中國高鐵征服林海雪原，克服高寒地區高鐵修建難題

（高寒地區的高鐵修建難度與一般地區不可同日而語）

高鐵的噩夢：夏天熱死，冬天凍死

在東北，一年四季的氣溫變換十分鮮明。七月，與全國一樣，這裡也沐浴在酷暑之下，溫度時而超過40℃。可到了一月，這裡又能時常「享受」到其它地方沒有的嚴寒，零下20℃是家常便飯，黑龍江省的中部、北部最低氣溫甚至可低至零下40℃。

在東北長達5個月的冬天裡，這樣的低溫足以將幾米厚的土壤凍得堅如磐石。若是就這樣一直凍下去還好，像青藏高原的永久性凍土一樣，鐵路可以結結實實地修在上面，可是，春天一來，這些凍土還會化掉。

（東北高鐵線路冬季施工場景）

嚴寒地區的高鐵就像是修在了冰淇淋上，開化了就會四處翻漿，發生變形。等到來年冬天再上凍時，土壤中的水結冰膨脹，會進一步將高鐵的路基脹裂。這樣的反覆稱為「凍融循環」。凍融循環個幾年之後，高鐵軌道就被折騰得凹凸不平。然而由於高鐵動車組的運行速度極快，對於路的平整要求極高，一個小小的顛簸就會帶來嚴重的安全問題。在這種環境下修高鐵，難度要比南方高上幾倍。

凍融循環就像一個噩夢，始終環繞在高寒地區高鐵的周圍。在高鐵橋跨過窪地時，凍融循環會破壞橋墩基礎，使橋墩脹裂，強度受損。高鐵穿山時，凍融循環又會使隧道發生裂縫，使隧道在夏天雨季變成「水簾洞」，冬天又變成「冰窟」。因為凍融循環的存在，高寒地區的工程對設計、材料、工藝以及工程精細度的要求都遠高於一般地區。

冷，阻擋不了高鐵走遍東北

除了已建成的工程需要面臨挑戰外，冬季施工也是個大問題。東北的冬天長達5個月，不可能一到冬天就停止施工。然而，低溫下的水泥凝結硬化速度極慢，影響工期；溫度太低時還會幹脆結冰，讓混凝土中的水泥孔隙體積增大，降低水泥與石子等骨料的黏結力，造成不可恢復的損害。

寒冷對於混凝土強度而言是致命的，一旦結冰，辛辛苦苦打好的混凝土就必須全部打掉重來。就連最基本的挖土也因為土壤被凍硬而變得極其艱難。而最困難的莫過於現場的工人和工程師：有過經驗的人都知道，在零下20、30℃的嚴寒中，就是站上半個小時也會凍得連嘴都張不開，更別提工作上一整天了。

（東北高鐵網路示意圖）

然而，就是在這樣艱難的條件下，2012年12月，全長921公里的哈爾濱-大連鐵路建成通車。2015年8月，全長279公里的哈爾濱-齊齊哈爾客運專線建成通車。預計到2018年，哈爾濱到牡丹江的高鐵也將建成。在工程人員不斷的攻堅克難下，高鐵網路正在逐漸遍布東北，惠及1.2億人口。老鐵們必須雙擊一波666。

要在東北修高鐵，首先要克服凍融循環

在要想在東北修高鐵，首先必須要克服的就是凍融循環。與普通鐵路不同，高鐵線路為了平整，使用的是無砟軌道。而在哈大高鐵之前，在寒冷地區鋪設無砟軌道尚無可以借鑒的經驗。

要戰勝凍融，首先要戰勝水，為此，工程人員先通過強夯、衝擊碾壓等方式將土壤硬化，防止它像海綿一樣吸水「搞事情」。隨後，在壓實的土層以上設置了比較厚且級配良好的路基，具有很好的排水性能。

冬天來臨時，由於路基中已經基本將水排走，故而不會上凍，而下層土壤中的凍融循環由於有路基的隔離，對於高鐵軌道的影響也很小。此外，工程師們還在路基下部設置了防水隔斷層，有效阻隔地表水滲入路基。

（無砟軌道施工現場）

高性能混凝土無處不在，鐵路不再怕冷

在風化岩石等地質不良路段，除以上措施，工程師們還會將混凝土樁打入地下進行加固。為了將凍融循環對樁基的破壞降到最低，高鐵項目部創造性地採用了長短混凝土樁交錯布置並配合墊層與鋼筋混凝土板的全新結構形式。它可以同時起到提高承載能力、減小沉降量以及與土層緊密結合的作用。在哈大高鐵中一經使用，這種能夠有效應對凍融循環的樁基形式被迅速推廣到高寒帶高鐵軌道的建設中。

（組合樁型複合地基示意圖）

凍融循環不僅作用於土壤，也作用於工程結構中的混凝土本身。高鐵使用的無砟軌道本質上就是一塊堅固的鋼筋混凝土板，可以將軌道牢牢地釘死在地上，不會因為熱脹冷縮、不均勻沉降等原因發生變形，可以始終保持平整，保證高鐵的高速運行。在凍融循環中，混凝土中的水會反覆結冰膨脹，將結構脹裂。這對於高鐵這種對質量要求極高的工程而言是不能容忍的。

因此，在高寒高鐵工程中，無論是橋墩還是無砟軌道，都要使用高性能混凝土在製造。這種高性能混凝土強度高，含水量低，內部微結構緻密。這種高性能混凝土的內部的水分少，不容易結冰「搞事」，外界的水、有害離子也難以通過縫隙侵入，結構的耐久性好，就連其中摻加的砂子、石子都是精心篩選過的，級配優良，可以最大限度地提高混凝土的密實性和體積穩定性，使之更不容易熱脹冷縮。

「林海雪原」里的最長隧道

東北地區多為平原，這多少為高寒高鐵的修建降低了一點難度。但這樣的好運不常有，正在修建的哈爾濱到牡丹江高鐵就要穿過著名的「林海雪原」，並從其中的虎峰嶺中穿山而過。

8月20日，全長8755米的虎峰嶺高鐵隧道全線貫通，成為高寒鐵路中的最長隧道。

（建設中的虎峰嶺隧道）

這裡的山間環境極為特殊。在冬季，黑龍江東部的降雪量驚人，夏季更是雨霧環繞，這使得虎峰嶺隧道山體內山石裂隙水層極為豐富。在隧道的開挖過程中，這些水會在山體壓力的作用下被擠入隧道中，不僅嚴重地影響施工，更會在隧道周圍的凍土上形成一個凍融交替的凍融圈，使得隧道的內壁不斷地受到往複作用的力，進而導致開裂甚至塌方。

（山體含水層示意圖）

可以說，水是一切病害的根源。為此，工程項目組對地下水及裂隙水採取了以排為主，防、排、截、堵相結合的綜合治理方案。在隧道的周邊布置密密麻麻的縱向軟排水管和豎向泄水孔，將山間的水排走；同時，在隧道周圍設置了複合防水層，將隧道相關結構與地下水隔離開來。

比排水更要緊的是冬季施工時的保溫。隧道外面是零下二三十度的大風雪，隧道裡面還要施工。要是裡面一旦結了冰，莫說「冰窟」里的人會被凍傻，辛辛苦苦砌好的混凝土也全部廢掉了。若是維持隧道環境的送風管、排出地下水的排水管也凍上了，那結果更是不堪設想。

為了保障洞內溫度不過低，工程部在隧道的里裡外外都設置了各式保溫措施：對於送風管和排水管，從進洞之前就包裹保溫材料，並及時排空送風管中的水，防止局部結冰；在隧道口還設置了「大棉被」：隧道防風保溫門，以減少隧道內外的熱量交換。

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