桥、大跨度拱桥和大跨度斜拉桥的跨径范围及适用的地形、地质条件，建立山区高速铁路高墩大跨桥梁合理结构型式。

（二）高墩大跨桥梁刚度控制技术

创新高墩大跨铁路桥梁用横向自振周期来控制刚度的方法，建立以列车安全平稳运行为目标，采用车-桥梁动力响应、轨道几何形位及稳定性、线路平顺条件为评判指标的刚度控制方法，形成了铁路高墩大跨不同桥式结构的刚度控制设计参数体系。

（三）高墩大跨桥梁抗风技术

创建桁梁桥式结构设置分段导流板抑制涡激振动的新技术，解决了桁梁桥式结构风致振动关键技术。研发峡谷高墩大跨桥面保证高速列车运营安全的新型导风栏杆技术，解决峡谷地形横风对列车运营的影响，保证高速铁路列车全天候安全运行。

（四）高墩大跨桥梁抗震技术

研发桁梁结构斜拉桥带控制开关的锁定装置和黏滞阻尼器组合控制主梁振动的新技术，实现了大跨度铁路斜拉桥列车制动与抗震作用协调控制。

（五）高墩大跨桥梁施工关键技术

高墩大跨混凝土拱桥“拱圈全断面浇筑与分环外包相组合的施工方法”及“铁路斜拉桥塔-梁-索同步施工工法”快速施工成套技术的提出，解决了复杂艰险山区高墩大跨桥梁的施工难题。

通过攻克高墩大跨铁路桥梁建造关键技术，并成功运用于复杂艰险山区多条高速铁路建设中，建成了多座世界级高墩大跨铁路桥梁。

长大深埋复杂隧道（群）修建技术

（一）高地质灾害风险隧道洞口修建技术

洞门是隧道进出咽喉，山区高铁隧道洞口坡面普遍高陡，斜坡稳定性及重力地质灾害是影响洞口安全的主要因素。在分析、研究各类高边坡的基础上，结合工程实践形成了艰险山区隧道洞口坡面分类分区防护技术体系，实现了洞口功能与安全的有机结合。

（二）隧道群空气动力效应缓解技术

建立隧道群空气动力学效应分析方法，系统分析隧道群空气动力学效应变化规律，提出了以微气压波控制的基于空气动力学效应的高速铁路隧道群定义，和综合考虑各项空气动力学指标的隧道群连接明洞设置原则。

（三）特殊复杂隧道修建技术

岩溶隧道：岩溶水采取“以探保施工安全、以排保结构安全”为主的工程对策；溶洞处理形成了集“跨越、回填、支顶、加固”等措施的综合治理成套技术。

高地应力软岩大变形隧道：基本掌握软弱围岩的变形规律，提出了“优化轮廓、分步预留、锚撑结合、快速封闭、动态调整”的变形控制技术。

瓦斯隧道：针对高铁隧道大断面的情况，提出“分部排放、分部揭煤”的设计方法；针对四川盆地非煤地层瓦斯涌出的偶然性、不确定性，建立了“探、测、防、封”多位一体综合防治系统。

高地温隧道：提出了高地温隧道热害治理的设计方法，并应用于大瑞、成兰、川藏等铁路。

复杂结构隧道：不等跨连拱隧道、小净距隧道群、超厚填土大跨度明洞、立体交叉洞群等复杂结构隧道修建技术，极大地提高了山区高铁设站和选线自由度。

（四）隧道群防灾救援技术

开展防灾救援系统专题研究，解决了疏散救援模式、设施配置等关键技术，形成了适合中国国情的隧道防灾疏散救援体系，应用于長昆、贵广等铁路。

路基变形控制及灾害防治技术

（一）路基变形控制技术

针对高速铁路桥隧过渡段、陡坡、膨胀土等艰险山区路基，创立了艰险山区高速铁路路基“保平顺、控沉降、防侧移、抗隆起”的变形控制技术。

（二）灾害防治技术

开展多项山地灾害防治技术专题研究，解决了多排埋入式抗滑桩强度折减及优化设计、落石轨迹颗粒流模拟及冲击力计算、高陡边坡预加固等难题，成果已广泛应用于贵广、成渝、渝利等山区铁路。

基础设施和周边环境监测预警技术

（一）高速铁路地震现场监测设备及前端预警系统

研发高速铁路地震现场监测设备及前端预警服务器，以实时监测高速铁路沿线的地震情况，能够提前几秒到几十秒发出预警信号，通过信号接口及牵变接口控制列车减速停车和接触网断电。目前，系统已通过了中国铁路总公司和中国地震局联合组织的室内实验和现场实验，并成功应用于铁路建设。

（二）隧道防灾救援设备监控系统

研发高速铁路隧道防灾救援设备监控系统，实现了通风、照明、防火门等救援设施的合理工作机制，最大限度地保护乘客生命安全。

（三）地质灾害监测预警系统

研发高速铁路地质灾害监测预警系统，主要包括对滑坡与高陡边坡、危岩落石、泥石流等的预警，解决了人工巡检方式不能完全满足复杂艰险山区高铁运营安全需要的难题。

（四）重要基础设施服役状态自动监测预警系统

研发高速铁路重要基础设施服役状态自动监测预警系统，包括对高墩大跨桥梁、特殊复杂隧道、路基边坡高大支挡结构等服役状态的预警，实现了重要基础设施不同风险等级的预警预报。

结语

复杂艰险山区高速铁路建设，通过减灾选线，规避、防范铁路建设及运营期间可能发生的地质环境灾害，降低铁路工程建设及营运安全风险。另一方面，由于复杂自然条件的限制和高标准的技术要求，山区高速铁路建设难以完全回避各类灾害风险。因此，需要发展和运用高墩大跨桥梁、长大深埋隧道等减灾选线的支撑技术。减灾选线与减灾选线支撑技术的结合，实现了山区高速铁路修建及能力保持。