拉林铁路修建关键技术及应用
中铁二院工程集团有限责任公司
拉林铁路西起拉萨，经山南至林芝，横贯喜马拉雅山和冈底斯山之间的藏南谷地，全长435.5千米，设计速度160km/h，全线设站34座，桥隧比74.7%，线路90%位于海拔3000米以上，是目前世界开通运营的最高海拔电气化铁路。拉林铁路建设过程中取得了诸多突破：16次跨越雅鲁藏布江有效规避重大不良地质风险，成功克服板块缝合带隧道、大跨度桥梁、高陡路基边坡建设及高原电气化体系构建等世界性挑战，该项目相关成果使多项关键技术与创新应用实现突破性跨越。
一、主要科技创新
拉林铁路地处板块缝合带，受印度板块与欧亚板块挤压隆升影响，沿线山高谷深，内、外动力作用强烈，地质条件复杂多变，灾害种类繁多。项目通过多层次数据采集与分析，采用融合地质体时空演化的多源多维智能勘察技术，结合实时通讯与数据处理平台，实现了高原峡谷区地质勘察的“立体化、动态化、数字化和智能化”，克服了板块构造缝合带勘察技术限制，解决了高原峡谷区勘察难题；基于多源异构数据融合分析，建立了地质灾害风险评估模型，实现了板块缝合带灾害的精准评估与预测；查明了沃卡地堑高地温走廊带、高山峡谷危岩落石分布、桑日至加查峡谷段高地应力及加查至朗县段软岩大变形等地质问题，提出“尽量绕避、优先明线、大角交叉、浅埋隧道”选线理念，创建了雅鲁藏布江板块缝合带风险防控技术体系。为高原山区减灾选线提供技术支撑，从源头降低了工程风险。
拉林铁路共有隧道47座，不同于普通山区铁路，拉林铁路隧道设计施工过程中，面临岩爆、高地温、冰碛层等11种特殊不良地质，堪称高原艰险山区隧道博物馆。针对岩爆难题，创新了广义能量屈服准则与本构模型、地应力非线性反演方法，攻克了岩爆隧道地应力反演的难题，提出了破裂信号智能识别预警方法，建立了岩爆分级支护技术及施工方法，并发明了移动式自动防护装备，成功建成国内最大埋深（2080米）岩爆铁路隧道，实现了岩爆条件下隧道工程的新突破。为解决超高地温隐患，首创了基于时-空区域离散理论的高岩温隧道瞬态温度场理论预测方法，提出了高地温隧道设计方法及新型支护结构，创新了施工综合降温及安全防护技术，成功建成国内最高地温（89.3℃）铁路隧道，解决了高地温隧道建设难题。就冰碛层问题，探明了高原海洋性冰川富水冰碛层工程特性，创新四指标围岩亚级分级方法、超前支护-洞身支护-基底加固三维立体支护技术、“帷幕注浆+管棚+小导管+三台阶开挖”的冰碛层围岩工法，成功建成世界上一次性穿越富水冰碛层长度最长（960米）的隧道工程，为冰碛层隧道设计施工提供了重要依据。
横跨雅鲁藏布江桑加峡谷的藏木桥全长525米，主拱跨径430米，是世界上海拔和地震烈度最高、跨度最大的铁路钢管混凝土拱桥，如何实现八度地震区大桥的抗震要求，有效解决高原恶劣气象条件下钢结构桥梁养护困难，保障高原低气压、大温差条件下单根钢管上千方混凝土灌注质量，是拱桥建造面临的重大难题。为此，拉林铁路建立了高烈度地震区“主引桥梁部一联连续”中承式拱桥结构体系，创新了组合减隔震技术及变管径钢管混凝土拱肋结构，首次采用空间曲面吊杆-钢管混凝土提篮拱，将主梁桥面宽度由24米减至18米，梁体和钢管拱自重均减小10%左右；研发了345MPa、420MPa高性能无涂装耐候桥梁钢及其设计、制造、维养技术，成功建成我国首座铁路无涂装耐候钢大桥。研发了高原V形峡谷区大跨度钢管混凝土拱桥成套施工技术，解决了河谷陡峭边坡富水基础施工、强风条件下钢管拱肋安装、大温差恶劣环境管内大体积混凝土易出现脱空和不密实以及易堵管等难题，实现了大跨度钢管混凝土拱桥在高原峡谷区的成功建造。
拉林铁路沿线高原深切峡谷区密集分布，生态环境脆弱，在高烈度地震、强风沙、高寒缺氧等外部条件作用下，铁路路基高陡变坡加固及绿色生态防护面临巨大挑战。项目提出了基于概率理论的危岩落石风险因素划分、判定及定量评估方法，建立了高山峡谷区危岩落石风险因素概率等级评定指标体系；发明了多种适用于陡坡地形的拦石结构，提出了锚固缝合式主动防护系统的设计方法，形成了主被动刚柔组合的高陡边坡立体防护技术体系；提出“四位一体”的高寒河谷环境脆弱地区路基绿色防护关键技术，实现了高原高寒脆弱环境铁路生态系统的自我修复和可持续发展。
拉林铁路通行复兴号高原内电双源动车组列车，在高海拔、强震、强峡谷风、强雷暴、强紫外线、大温差、外部电源极其薄弱等多重复杂恶劣环境下，牵引供电系统及机辆运维面临着严峻考验。为此，项目建立了27.5kV牵引供电系统海拔4000米级电气绝缘配合技术体系，研发了适应高海拔、强震、峡谷风等环境下电气化铁路牵引供电关键技术装备。为实现高原铁路运输组织互联互通、维修养护作业合理，拉林铁路首创高原双源动集动车组“内燃+动力+客车”三位一体综合运用维修体系，首创机辆深度融合工艺，实现了机车、客车、动集动车组运用检修设备深度融合共享，保障了双源动集动车组安全高效运行，解决了不同类型机辆难成统一体系的难题，实现了拉林电力、拉日和青藏内燃区段跨线兼容运行，提高了运输组织的灵活性。
二、项目评价
该项目成果整体达到国际领先水平。
三、取得成果及效益
项目授权国家发明专利35项，实用新型专利20项，软件著作权7项，主编/参编标准规范8项，形成省部级工法14项，获得省部级及以上科技、勘察设计、优质工程等奖项共计58项。据不完全统计，相关成果在实际应用中节省投资17.3亿元，经济效益显著，在引领技术发展、推动行业进步、服务国家战略方面，具有十分重要的意义。