俄罗斯莫喀高铁项目站场设计特点及案例分析

邓 鹏,胡 健,罗孝平,高 岩

(中铁二院工程集团有限责任公司土建一院,成都 610031)

1 莫喀高铁项目概况

俄罗斯是一个横跨亚欧、地广人稀、多民族、宗教自由的多联邦国家，拥有一整套普速铁路从勘察、设计、施工、运营到维护的成熟体系，拥有涉及各个专业的铁路设计规范多达上百个。其普速铁路主要分布于欧洲，亚洲部分稀疏，规模仅次于美国，但近年来(特别是苏联解体至2000年左右)缺乏发展，许多设备较为陈旧且缺乏妥善的维护，部分设备存在安全隐患，车站布置不够合理，导致占地较多且列车折返走行较多，存在较多问题。例如：在速度大于120 km/h的跨线设备采用平交道，且存在部分站台高度与轨面等高的设置形式；列车与站台间间隙较大、站台因修建时间不同宽度差别较大，部分站台端部太窄；钢轨波磨较严重，轨道几何形位超限，长短波不平顺情况较多；部分道岔位于反向曲线上。目前，俄罗斯境内仅一条“准高铁”——莫斯科至圣彼得堡快速铁路(全长649.7 km轨距1 520 mm)。其设计速度为250 km/h，但几乎所有段落的列车运行速度约为200 km/h甚至更低，平均运营速度仅为160 km/h。

莫斯科至喀山高铁(图1)为俄罗斯规划高铁2号线莫斯科至叶卡捷琳堡高速铁路的重要一段，为计划先期开工段落，是设计速度为400 km/h的客货共线[1]、宽轨(轨距1 520 mm)、双线电气化铁路，可将莫斯科、下诺夫哥罗德、喀山等重要城市囊括在3.5h经济带内。全长770 km，西起莫斯科库尔斯克亚车站，向东经莫斯科、莫斯科州、弗拉基米尔州、下诺夫哥罗德州、楚瓦什共和国、马里埃尔共和国，东至鞑靼斯坦共和国首府喀山。

图1 莫斯科至喀山高铁线路走向示意

本项目沿线地形相对平坦，主要由丘陵和低地构成，桥隧比约20%。沿线地质条件较差，沿线分布的危险地质类型有喀斯特，过剩湿度区域、沼泽化、河道下切、侵蚀、潜蚀，特殊性土壤[2]类型包括季节性冻土、松软地基土、沉陷性土壤、膨胀性土壤等。沿线属高纬度、高寒地区，温带大陆性湿润气候，最低气温-40～-50 ℃，最高气温27～38 ℃。区域内年平均降水量为500～650 mm。夏季降水量体现为雨水(经常是短时间的暴雨)，秋季和春季降水量体现为细雨和雨夹雪，冬季降水量体现为雪。2/3的降水量体现为降雨，1/3的降水量体现为降雪。莫喀高铁发送旅客2 481万人次/年，开行列车83对/d。有莫斯科、下诺夫哥罗德、喀山3个枢纽[3]，每个枢纽内新建1个动车所；共设车站15座，其中新建车站12座，改建车站3座。

2 俄罗斯高铁设计不同之处分析

俄罗斯高速铁路与我国高速客运专线有以下差别。

2.1 运输组织采用多种列车混跑

俄罗斯地广人稀，高铁的建设有助于缩短城市之间的距离，但客运量严重不足，在不影响高速客运的基础上组织上线一定量的动车组货运集装器列车，不仅解决了部分沿线城市间的货运需求，同时将虚糜的运能[4]加以利用，使本线的运营得以持续，不失为海外高铁项目中针对地广人稀国家的一种有效出路。

莫喀高铁采用多种速度列车混跑模式，该高速铁路干线运行最高车速不高于400 km/h的16辆编组高速客运列车，车速不低于200 km/h的16辆编组的区际快速客运列车以及车速不低于200 km/h的16辆编组的动车组货运集装器列车。

2.2 车站布置方面

莫喀高铁项目结合俄罗斯运营习惯、要求，与我国通常的车站布置形式有以下不同。

(1)根据行车组织需要，留有旅客列车越行动车组货运集装器列车的到发线，结合动车组货物列车技术作业需求，于正线侧交错布置货物列车到发线。

(2)我国越行站通常采用两台夹四线，莫喀高铁项目设计中要求在客运列车故障情况下，各站需根据需要留有旅客换乘设备，即越行站应在正线一侧设置带高站台的2条到发线，用于列车故障时旅客通过高站台转移至备用列车，本项目中间站、越行站常采用两台六线(站台间4线)、两台七线(站台间5线)两种车站布置[5]。

(3)我国除始发站、有始发终到作业的中间站的发车作业端咽喉应设2条单渡线外，中间站无发车作业端咽喉及其他车站两端咽喉宜各设1条单渡线。莫喀项目设计中，要求客运中间站和越行站两端咽喉均需设置2条单渡线，组成小“八”字渡线[6]。

(4)根据需要为养路机械、消防和救援列车设置专门停靠、整备线路，且要求消防、救援列车有直接通往正线的径路，以便快速出站保证救援时效性(不可经过站台范围内到发线部分通往正线)。

(5)安全线的设置要求与我国不同，本项目要求到发线与正线接轨均需要设置安全线，有其他线路或道岔作为隔开设备除外。

(6)道岔不能布置在桥梁范围内(俄罗斯要求桥梁范围内轨道设置护轮角钢，其作用类似于护轮轨或防撞墙，但道岔无法设置护轮角钢；我国多设置防撞墙，桥上可设置道岔)。

(7)车站股道纵坡要求较我国略有不同，例如：我国要求动车段(所、存车场)、维修车间(工区)内的线路应设在平道上，困难条件下，咽喉区线路可设在不大于6‰的坡道上[7]；本项目动车段(所、存车场)、维修工区咽喉区的线路最大纵坡[8]可达15‰。

2.3 车站设置增加调度站

根据“特殊技术条款”(依据俄罗斯铁路规范及当地特色形成的专门针对本项目的设计规范)，将车站分为乘客终点站、客运中间站[9]、技术客运站、越行站、区间渡线调度站(图2)。

图2 区间调度站

特别说明调度站作用：其一，线上运行多种速度的列车，在列车晚点等特殊情况下，可利用区间渡线组织区间越行，有利于快速调整列车运行次序，恢复运行图秩序；其二，在一条线路进行维修，另一条线路空闲的情况下，夜间列车可利用区间渡线在局部区段组织反向行车，实现夜间列车跨“天窗”运行；其三，“V形天窗”期间，一条线维修完毕，需要进入另一条线进行维修，可利用区间渡线顺利实现维修机械的转线作业。

2.4 道岔号码选用及布置要求

根据莫喀高铁项目“特殊技术条款”在道岔号码选用方面按照以下原则。(1)到发线上的道岔采用中，高速列车驶入通向旅客上下车站台相邻接发线路有偏差时，用18号道岔(图号：2870)；(2)在高速列车只正向通过时，用11号道岔(图号：2726)；(3)在至其他车站线路的接发线连接处，用11号道岔(图号：2750)；(4)在其他配线上，用9号道岔(图号：2769)；(5)正线上采用25号道岔(针对本项目进行科研设计的新型道岔)；(6)道岔距离平纵曲线的距离与中方不一致。

3 项目设计过程中的案例分析

3.1 重视生态环境保护

(1)例1：俄方认为线间雨水被轨道油污污染，需集中净化处理后排放。原方案：机场站原设计按照国内习惯，将线间雨水与路基外侧雨水一起收集排放。较优方案：地方政府提出车站距居民生活区较近，要求将线间雨水集中净化后排放。路堤坡脚处设2条排水沟，将线间雨水与路基外侧自然雨水分开收集，内侧排水沟收集线间污水集中处理后排放[10]，外侧排水沟收集自然雨水排放，如图3所示。

图3 机场站排水方案示意(单位：m)

(2)例2：莫喀高铁项目在动物迁徙径路上留有便于动物穿越铁路的通道。此类做法国内部分线路也有涉及，如青藏铁路清水河大桥，位于可可西里自然保护区，是青藏线上最长的以桥代路的特大桥，修筑此桥的一个主要目的是为野生动物穿越青藏铁路提供通道，被誉为是“环保桥”。

3.2 铁路设计结合该国相关规范及习惯

中国铁路规范在国外不具规范效用，仅具有参考价值，本项目设计中需结合俄罗斯相关规范及习惯进行设计，条件允许时应考虑设计方案同时满足我国及俄罗斯相关规范的可能性。

3.2.1 舒适度方面

俄罗斯人对轨道交通舒适性相较中国而言要求更低，亦或目前尚缺乏对舒适度的重视，故设计计算中主要是保证安全性、经济性为主，其次才是舒适度，例如：

(1)特殊技术条款中高铁正线道岔距离平面曲线的距离要求仅为50 m，并未按照振动不叠加、衰减特性和设计速度综合考虑；

(2)俄罗斯地铁高峰期间隔约20 s一趟列车，在高行车密度[11]条件下，由人工操作加减速，加之轨道平顺性差，列车运行中噪声较大，其舒适度不如我国普速客运绿皮车；

(3)机场站咽喉区部分位于大于6‰的坡道上，根据俄罗斯规范可在10‰的坡道上，软化正线坡度有工程困难，中方通过移动信号机位置，以保证有效长满足在一个坡道且位于平坡上，同时满足了中俄两国规范要求。如图4所示。

图4 机场站到发线有效长避开大坡道示意(单位：m)

3.2.2 在安全控制方面，采用方法不同

(1)例1：我国对于高速铁路联络线常采用立交疏解，尽量避免列车切割正线。俄罗斯规范及本项目特殊技术条款并无此规定。例如，机场站联络线不采用其他线路或道岔作为隔开设备，不设置安全线，仅通过信号机作为敌对径路的隔开设备。原设计中中方根据中国国内设计习惯，采用立交疏解——“双联络线”方案。俄方为减少工程投资，在满足运量及行车需求前提下，采用了“单联络线”方案，通过道岔2-18处信号机控制，列车从下诺夫哥罗德方向抵达机场站时信号机表示“道岔2-18开通侧向”，将列车接入股道4或6，当正线有列车通过，存在敌对径路时，信号机表示“道岔2-18开通直向”，将列车接入股道3或5。如图5所示。

图5 机场站“双联络线”及“单联络线”方案示意

(2)例2：安全线的设置办法不同。俄罗斯规范要求，凡是到发线与车站正线接轨处，均需设置安全线，如有其他线路或道岔作为隔开设备时，可不设安全线。

3.3 重视地方政府及民众对铁路方案的意见

(1)例1：戈罗霍韦茨站，莫斯科端咽喉挖方约18 m，边坡横向距离较大，需拆迁一套一层的居民住宅及部分花园。为不拆迁居民房屋及花园，俄铁公司宁愿增大工程代价要求单独修建一段约300 m的桩板墙，用以收坡，避免拆迁扰民，如图6所示。

图6 戈罗霍韦茨站局部工程措施示意

(2)例2：因公路跨线桥工程条件限制，无法保留原小区中部进出口道路，为了不改变原小区居民出行习惯，俄铁公司特意召开联合体会议，要求中方将切博克撒雷站往喀山端移动，将桥台台尾缩回以避开小区既有进出口，不惜大量增大土石方工程投入及进行桥梁特殊结构设计。最终中方单独与当地政府协商，获得地方政府同意后，将小区出口道路改移。避免了重新设计车站，如图6所示。

(3)例3：喀山站，为了扩建站前广场征得铁路用地，地方政府为征求当地居民同意拆迁就用了约半年时间，期间喀山站设计工作暂停。

3.4 设计精度、习惯、表达格式不同

3.4.1 设计精度方面

(1)既有股道横断面初步设计：俄方根据1∶500比例的等高线地形图点绘出既有股道横断面；中方需实测既有股道横断面。

(2)新建股道横断面初步设计：俄方单独设计了站线纵坡，再对应不同股道设计其横断面，股道布置平面图中表达的综合管线位置、排水设备的位置及沟底高程、边坡位置等按照横断面中位置对应表示在平面图中。

3.4.2 设计习惯方面

(1)俄方站台为长条石上搭板的中空结构，将线间排水槽、盲沟设于站台正下方；我国铁路站台一般为土石填筑实心结构，线间排水槽、盲沟等设于股道间。

(2)俄方尚无高速铁路排水体系标准，其横向排水槽允许净深较浅且槽底至轨面的深度要求较小，导致需多处设置普速铁路横向排水槽穿过高速铁路到发线；我国有高速铁路排水槽体系，但在俄罗斯境内认证流程繁琐，在有限时间内无法完成认证过程，最终，通过俄罗斯境内已有结构“检查井结合塑料排水管外套承力钢管的形式”代替横向排水槽，委托分包商“莫交大”对该方案进行受力检算，通过了俄方审查。

(3)俄方要求铁路沿线需贯通设置巡逻道；我国铁路不需设置巡逻道。

3.4.3 表达格式不同

俄方表达格式与中方不同。

3.5 设计中中俄双方设计方案

俄方缺乏高铁设计经验，在较多方面与中方存在不同见解，经过讨论，俄方采纳了中方建议，双方达成一致意见。例如：俄方大量设计照搬普速铁路的设计思路，如站场股道布置优化方面、路基沉降控制方面等。

(1)俄方站场股道布置方面，原始布置中存在“消防车停留线放在正线及到发线之间”、“线路之字走行、重复设置安全线、联络线与安全线布置不优”(图7)。中方提出将消防车停留线放在综合维修工区内，并对车站布置进行了优化，消除了以上问题，最终俄方采纳了中方建议，双方达成一致意见，使联合设计顺利进行。

图7 俄方车站股道布置示意

(2)俄方路基沉降控制体系与中方不同。俄方路基基床厚度由列车荷载所产生的动应力与路基基床允许应力决定；中方基床厚度按照列车荷载产生的动应力与路基自重应力之比为0.2的原则确定，同时，基床表层厚度受变形量、强度双重控制因素决定，中方在路基沉降控制方面考虑因素较俄方更多。俄方最终采纳了中方路基基床的厚度及相应填料、压实度要求。

(3)俄方首次遇到高速道岔位于大坡道上的问题。根据特殊技术条款，本项目正线限制坡度为24‰，俄方将区间调度站处理为区间，不认为是车站咽喉区，将道岔布置在24‰的坡道上，见图2。

我国长沙至昆明客运专线引入昆明枢纽，因工程条件限制存在高速无砟道岔位于25‰的坡道上的情况，经过专题研究报告专家评审会，得出以下结论：通过专题研究报告建立了大坡道上无砟轨道无缝道岔的分析模型，检算了不同坡度、不同道岔号码在温度、制(启)动等荷载作用下，道岔轨件强度、稳定性及变形情况。计算结果表明：能够满足相关技术要求，但考虑我国缺乏高速道岔位于大坡道上的实践经验，需在该大坡道道岔上设置远程监控系统，并开展相应的试验研究。目前该高速大坡道道岔方案已提交俄罗斯专家审查，尚无结论，需进一步研究。

4 结语

莫喀高铁项目是设计速度为400 km/h的客货共线、宽轨、双线、电气化铁路，代表着中国高铁走向海外大国市场迈出了坚实一步，是中国高铁走向国际大国的“第一单”。未来，莫喀高铁将有望连接东、西方，与高速发展的亚太经济圈和发达的欧洲经济圈相连，成为世界上最长的高速交通运输通道的一部分。通过本文可以得出作为传统铁路大国的俄罗斯对高铁设计在车站布置形式、行车组织方式、设计参数、环境保护、各设计阶段要求的设计精度、安全控制措施、设计表达方式、在舒适度方面的要求等诸多方面均与我国存在差异，今后在碰到类似问题时，可参照本文处理思路及办法解决问题，本文对我国高铁技术走向海外国际大国在设计方面具有借鉴意义。