摘要：承擔全國鐵路客運專線和城際快速軌道交通近半數(shù)勘察設計工作量的鐵道第四勘測設計院為實現(xiàn)建成世界一流客運專線的總體目標，對無碴軌道、隧道支護結構、基底處理、環(huán)保選線、牽引供電、接觸網、動車組檢修基地、動車段(運用所)、通信信號和信息系統(tǒng)、橋梁結構、鐵路客站等不同專業(yè)進行了精心設計，并對鄭西、武廣等客運專線進行了優(yōu)化設計，節(jié)省了大量工程投資，取得了顯著的經濟效益。文中介紹了該院在上述專業(yè)設計中快速提升設計水平的做法和經驗。

建設鐵路客運專線是新一輪高標準鐵路建設的標志，是鐵路跨越式發(fā)展的重要內容，是鐵路行業(yè)統(tǒng)落實科學發(fā)展觀，推進全面建設小康社會的一項系統(tǒng)性子工程。鐵路第四勘察設計院作為國資委所屬中國鐵道建筑總公司下屬的中央企業(yè)、長期服務于中國鐵路基本建設的排頭兵，積極響應黨中央、國務院和鐵道部黨組的號召，先后承擔了京滬高速、武廣、鄭西、甬溫、溫福、滬漢蓉，以及滬寧、滬杭、杭甬、廣珠城際等鐵路項目的勘察設計，約占全國鐵路客運專線和城際快速軌道交通建設量近一半。

勘察設計作為工程建設前期的重要工作，是工程的靈魂，對整個工程的安全、美觀、先進和適用具有決定性作用。為履行好這一莊嚴職責和神圣使命，我院堅持以我為主，動員包括院內外、國內外各方面力量，按照先進、成熟、安全、適用、經濟以及環(huán)保的要求，引進先進理念和成熟技術，結合中國國情，與建設、施工、咨詢、監(jiān)理等參建各方合力打造具有中國特色的一流客運專線鐵路。

1 精心設計，確保客運專線安全與環(huán)保

客運專線作為現(xiàn)代大眾化交通工具，在滿足人們快速便捷的出行需求的同時，能否確保安全和對環(huán)境的影響已成為國人關注的焦點，也成為鐵路建設者首先需要解決的問題?？瓦\專線鐵路和城際快速軌道交通時速均在200公里以上，最高時速可達350公里。如此高的速度對線下、線上工程設施所產生的物理影響將導致一系列質的改變。主要是對線下工程的穩(wěn)固性、平順性要求，以及對線上固定設施的力學作用和電子設施的靈敏度、準確度和穩(wěn)定度的要求普遍提高。

1.1 快速提升無碴軌道設計水平

為了提高工程安全性和高速列車運行的平穩(wěn)，目前，我院軌道專業(yè)普遍采用了無碴軌道技術和無縫線路技術，特別是對軌道結構型式和技術難度較大的橋上無縫道岔以及橋上無碴軌道開展了專題研究，陸續(xù)形成了《橋上無縫線路技術研究》、《客運專線無縫線路技術研究》、《大號碼無縫道岔技術研究》、《橋上無縫道岔技術技術研究》、《無碴軌道結構設計及關鍵技術研究》等多項科研成果，以武廣客專、廣珠城際、廣深港客專等項目無碴軌道設計為突破口，圍繞框架板式、雙塊式和道岔區(qū)軌枕埋入式3種無碴軌道結構設計參數(shù)、設計方法、軌道結構剛度合理匹配等關鍵技術展開了深入的研究與探討，并取得了突破性成果，編寫了相關計算軟件，快速地提升了客運專線鐵路無碴軌道設計水平。無碴軌道由于其穩(wěn)定性、耐久性好，軌道幾何形態(tài)能長久保持，線路養(yǎng)護維修工作量顯著減少，與有碴軌道相比，結構高度低、自重輕，可減少橋梁二期恒載，以及道床結構美觀，且不會產生道碴飛濺等優(yōu)勢，在客運專線設計中廣泛應用。但同時，無碴軌道結構對下部基礎的工后沉降和差異沉降提出了嚴格要求，特別是在路橋、路隧過渡段，其路基沉降差異造成的錯臺不得大于5毫米。為此，我院地質路基專業(yè)在對高速鐵路路基變形組成分析的基礎上，通過樁網復合地基沉降變形、基底土壓力等觀測測試，分析了樁土應力分擔比的變化過程、土工格柵的受力特點及沉降變形規(guī)律，對土工材料在客運專線鐵路路基工程中的應用進行了研究。在武廣客運專線設計中，提出路基應根據(jù)不同的地基條件，不同的結構部位等具體情況設置好有效的沉降監(jiān)測剖面，對無碴軌道鋪設前的沉降觀測分析方法及評判標準開展了系統(tǒng)的分析和探討，提出了指導客運專線路基地段無碴軌道設計與施工的建設性設計方案。

1.2 強化隧道支護結構設計與基底處理

隧道是鐵路建設和運營安全的重點部位。我院設計的客運專線、高速鐵路中隧道568座，總延長達到74.6公里。涉及到安全問題的主要方面有：工程可靠性和耐久性、隧洞內有害物質的影響以及防災救援等。同時客運專線隧道斷面大，設計使用年限要求100年，主體結構要求“零缺陷”，防水等級要求達到一級。為此，在客運專線隧道支護結構設計與基底處理中，專門設計了淺埋段支護結構，根據(jù)圍巖級別、埋深、偏壓等具體條件對圍巖自穩(wěn)能力和支護結構受力的影響，細化了支護結構類型，加強對初期支護的劣化機理及其對使用年限的影響研究。針對以往隧道底部易發(fā)病害，按照高速列車運行要求，加強了隧道基底設計。二次襯砌部分采用鋼筋混凝土結構。除對模筑混凝土本身應提出耐久性指標要求外，對噴射混凝土、錨桿、防排水材料等也提出了相應的耐久性要求。根據(jù)客運專線列車高速運行的特點，防災處理上，根據(jù)既往火災特性分析、機車牽引速度和隧洞長度計算，設計采用“消滅火災于初期，盡量使列車駛離隧道，實施洞外救援”的救援原則。

1.3 認真貫徹環(huán)保選線理念和環(huán)保設計原則

我院針對高速客運專線在建設過程中可能對生態(tài)環(huán)境產生的負面影響，以及其運營過程可能對沿線地區(qū)景觀、聲環(huán)境、振動和電磁環(huán)境產生干擾。為最大限度地減輕客運專線建設可能產生的不良環(huán)境影響，我院在項目設計中始終把環(huán)境保護作為重要的設計輸入和控制因素，認真做好環(huán)保選線，從源頭避免或減小項目建設對環(huán)境的破壞。加強環(huán)保工程設計，確保環(huán)境影響評價及其批復意見要求的各項環(huán)保措施在設計中得到落實。在京滬高速鐵路及鄭西、武廣、鄭武、廣珠、昌九、滬寧、廣深港、漢宜等客運專線、城際鐵路的設計中，我們均認真制訂環(huán)保設計原則，貫徹環(huán)保選線理念，妥善處理好線路、站段選址與環(huán)境敏感區(qū)的矛盾，必要時不惜多花投資繞避重要的環(huán)境敏感點。對鐵路沿線寶貴的土地資源，推廣采用“以橋代路”、多用荒地、少占良田等節(jié)約土地的措施。對工程建設中可能產生的植被破壞和水土流失，在設計中均采取妥善的防護和恢復措施。對易受客運專線運營影響的居民住宅、學校、醫(yī)院等敏感點，大量采取使用功能置換、軌道減振、聲屏障、隔聲窗等減緩措施，較好地解決了客運專線運營期存在的突出環(huán)境問題。

2 引進創(chuàng)新，突出客運專線技術的先進與成熟

鐵路跨越式發(fā)展作為服務于全面建設小康社會的一項系統(tǒng)工程，其對先進性的要求更加突出，客運專線鐵路作為現(xiàn)代高標準鐵路的代表無論從區(qū)間線路，還是從城市站點都必須體現(xiàn)先進性的要求。在設計中我院著力引進新的設計理念和先進的技術成果，結合國內實際進行再創(chuàng)新。

2.1 牽引供電系統(tǒng)設計和接觸網專用工程技術研究達到世界先進水平

牽引供電系統(tǒng)在設計武廣、鄭西、廣深港等高標準鐵路中，按照跨越式發(fā)展的思路，采用了世界先進水平的仿真軟件應用于設計中，保證了客運專線鐵路牽引供電系統(tǒng)達到世界先進水平。接觸網的弓網關系是客運專線鐵路最關鍵的技術之一，我院針對高速客運專線進行了SiFCAT350接觸網專用工程技術課題研究。研究成果應用了大量最新的國際規(guī)范和科研成果，研究提出了一整套的技術規(guī)格參數(shù)、關鍵工程技術方案和接口設計方面的應用成果。這些研究成果通過了由國際知名專家組成的技術評審組的評審。這些成果的應用，為我院設計世界先進高速客運專線鐵路提供了支撐。

2.2 動車組檢修基地布局、規(guī)模研究、動車段(運用所)設計取得突破

按照國務院批準的“中長期路網規(guī)劃”，至2020年我國將形成以“四縱四橫”為骨架的客運專線網，屆時將有1000列動車組投入運行，北京、武漢、上海、廣州四大檢修基地及25個動車運用所將相繼建成。作為動車組 之“家”的動車段（所）承擔著動車組運用整備、存放、日常檢查、臨修及一、二、三、四、五級修程作業(yè)。這些動車段(所)的建設時機、布點、規(guī)模等合理與否將關系到動車組能否順利按期投入運營，我院遵循“引進先進技術，聯(lián)合設計生產，打造中國品牌”的總體要求，從國情、路情出發(fā)，大膽學習、借鑒、吸收國內外一切成熟、可靠、先進的實例，積極開展中外聯(lián)合設計，采納先進的設計理念，在動車組檢修基地布局和規(guī)模研究、動車段(所)設計等方面取得了突破。在動車組檢修基地布局方面，我院利用自主研發(fā)的動車組周轉圖軟件，突破傳統(tǒng)的計算方法，通過研究高速鐵路列車、動車組、動車段所之間的內在邏輯關系，分析和確定動車段所的布局和規(guī)模，從而為鐵道部決策建立動車組四大檢修基地提供了強有力的理論支持。動車段（所）的設置充分借鑒了國外動車組先進的檢修布局設置模式，體現(xiàn)了集中檢修、分散存放的原則。在動車段(所)的設計方面，我院積極開展聯(lián)合設計，先后與日本鐵道聯(lián)合體、瑞典龐巴迪、法國阿爾斯通進行合作，在鐵道部的組織安排下，參與或獨立制定了動車組檢查庫設計標準、運用所主要設施配備標準等。貫徹鐵路跨越式發(fā)展的思路，推行專業(yè)化、換件修和定期檢測狀態(tài)修，逐步建立一種新型的維修制度。實行網絡化管理，建立辦公自動化和運用檢修生產過程管理系統(tǒng)。設計中大量采用傳感技術、激光自動檢測技術、超聲波探傷技術等，并向智能化方向發(fā)展。配備大量具有先進性、高效實用性、安全可靠性的設備，如輪對診斷系統(tǒng)、數(shù)控不落輪鏇床、轉向架更換裝置、列車自動控制裝置檢測設備、材料編碼系統(tǒng)、真空卸污系統(tǒng)等等。

2.3 客運專線無碴軌道綜合檢測與維修研究取得進展

在有效的綜合維修“天窗”時間、有限的出岔條件和土地使用限制等新情況下實行綜合維修是客運專線維護的必然選擇。在動態(tài)檢測的基礎上對固定設施如線路、路基、橋梁、隧道及接觸網等進行狀態(tài)維修，是保障安全行車的必要手段。近年來我院陸續(xù)完成了“高速鐵路綜合檢測與維修”等一系列研究工作。針對客運專線無碴軌道的綜合維修，承擔了鐵道部科研項目“客運專線無碴軌道綜合檢測與維修研究”。在設計中貫徹動態(tài)監(jiān)測專業(yè)修、狀態(tài)修等先進的養(yǎng)護維修理念。為保證旅客安全、繼而保證整個線路系統(tǒng)的正常運行，結合“通過式”候車的人性化進站候車模式，我院在設計中還引進了先進的車站安全門系統(tǒng)。

2.4 通信、信號和信息系統(tǒng)設計取得初步成果

在通信、信號和信息系統(tǒng)設計中，我們充分吸收國外高速鐵路建設的成功經驗和先進技術，并針對國內客運專線建設的特點和需求，將光纖通信、數(shù)據(jù)通信、GSM-R公務移動通信、專用數(shù)字調度通信、會議電視、救援指揮系統(tǒng)、綜合網管、列控系統(tǒng)、微機聯(lián)鎖、調度集中、運營調度系統(tǒng)、旅客服務信息系統(tǒng)、售票系統(tǒng)、市場營銷策劃系統(tǒng)、防災監(jiān)控系統(tǒng)等先進技術應用到設計中，特別是對關系到列車高速運營的安全和行車調度指揮的高效的客運專線建設的關鍵技術----信號列控系統(tǒng)，在國內尚不能提供系統(tǒng)裝備，而直接引進的技術裝備又不能滿足列車跨線運營的要求的情況下，更是投入了大量人力物力進行方案研究和技術攻關，研究成果得到了路內同行和鐵道部業(yè)務主管部門的認同。通信、信號和信息系統(tǒng)將為客運專線列車運營管理、調度指揮、旅客服務等提供列車控制、語音通信、數(shù)據(jù)業(yè)務、多媒體通信、信息服務、災害監(jiān)測等全方位服務，為客運專線的安全運營提供保障，為旅客提供優(yōu)質高效的服務。

2.5 特殊類型的橋梁結構填補了國內空白

根據(jù)國外高速鐵路的經驗及國內的研究成果，目前我國設計客運專線橋梁結構主要采用簡支和連續(xù)箱梁結構。但由于我國地域廣袤，南北東西地形地質差異較大，加上經濟發(fā)展的不均衡性，受地形、地貌、通航、立交、景觀、特殊地質條件以及其他一些特殊要求的控制，客運專線橋梁除簡支、連續(xù)箱梁結構以外的其他特殊類型的橋梁結構亦不斷涌現(xiàn)，其中相當多的填補了國內空白，有的創(chuàng)造了世界第一。武廣鐵路汀泗河特大橋采用140米鋼箱系桿拱結構，為世界高速鐵路同類結構的最大跨度，胡家灣特大橋跨越京珠高速公路，設計采用了跨度112米尼爾森體系提籃拱結構，結構穩(wěn)定性好，整體剛度大；甬溫線采用的2×90米疊合拱橋、溫福線采用的主跨3×145米剛構連續(xù)梁組合橋，在我國客運專線橋梁中首次采用；福廈線閩江特大橋主橋采用99米+198米+99米 道碴橋面連續(xù)鋼桁梁柔性拱，本橋主跨198米,作為閩江上的第一座大跨度鐵路橋，也是國內第一座采用道碴橋面與鋼梁不結合的大跨度鐵路鋼橋，該橋的順利建成對提高我國鐵路橋梁建設技術水平、推動橋梁技術進步有著非常重要的意義；廣珠城際橋梁總長137公里，占線路總長的95%，該項目的主要創(chuàng)新點有，無碴軌道大跨度系列橋梁建設技術、大跨度獨塔斜拉連續(xù)剛構組合橋技術、大跨度V形連續(xù)剛構拱組合橋技術，其中容桂水道特大橋主橋采用108米+2*185米+115米非對稱大跨度連續(xù)剛構，無碴軌道橋面，為國內客運專線最大跨度的無碴軌道結構；小欖水道特大橋主跨采用100米+220米+100米V形連續(xù)剛構-拱組合橋,西江特大橋主跨采用100米+2*210米+100米預應力混凝土獨塔斜拉-連續(xù)剛構組合橋，橋型新穎、造型獨特、整體高度大、受力性能好、系國內首次采用；廣深港橋梁總長57.2公里，其中主跨2×168米連續(xù)剛構和主跨160米連續(xù)梁拱，為客運專線鐵路同類型最大跨度橋梁； 鄭西客專設計采用主跨80米 V型墩連續(xù)剛構跨越公路，既很好地解決了立交問題又有效的取得了與周邊景觀的協(xié)調一致。我院設計完成的客運專線和城際快速軌道交通橋梁總長達到972公里。

3 結合國情民情，充分體現(xiàn)客運專線建設的適用性

在客運專線設計中我院先后與德、法、日、韓等國家高速鐵路技術企業(yè)和部門進行了廣泛的合作。但是各國高鐵技術具有一定的差異性，同時由于環(huán)境的不同和技術引進的不均衡性，外國技術應用于國內的項目，必須適應國內的現(xiàn)行標準、制式和我國的文化傳統(tǒng)。所以，在技術應用和具體設計工作中必須充分地考慮中國的國情。在鐵道部的統(tǒng)一領導組織下，我院投入大量人力，參與或負責了包括設計站規(guī)在內的適合國內情況的客運專線、高速鐵路設計標準的研究制訂。比如行車專業(yè)在設計中從分析客流入手，按照“以人為本”的原則，圍繞中國特色的“跨線旅客如何輸送”主題，提出了多個可能的運輸組織模式方案。

鐵路客站是鐵路網的重要組成部分，是鐵路與城市的結合點。隨著中國經濟的快速發(fā)展，在文化傳承的基礎上，大中型旅客站房成為城市和區(qū)域的綜合交通樞紐和現(xiàn)代化客運中心的要求越來越強烈，在城市發(fā)展中的地位、作用和影響力發(fā)生了根本性的變化。搞好鐵路客站的建設不但是新形勢適應經濟社會發(fā)展、全面建設小康社會的要求，也是提升鐵路自身形象實現(xiàn)鐵路現(xiàn)代化的需要。根據(jù)這一形勢，鐵道部審時度勢地提出了新建鐵路客站要堅持以人為本，綜合體現(xiàn)“功能性、系統(tǒng)性、先進性、文化性、經濟性”的原則。我院堅決貫徹這一原則，在站房功能設計中始終以旅客為核心，根據(jù)我國國民出行主要選擇鐵路運輸，鐵路站房旅客數(shù)量，特別是高峰期鐵路旅客人數(shù)龐大的特點，在站房內部設計中，通過設備、管線等設施的合理擺布、辦公區(qū)域的縮減，以及站房結構設計大跨度、大空間、預應力框架、組合梁、張弦梁、網殼等新型結構體系的應用，“無站臺柱雨棚”的設計應用等立體空間的運用，把有限的空間、環(huán)境、資源最大限度地利用好，研究采用小車無障礙推行、大件隨身托運等方便旅客的方式，為旅客提供最快捷、最方便、最便利的乘車環(huán)境。同時在廣場規(guī)劃、各種交通方式的接駁、旅客流線、站房平面布局、空間組成及其他配套客運設施的具體設計中，把由站前廣場、站房、站臺、天橋、地道及雨棚等場所和設施組成的旅客高度密集的區(qū)域，整合為一個流線順暢、方便快捷、寬暢明亮、舒適宜人、美觀大方的建筑整體。根據(jù)客運專線列車到發(fā)密集的特點，采用通過式候車和開放式進站的模式。在安全方面考慮高速列車進站帶來活塞風的風環(huán)境和列車振動可能對站臺構筑物和人的影響，研究設計了相應的控制措施。根據(jù)城市和地區(qū)長遠規(guī)劃，對鐵路客站與既有鐵路、城際軌道、地鐵、城市等其他交通模式進行有機結合、系統(tǒng)優(yōu)化。充分考慮建筑的節(jié)能、環(huán)保設計，把可持續(xù)發(fā)展的理念融入到設計中。結合地方特色和地域文化，在建筑設計中，用有限的構圖元素、有限的基本組合圖形，創(chuàng)造出經得起歷史考驗，經得起社會檢驗的優(yōu)秀的具有民族神韻、地域文化底蘊的交通建筑精品，達到了滿足時代要求與順應國情條件的統(tǒng)一。

4 優(yōu)化設計，努力實現(xiàn)客運專線建設的經濟性

鐵路作為國家的交通命脈，近年來投資巨大，特別是客運專線鐵路一次性投入龐大，在我國全面建設小康社會的進程中，建設需求與投資緊缺的矛盾將長時間存在。我院在客運專線設計中，一方面要體現(xiàn)最新的技術水平和長久的質量保證，另一方面結合各個項目特點和具體情況，著力優(yōu)化設計，節(jié)約投資。

鄭西客運專線采用無碴軌道技術，工后沉降要求嚴格，對路基填筑質量要求很高，而路基填料工程性質優(yōu)劣直接關系到路基填筑質量。高速鐵路要求路基本體特別是基床底層優(yōu)先使用A、B組填料或改良土，而沿線A、B組填料十分缺乏，大多數(shù)取土場均為黃土填料。從節(jié)約投資和環(huán)境保護的角度出發(fā)，我院地路專業(yè)對取土場填料和經過化學改良后填料進行試驗，分析、對比填料改良前后的工程性質，提出了相關改良的指導性意見，有效保證了工程的安全可靠性，指導了鄭西客運專線的設計與施工。武廣客運專線全線挖方軟巖占70％之多，能否用作填料對工程造價和環(huán)境保護影響巨大。由于軟巖具有易風化和軟化、水理性差、填土沉降量大等不良工程特征，故規(guī)范對此類填料應用有條件限制。我們通過對武廣沿線四種典型的軟巖填料進行的室內工程特性試驗研究，分析了其應用于客運專線路基填料的可行性和采取的工程措施，以及需深入研究的問題，為充分利用資源，節(jié)約投資提供了試驗基礎。

為了解決客運專線鐵路電力供電技術、電力電纜與通信信號電纜平行敷設的間距、電磁干擾及防護等關鍵技術難題，我院電力專業(yè)開展了一系列研究工作。其中，“10千伏電力電纜與通信信號電纜平行間距研究”為通信信號電纜與電力電纜在路基、橋上等部位鄰近敷設提供了理論依據(jù)，減少了平行敷設間距，節(jié)約了大量的土建投資。

武廣客運專線全長965.081公里，全線原設3個始發(fā)站、16個中間站、6個越行站共25個車站。通過對區(qū)間通過能力的適應性分析，研究調整車站分布對運輸組織及客流組織的影響，提出應對措施，共核減2個中間站、5個越行站共7個車站。將全線平均站間距離從原來的40.212公里增加至56.769公里，其中最大站間距離達到84.271公里。優(yōu)化了生產力布局，減少了車站定員，節(jié)省工程投資約3.31億元。

綜上所述，按照“三個一流”的要求建設客運專線鐵路是時代賦予我們鐵路勘察設計企業(yè)的神圣使命，是一項前所未有的創(chuàng)新型事業(yè)。盡管目前在建設中還存在不少具體的技術問題，包括施工技術、監(jiān)測控制技術和技術接口的銜接問題等，但大的、主要的技術難關已經基本攻克。我們將在鐵道部及其各建設單位的領導指揮下，與其他參建各方通力合作，再接再厲、精心設計、攻堅克難，為建成世界一流的中國客運專線鐵路提供堅強的設計技術支持。