摘要：承担全国铁路客运专线和城际快速轨道交通近半数勘察设计工作量的铁道第四勘测设计院为实现建成世界一流客运专线的总体目标，对无碴轨道、隧道支护结构、基底处理、环保选线、牵引供电、接触网、动车组检修基地、动车段(运用所)、通信信号和信息系统、桥梁结构、铁路客站等不同专业进行了精心设计，并对郑西、武广等客运专线进行了优化设计，节省了大量工程投资，取得了显著的经济效益。文中介绍了该院在上述专业设计中快速提升设计水平的做法和经验。

建设铁路客运专线是新一轮高标准铁路建设的标志，是铁路跨越式发展的重要内容，是铁路行业统落实科学发展观，推进全面建设小康社会的一项系统性子工程。铁路第四勘察设计院作为国资委所属中国铁道建筑总公司下属的中央企业、长期服务于中国铁路基本建设的排头兵，积极响应党中央、国务院和铁道部党组的号召，先后承担了京沪高速、武广、郑西、甬温、温福、沪汉蓉，以及沪宁、沪杭、杭甬、广珠城际等铁路项目的勘察设计，约占全国铁路客运专线和城际快速轨道交通建设量近一半。

勘察设计作为工程建设前期的重要工作，是工程的灵魂，对整个工程的安全、美观、先进和适用具有决定性作用。为履行好这一庄严职责和神圣使命，我院坚持以我为主，动员包括院内外、国内外各方面力量，按照先进、成熟、安全、适用、经济以及环保的要求，引进先进理念和成熟技术，结合中国国情，与建设、施工、咨询、监理等参建各方合力打造具有中国特色的一流客运专线铁路。

1 精心设计，确保客运专线安全与环保

客运专线作为现代大众化交通工具，在满足人们快速便捷的出行需求的同时，能否确保安全和对环境的影响已成为国人关注的焦点，也成为铁路建设者首先需要解决的问题。客运专线铁路和城际快速轨道交通时速均在200公里以上，最高时速可达350公里。如此高的速度对线下、线上工程设施所产生的物理影响将导致一系列质的改变。主要是对线下工程的稳固性、平顺性要求，以及对线上固定设施的力学作用和电子设施的灵敏度、准确度和稳定度的要求普遍提高。

1.1 快速提升无碴轨道设计水平

为了提高工程安全性和高速列车运行的平稳，目前，我院轨道专业普遍采用了无碴轨道技术和无缝线路技术，特别是对轨道结构型式和技术难度较大的桥上无缝道岔以及桥上无碴轨道开展了专题研究，陆续形成了《桥上无缝线路技术研究》、《客运专线无缝线路技术研究》、《大号码无缝道岔技术研究》、《桥上无缝道岔技术技术研究》、《无碴轨道结构设计及关键技术研究》等多项科研成果，以武广客专、广珠城际、广深港客专等项目无碴轨道设计为突破口，围绕框架板式、双块式和道岔区轨枕埋入式3种无碴轨道结构设计参数、设计方法、轨道结构刚度合理匹配等关键技术展开了深入的研究与探讨，并取得了突破性成果，编写了相关计算软件，快速地提升了客运专线铁路无碴轨道设计水平。无碴轨道由于其稳定性、耐久性好，轨道几何形态能长久保持，线路养护维修工作量显著减少，与有碴轨道相比，结构高度低、自重轻，可减少桥梁二期恒载，以及道床结构美观，且不会产生道碴飞溅等优势，在客运专线设计中广泛应用。但同时，无碴轨道结构对下部基础的工后沉降和差异沉降提出了严格要求，特别是在路桥、路隧过渡段，其路基沉降差异造成的错台不得大于5毫米。为此，我院地质路基专业在对高速铁路路基变形组成分析的基础上，通过桩网复合地基沉降变形、基底土压力等观测测试，分析了桩土应力分担比的变化过程、土工格栅的受力特点及沉降变形规律，对土工材料在客运专线铁路路基工程中的应用进行了研究。在武广客运专线设计中，提出路基应根据不同的地基条件，不同的结构部位等具体情况设置好有效的沉降监测剖面，对无碴轨道铺设前的沉降观测分析方法及评判标准开展了系统的分析和探讨，提出了指导客运专线路基地段无碴轨道设计与施工的建设性设计方案。

1.2 强化隧道支护结构设计与基底处理

隧道是铁路建设和运营安全的重点部位。我院设计的客运专线、高速铁路中隧道568座，总延长达到74.6公里。涉及到安全问题的主要方面有：工程可靠性和耐久性、隧洞内有害物质的影响以及防灾救援等。同时客运专线隧道断面大，设计使用年限要求100年，主体结构要求“零缺陷”，防水等级要求达到一级。为此，在客运专线隧道支护结构设计与基底处理中，专门设计了浅埋段支护结构，根据围岩级别、埋深、偏压等具体条件对围岩自稳能力和支护结构受力的影响，细化了支护结构类型，加强对初期支护的劣化机理及其对使用年限的影响研究。针对以往隧道底部易发病害，按照高速列车运行要求，加强了隧道基底设计。二次衬砌部分采用钢筋混凝土结构。除对模筑混凝土本身应提出耐久性指标要求外，对喷射混凝土、锚杆、防排水材料等也提出了相应的耐久性要求。根据客运专线列车高速运行的特点，防灾处理上，根据既往火灾特性分析、机车牵引速度和隧洞长度计算，设计采用“消灭火灾于初期，尽量使列车驶离隧道，实施洞外救援”的救援原则。

1.3 认真贯彻环保选线理念和环保设计原则

我院针对高速客运专线在建设过程中可能对生态环境产生的负面影响，以及其运营过程可能对沿线地区景观、声环境、振动和电磁环境产生干扰。为最大限度地减轻客运专线建设可能产生的不良环境影响，我院在项目设计中始终把环境保护作为重要的设计输入和控制因素，认真做好环保选线，从源头避免或减小项目建设对环境的破坏。加强环保工程设计，确保环境影响评价及其批复意见要求的各项环保措施在设计中得到落实。在京沪高速铁路及郑西、武广、郑武、广珠、昌九、沪宁、广深港、汉宜等客运专线、城际铁路的设计中，我们均认真制订环保设计原则，贯彻环保选线理念，妥善处理好线路、站段选址与环境敏感区的矛盾，必要时不惜多花投资绕避重要的环境敏感点。对铁路沿线宝贵的土地资源，推广采用“以桥代路”、多用荒地、少占良田等节约土地的措施。对工程建设中可能产生的植被破坏和水土流失，在设计中均采取妥善的防护和恢复措施。对易受客运专线运营影响的居民住宅、学校、医院等敏感点，大量采取使用功能置换、轨道减振、声屏障、隔声窗等减缓措施，较好地解决了客运专线运营期存在的突出环境问题。

2 引进创新，突出客运专线技术的先进与成熟

铁路跨越式发展作为服务于全面建设小康社会的一项系统工程，其对先进性的要求更加突出，客运专线铁路作为现代高标准铁路的代表无论从区间线路，还是从城市站点都必须体现先进性的要求。在设计中我院着力引进新的设计理念和先进的技术成果，结合国内实际进行再创新。

2.1 牵引供电系统设计和接触网专用工程技术研究达到世界先进水平

牵引供电系统在设计武广、郑西、广深港等高标准铁路中，按照跨越式发展的思路，采用了世界先进水平的仿真软件应用于设计中，保证了客运专线铁路牵引供电系统达到世界先进水平。接触网的弓网关系是客运专线铁路最关键的技术之一，我院针对高速客运专线进行了SiFCAT350接触网专用工程技术课题研究。研究成果应用了大量最新的国际规范和科研成果，研究提出了一整套的技术规格参数、关键工程技术方案和接口设计方面的应用成果。这些研究成果通过了由国际知名专家组成的技术评审组的评审。这些成果的应用，为我院设计世界先进高速客运专线铁路提供了支撑。

2.2 动车组检修基地布局、规模研究、动车段(运用所)设计取得突破

按照国务院批准的“中长期路网规划”，至2020年我国将形成以“四纵四横”为骨架的客运专线网，届时将有1000列动车组投入运行，北京、武汉、上海、广州四大检修基地及25个动车运用所将相继建成。作为动车组 之“家”的动车段（所）承担着动车组运用整备、存放、日常检查、临修及一、二、三、四、五级修程作业。这些动车段(所)的建设时机、布点、规模等合理与否将关系到动车组能否顺利按期投入运营，我院遵循“引进先进技术，联合设计生产，打造中国品牌”的总体要求，从国情、路情出发，大胆学习、借鉴、吸收国内外一切成熟、可靠、先进的实例，积极开展中外联合设计，采纳先进的设计理念，在动车组检修基地布局和规模研究、动车段(所)设计等方面取得了突破。在动车组检修基地布局方面，我院利用自主研发的动车组周转图软件，突破传统的计算方法，通过研究高速铁路列车、动车组、动车段所之间的内在逻辑关系，分析和确定动车段所的布局和规模，从而为铁道部决策建立动车组四大检修基地提供了强有力的理论支持。动车段（所）的设置充分借鉴了国外动车组先进的检修布局设置模式，体现了集中检修、分散存放的原则。在动车段(所)的设计方面，我院积极开展联合设计，先后与日本铁道联合体、瑞典庞巴迪、法国阿尔斯通进行合作，在铁道部的组织安排下，参与或独立制定了动车组检查库设计标准、运用所主要设施配备标准等。贯彻铁路跨越式发展的思路，推行专业化、换件修和定期检测状态修，逐步建立一种新型的维修制度。实行网络化管理，建立办公自动化和运用检修生产过程管理系统。设计中大量采用传感技术、激光自动检测技术、超声波探伤技术等，并向智能化方向发展。配备大量具有先进性、高效实用性、安全可靠性的设备，如轮对诊断系统、数控不落轮镟床、转向架更换装置、列车自动控制装置检测设备、材料编码系统、真空卸污系统等等。

2.3 客运专线无碴轨道综合检测与维修研究取得进展

在有效的综合维修“天窗”时间、有限的出岔条件和土地使用限制等新情况下实行综合维修是客运专线维护的必然选择。在动态检测的基础上对固定设施如线路、路基、桥梁、隧道及接触网等进行状态维修，是保障安全行车的必要手段。近年来我院陆续完成了“高速铁路综合检测与维修”等一系列研究工作。针对客运专线无碴轨道的综合维修，承担了铁道部科研项目“客运专线无碴轨道综合检测与维修研究”。在设计中贯彻动态监测专业修、状态修等先进的养护维修理念。为保证旅客安全、继而保证整个线路系统的正常运行，结合“通过式”候车的人性化进站候车模式，我院在设计中还引进了先进的车站安全门系统。

2.4 通信、信号和信息系统设计取得初步成果

在通信、信号和信息系统设计中，我们充分吸收国外高速铁路建设的成功经验和先进技术，并针对国内客运专线建设的特点和需求，将光纤通信、数据通信、GSM-R公务移动通信、专用数字调度通信、会议电视、救援指挥系统、综合网管、列控系统、微机联锁、调度集中、运营调度系统、旅客服务信息系统、售票系统、市场营销策划系统、防灾监控系统等先进技术应用到设计中，特别是对关系到列车高速运营的安全和行车调度指挥的高效的客运专线建设的关键技术----信号列控系统，在国内尚不能提供系统装备，而直接引进的技术装备又不能满足列车跨线运营的要求的情况下，更是投入了大量人力物力进行方案研究和技术攻关，研究成果得到了路内同行和铁道部业务主管部门的认同。通信、信号和信息系统将为客运专线列车运营管理、调度指挥、旅客服务等提供列车控制、语音通信、数据业务、多媒体通信、信息服务、灾害监测等全方位服务，为客运专线的安全运营提供保障，为旅客提供优质高效的服务。

2.5 特殊类型的桥梁结构填补了国内空白

根据国外高速铁路的经验及国内的研究成果，目前我国设计客运专线桥梁结构主要采用简支和连续箱梁结构。但由于我国地域广袤，南北东西地形地质差异较大，加上经济发展的不均衡性，受地形、地貌、通航、立交、景观、特殊地质条件以及其他一些特殊要求的控制，客运专线桥梁除简支、连续箱梁结构以外的其他特殊类型的桥梁结构亦不断涌现，其中相当多的填补了国内空白，有的创造了世界第一。武广铁路汀泗河特大桥采用140米钢箱系杆拱结构，为世界高速铁路同类结构的最大跨度，胡家湾特大桥跨越京珠高速公路，设计采用了跨度112米尼尔森体系提篮拱结构，结构稳定性好，整体刚度大；甬温线采用的2×90米叠合拱桥、温福线采用的主跨3×145米刚构连续梁组合桥，在我国客运专线桥梁中首次采用；福厦线闽江特大桥主桥采用99米+198米+99米 道碴桥面连续钢桁梁柔性拱，本桥主跨198米,作为闽江上的第一座大跨度铁路桥，也是国内第一座采用道碴桥面与钢梁不结合的大跨度铁路钢桥，该桥的顺利建成对提高我国铁路桥梁建设技术水平、推动桥梁技术进步有着非常重要的意义；广珠城际桥梁总长137公里，占线路总长的95%，该项目的主要创新点有，无碴轨道大跨度系列桥梁建设技术、大跨度独塔斜拉连续刚构组合桥技术、大跨度V形连续刚构拱组合桥技术，其中容桂水道特大桥主桥采用108米+2*185米+115米非对称大跨度连续刚构，无碴轨道桥面，为国内客运专线最大跨度的无碴轨道结构；小榄水道特大桥主跨采用100米+220米+100米V形连续刚构-拱组合桥,西江特大桥主跨采用100米+2*210米+100米预应力混凝土独塔斜拉-连续刚构组合桥，桥型新颖、造型独特、整体高度大、受力性能好、系国内首次采用；广深港桥梁总长57.2公里，其中主跨2×168米连续刚构和主跨160米连续梁拱，为客运专线铁路同类型最大跨度桥梁； 郑西客专设计采用主跨80米 V型墩连续刚构跨越公路，既很好地解决了立交问题又有效的取得了与周边景观的协调一致。我院设计完成的客运专线和城际快速轨道交通桥梁总长达到972公里。

3 结合国情民情，充分体现客运专线建设的适用性

在客运专线设计中我院先后与德、法、日、韩等国家高速铁路技术企业和部门进行了广泛的合作。但是各国高铁技术具有一定的差异性，同时由于环境的不同和技术引进的不均衡性，外国技术应用于国内的项目，必须适应国内的现行标准、制式和我国的文化传统。所以，在技术应用和具体设计工作中必须充分地考虑中国的国情。在铁道部的统一领导组织下，我院投入大量人力，参与或负责了包括设计站规在内的适合国内情况的客运专线、高速铁路设计标准的研究制订。比如行车专业在设计中从分析客流入手，按照“以人为本”的原则，围绕中国特色的“跨线旅客如何输送”主题，提出了多个可能的运输组织模式方案。

铁路客站是铁路网的重要组成部分，是铁路与城市的结合点。随着中国经济的快速发展，在文化传承的基础上，大中型旅客站房成为城市和区域的综合交通枢纽和现代化客运中心的要求越来越强烈，在城市发展中的地位、作用和影响力发生了根本性的变化。搞好铁路客站的建设不但是新形势适应经济社会发展、全面建设小康社会的要求，也是提升铁路自身形象实现铁路现代化的需要。根据这一形势，铁道部审时度势地提出了新建铁路客站要坚持以人为本，综合体现“功能性、系统性、先进性、文化性、经济性”的原则。我院坚决贯彻这一原则，在站房功能设计中始终以旅客为核心，根据我国国民出行主要选择铁路运输，铁路站房旅客数量，特别是高峰期铁路旅客人数庞大的特点，在站房内部设计中，通过设备、管线等设施的合理摆布、办公区域的缩减，以及站房结构设计大跨度、大空间、预应力框架、组合梁、张弦梁、网壳等新型结构体系的应用，“无站台柱雨棚”的设计应用等立体空间的运用，把有限的空间、环境、资源最大限度地利用好，研究采用小车无障碍推行、大件随身托运等方便旅客的方式，为旅客提供最快捷、最方便、最便利的乘车环境。同时在广场规划、各种交通方式的接驳、旅客流线、站房平面布局、空间组成及其他配套客运设施的具体设计中，把由站前广场、站房、站台、天桥、地道及雨棚等场所和设施组成的旅客高度密集的区域，整合为一个流线顺畅、方便快捷、宽畅明亮、舒适宜人、美观大方的建筑整体。根据客运专线列车到发密集的特点，采用通过式候车和开放式进站的模式。在安全方面考虑高速列车进站带来活塞风的风环境和列车振动可能对站台构筑物和人的影响，研究设计了相应的控制措施。根据城市和地区长远规划，对铁路客站与既有铁路、城际轨道、地铁、城市等其他交通模式进行有机结合、系统优化。充分考虑建筑的节能、环保设计，把可持续发展的理念融入到设计中。结合地方特色和地域文化，在建筑设计中，用有限的构图元素、有限的基本组合图形，创造出经得起历史考验，经得起社会检验的优秀的具有民族神韵、地域文化底蕴的交通建筑精品，达到了满足时代要求与顺应国情条件的统一。

4 优化设计，努力实现客运专线建设的经济性

铁路作为国家的交通命脉，近年来投资巨大，特别是客运专线铁路一次性投入庞大，在我国全面建设小康社会的进程中，建设需求与投资紧缺的矛盾将长时间存在。我院在客运专线设计中，一方面要体现最新的技术水平和长久的质量保证，另一方面结合各个项目特点和具体情况，着力优化设计，节约投资。

郑西客运专线采用无碴轨道技术，工后沉降要求严格，对路基填筑质量要求很高，而路基填料工程性质优劣直接关系到路基填筑质量。高速铁路要求路基本体特别是基床底层优先使用A、B组填料或改良土，而沿线A、B组填料十分缺乏，大多数取土场均为黄土填料。从节约投资和环境保护的角度出发，我院地路专业对取土场填料和经过化学改良后填料进行试验，分析、对比填料改良前后的工程性质，提出了相关改良的指导性意见，有效保证了工程的安全可靠性，指导了郑西客运专线的设计与施工。武广客运专线全线挖方软岩占70％之多，能否用作填料对工程造价和环境保护影响巨大。由于软岩具有易风化和软化、水理性差、填土沉降量大等不良工程特征，故规范对此类填料应用有条件限制。我们通过对武广沿线四种典型的软岩填料进行的室内工程特性试验研究，分析了其应用于客运专线路基填料的可行性和采取的工程措施，以及需深入研究的问题，为充分利用资源，节约投资提供了试验基础。

为了解决客运专线铁路电力供电技术、电力电缆与通信信号电缆平行敷设的间距、电磁干扰及防护等关键技术难题，我院电力专业开展了一系列研究工作。其中，“10千伏电力电缆与通信信号电缆平行间距研究”为通信信号电缆与电力电缆在路基、桥上等部位邻近敷设提供了理论依据，减少了平行敷设间距，节约了大量的土建投资。

武广客运专线全长965.081公里，全线原设3个始发站、16个中间站、6个越行站共25个车站。通过对区间通过能力的适应性分析，研究调整车站分布对运输组织及客流组织的影响，提出应对措施，共核减2个中间站、5个越行站共7个车站。将全线平均站间距离从原来的40.212公里增加至56.769公里，其中最大站间距离达到84.271公里。优化了生产力布局，减少了车站定员，节省工程投资约3.31亿元。

综上所述，按照“三个一流”的要求建设客运专线铁路是时代赋予我们铁路勘察设计企业的神圣使命，是一项前所未有的创新型事业。尽管目前在建设中还存在不少具体的技术问题，包括施工技术、监测控制技术和技术接口的衔接问题等，但大的、主要的技术难关已经基本攻克。我们将在铁道部及其各建设单位的领导指挥下，与其他参建各方通力合作，再接再厉、精心设计、攻坚克难，为建成世界一流的中国客运专线铁路提供坚强的设计技术支持。