青藏铁路运营期关键技术及高原铁路运营维护管理

2020-04-09张寿红张建忠徐登元

中国铁路 2020年3期

张寿红，张建忠，徐登元

（中国铁路青藏集团有限公司，青海西宁810007）

0 引言

青藏铁路建设是党中央国务院作出的一项重大战略决策，是西部大开发的标志性工程。青藏铁路是世界上海拔最高、线路最长的高原铁路，全长1 142 km，其中海拔高度4 000 m以上的路段960 km，穿越多年冻土地带的路段550 km，青藏铁路工程建设在多年冻土、高寒缺氧、生态脆弱三大世界性工程难题方面取得了重大成果［1］。自2006年7月1日青藏铁路格拉段（格尔木—拉萨）正式通车运营以来，取得了安全持续稳定、运输通畅无阻、服务优质高效、环保全面达标的优异成绩，为高原铁路运营管理积累了宝贵经验，使青藏铁路成为穿行在“高原净土”上的千里“绿色长廊”。总结青藏铁路运营期在多年冻土区路基、环境保护、卫生保障体系方面的运营维护经验，对分析和完善高寒高原铁路维护体系意义重大。

1 多年冻土区路基运营维护技术

格拉段通车运营以来，中国铁路青藏集团有限公司（简称青藏集团公司）长期致力于青藏铁路多年冻土区路基运营维护的技术研究工作，研究成果广泛应用在青藏铁路多年冻土区路基维护工作中，保障了青藏铁路的安全运营。

1.1 基础研究

青藏集团公司联合中铁西北科学研究院有限公司（简称中铁西北院）共同对多年冻土区的路基进行运营维护技术基础研究，建立了风火山气象与工程试验定位观测站，开展了铁路路基工程病害的长期监测，建立了青藏铁路多年冻土区路基变形自动化监测系统和安全评价体系，开发了青藏铁路线路工程数字信息系统。

1.1.1 长期监测系统

长期监测系统主要围绕冻土地温和工程建筑物变形进行监测，系统观监测的核心数据是冻土区典型地段的气温变化规律、修筑铁路前后冻土温度特征的变化、施工过程和运营期随着冻土温度变化的工程建筑物变形规律［2］。长期监测系统自2008年建成运行以来，已经连续观测了10余年，共有观测断面78个，含盖路基、桥梁和涵洞。

1.1.2 安全性评价体系

应用模糊理论，以青藏铁路多年冻土区历年监测资料及国内外相关研究成果为基础，建立以冻土类型、冻土环境、地形地貌、气候条件、路基结构、工程表观病害等为主的多年冻土区路基工程安全性评价体系（见图1）［3］。以青藏铁路沿线的7个典型冻土断面为例，验证了安全性评价体系的可靠性。

图1 多年冻土路基工程安全性评价体系

1.2 工程状态及病害类型划分

由于青藏铁路所处区域环境极端恶劣，不可避免产生了一些病害，主要路基病害为路基下沉病害、不良地质病害、路堑边坡病害及水害等4类，其中，路基下沉病害对青藏铁路的稳定性影响较为严重。路基下沉病害主要分布在4类地区：楚玛尔河高平原区、多年冻土南界、冻融区过渡段和桥头路基，其中楚玛尔河高平原病害区段为高温高含冰量地段（如K1001—K1006）。运营以来，根据评价结果、变形监测、地温观测及病害调查资料显示，多年冻土区路基工程经受住了时间的检验，总体上是稳定的。

1.3 多年冻土区路基病害防治成套技术

1.3.1 热融下沉病害防治

多年冻土区路基热融下沉病害的防治必须针对冻结层上水这一热影响源采取措施，才能使病害得以根治。如K1001—K1006段线路两侧地势平坦，路基两侧均无排水条件，无法采用常用的排泄地下水的措施。这种条件下，可以通过以桥代路方式作为根治措施；也可在路基两侧设5 m宽土护道（土护道中可设保温板）作为减缓病害措施，在阳坡插2排、阴坡插1排12 m长热棒，尽可能增加寒季地基冷储量，阻滞暖季地下水对基底冻土的热侵蚀进程，从而增强路基的稳定性［4］。

1.3.2 冻土退化下沉病害防治

多年冻土南界里程大致为K1484+200—K1493+000，根据监测资料，该段路基道床厚度普遍大于设计值的50 cm，表明路基发生了普遍下沉。对冻土南界附近因多年冻土退化引起的路基下沉，以“综合治理，控制融化速度”为治理原则，采取以下治理措施［5］：

（1）做好地表水和冻结层上水防排，切断外来水的热侵蚀；

（2）增设片石护坡，减少路堤两侧向路堤本体传热，缓解多年冻土退化速率；

（3）在高含冰量地段增设热棒，以防止高含冰量冻土层融化导致路基突发性沉陷。

1.3.3 桥头路基下沉病害防治

造成桥头路基较大下沉的主要原因是外来水热侵蚀，导致地基冻土受水的热侵蚀产物热融下沉。对于桥头路基下沉病害防治，采用“先治水，后补强”的原则，先做防排水措施，再采取热棒或片石护坡措施。在片石路基段下沉严重地段，应对片石层进行注浆加固［6］。

1.3.4 冻融过渡段路基病害防治

由于河流区冻融过渡段水的活动较为强烈，冻土的分布、地温和含冰量条件复杂多变，因此应在查明冻土分布和地下水情况的前提下，应对冻融过渡段路基病害采用以下防治的措施：

（1）对于坡脚积水段落，原则上应采用保温护道将积水挤离坡脚，对于有条件排水的地段，要同时完善地表排水系统；

（2）当冻结层上水热侵蚀作用强烈时，如有排水条件应采用排水盲沟予以截排；如无排水条件，则宜采用宽幅（宽4 m以上）土护道+热棒形式，在杜绝地表水影响的同时，通过增加地基冷储量、减小活动层厚度、提高人为上限等，达到减小冻结层上水热侵蚀范围和缩短影响时间的目的。

1.4 研究成果应用

正式运营以来，针对多年冻土路基沉降，采取土护道、片石护坡、路基两侧种草等综合水热防护措施，对62段/22.72 km路基进行了整治，采取增设导流盲沟排水、热棒冷却地基、桥头护锥防护等措施对56段路桥过渡段热融沉降地段进行整治，取得了良好效果，使多年冻土路基的稳定性得到很大提高。

2 运营期环境保护技术

青藏铁路格拉段跨越“世界屋脊”青藏高原腹地，穿越高寒荒漠、高寒草原、高寒草甸、沼泽湿地等不同类型的高寒生态系统区域，沿线分布有极具保护价值的珍稀濒危野生动植物物种资源，是我国及南亚地区重要的“江河源”和“生态源”，自然生态环境原始、独特、敏感、脆弱。

青藏铁路格拉段工程自开通运营以来，铁路两侧因施工扰动的环境不断恢复，部分区段已接近甚至优于周边的自然状态。封闭式环保型列车运行、野生动物通道设置、植被恢复和草皮移植、污水深度处理、固体垃圾收集清运等环保措施落实到位，环保设备设施补强和改造经费持续投入，取得了十分明显的环境效益和社会影响。同时，青藏集团公司还积极应对社会关注和敏感的环保问题，如野生动物保护、高寒植被保护与恢复、江河源水质保护等，广泛组织国内科研力量，开展长期深入研究，并将许多研究成果和结论用于指导实践工作［7］。通过以下环保工作的有效实施，基本保证了青藏铁路长期运营不会对高原生态环境产生明显的影响和破坏。

2.1 水污染防治

青藏铁路格拉段共设置14个污水处理设备站点，在有人值守的车站、守护桥梁隧道的武警官兵营地都建设了污水处理设施，分别采用4种处理工艺，具体处理工艺及地点如下：

（1）序批式间歇活性污泥法（SBR）工艺：拉萨站；

（2）SBR+膜过滤工艺：那曲站、安多站；

（3）膜混凝反应器（MCR）工艺：拉萨西站、拉萨特大桥南兵营、拉萨特大桥北兵营、当雄站、羊八井站、羊八井隧道进口兵营、羊八井隧道出口兵营、三岔河特大桥兵营、昆仑山隧道兵营；

（4）膜生物反应器（MBR）+催化电氧化工艺：沱沱河站、长江源特大桥兵营。

污水处理站由格尔木房建生活段管理使用，化验人员对拉萨站污水处理厂每天监测1次化学需氧量（COD），每周监测悬浮物（SS）、生物需氧量（BOD5）1次；每月定期对全线各站点污水水质排放进行1次监测，保证污水达标排放。

2.2 固体废物处理

为了确保青藏铁路沿线不被“白色垃圾”等固体废物污染，青藏铁路格拉段运行客车全部为全封闭的25T新型客车车体，车上设有集污器、集便器等设备，运行产生的生活垃圾集中收集处理（见图2）。青藏铁路格拉段各站区生活及沿线垃圾也全部由委托管理单位集中统一收集，固体废物处理基本作到了减量化、资源化和无害化，确保沿线不受污染。

图2 固体废物收集

2.3 大气污染防治

为减少锅炉燃烧产生的废气对空气造成污染，青藏铁路格拉段沿线大量采用电能和太阳能采暖，拉萨站区、拉萨西站使用轻质柴油和天然气为燃料的燃油、汽锅炉（4个锅炉房，9台锅炉，36吨位）采暖，其他站区全部采用电采暖，并同时使用太阳能辅助采暖，减少废气排放、减轻废气污染。

2.4 野生动物通道

根据观测结果，青藏铁路野生动物通道设置的位置、宽度、高度等基本满足了野生动物的生活习性和活动迁徙（移）规律的需求［8］。野生动物也在逐渐适应青藏铁路的存在，对通道的陌生、恐惧心理逐步消除，通道利用率逐年提高。2015年启动格拉段扩能改造项目，为了不阻隔藏羚羊南移迁徙通道，将原可可西里预留站（站中心里程K1065+957）北移8.8 km，移至K1057+150处。移站后虽损失1对车的运输能力，货运能力缺口为89万t/d，比原设计增加1 376.82万元投资，但保证了藏羚羊的迁徙正常活动。

2.5 环境保护影响后评价

青藏铁路首次开展了铁路系统后评价工作。委托中国铁道科学研究院集团有限公司节能环保劳卫研究所编制《青藏线格尔木至拉萨段工程环境影响后评价报告书》，2012年10月15日环境保护部给予《关于青藏铁路格尔木至拉萨段工程环境影响后评价报告书审查意见的函》（环验函〔2012〕123号）批复。

3 运营期卫生保障体系

青藏铁路格拉段开通运营以来，青藏集团公司认真吸取建设时期卫生保障工作的成功经验，坚持“预防为主、防治结合”的原则，创新管理模式，依托科研成果，进一步建立健全青藏铁路的卫生保障工作长效管理机制；完善格拉段三级医疗保障体系和考核体系；研制应用高原适应人群健康筛查技术、职业性高原病监护网络技术、增强鼠疫预防监控技术、健康体检的精准预防技术；建立绿色环保适宜富氧的工作环境，科学地分析高原列车供氧模式等措施，阶段性实现了中国国家铁路集团有限公司（原中国铁路总公司，简称国铁集团）党组提出的青藏铁路格拉段“实现铁路职工高原病零死亡、鼠疫零传播、患病旅客得到及时救治”的卫生保障目标。

3.1 健全卫生保障机构，加强基础设施

一方面成立青藏铁路卫生保障领导小组，各基层站段建立“站段—车间—班组”三级卫生保障体系，并设立专（兼）职卫生管理人员，形成了职责明确、责任落实、齐抓共管的局面。另一方面加强基础设施建设，为高原职工生产生活提供良好条件。按照国铁集团“六有”和“三要”的标准，青藏集团公司加强职工宿舍、食堂、办公场所的基础设施建设，逐步改善职工生活工作环境，不断提高卫生生活保障水平。

3.2 高原病危害因素研究

为保障职工的生命安全，使患病职工及广大旅客得到及时救治，通过研究高原环境对旅客和高原作业职工身体机能影响［9］，青藏集团公司进一步完善了格拉段三级医疗服务体系、随车医疗、健康问询、列车供氧、对旅客和职工进行高原病宣传和指导，通过职工岗前体检（准入体检）、岗中和岗后体检、高原预防药品发放制度、旅客和职工氧气增补研究以及对出现高原禁忌症职工及时进行调离轮换等，有效地降低了急性高原病的发生，减缓了高原环境对旅客和高原职工身体的损伤。

3.3 职工健康监护信息管理系统

建立了“站段—疾控所—劳卫部”三级职工健康监护网络管理系统。由青藏集团公司疾控部门将职工体检资料统一录入健康监护管理系统，建立职工健康体检电子档案，实行一人一档，动态管理职工健康体检档案，掌握职工发病规律，有效指导职工慢性病防治工作，并定期向公司写出统计分析报告；职工生理指标发生改变时，及时向用人单位提出处理建议，最大限度地保护高原作业职工的身体健康和生命安全。截至2018年末，格拉段旅客列车共接诊134 566人次，下送各类患病旅客、职工1 173人，其中肺水肿97人、脑水肿94人，无1名旅客和职工（劳务工）因救治不及时而导致死亡。

3.4 鼠疫防控研究

青藏铁路途经的11个县（市）均为鼠疫自然疫源地，分布广泛，鼠疫菌毒力性强，铁路及沿线各站区鼠疫防治任务十分艰巨。自运营以来，青藏集团公司按照“政府主导、企业协作、预防为主、科学防治、突出重点、因地制宜、统筹规划、分步实施”的鼠疫防控工作原则，科学、规范、有序地开展鼠疫疫情防治，摸索出青藏铁路沿线鼠疫综合防治精细化管理途径和机制，进一步健全了铁路与地方的鼠疫防治区域联防联控协作机制，为《青藏铁路公司鼠疫防控应急预案》的完善提供了科学依据，为全面构建青藏铁路突发公共卫生安全事故和突发事件的应急机制奠定了基础，为铁路在建、新建工程项目建设提供了科学有效的鼠疫防控技术，实现鼠疫零传播。

4 高原铁路运营维护管理体系［10］

4.1 运营安全及管理

（1）铁路运输安全持续稳定。青藏集团公司深入推行安全风险管理，重点把握“提认识、建体系、强质量、知风险、明措施、快处置、严考核”7个环节管控，确保青藏铁路运输安全持续稳定。

（2）客货运量逐年提升。青藏铁路运营模式适用于高寒地区，其运输需求的特殊性决定了运输组织管理也有异于平原铁路。实行无人化行车组织模式，采取一日一图组织模式，货车对数从图定的5对增加至实际的11对以上，客车从图定5对增加至实际6对，实现完全意义上的超图行车。货运量从2006年的1 571万t增长到2018年的3 400万t，累计增长1倍之多；客运量从2006年的411万人增长到2018年的1 655万人，累计增长3倍以上，运能得到大幅提升（见图3）。

图32006 —2018年青藏铁路客、货运量

（3）社会效益和经济效益良好。根据旅游特点、客流变化、实际的货运量，适时调整客货运输组织；根据高寒缺氧、实际运能的情况，调整进藏列车的装备，增加车辆监控检查系统和有氧列车；研究创新旅客列车采取“摆渡换乘”方式，解决了旅游高峰急剧增长的进藏客流需求，开创了旅客换乘运输新模式。自2006年开展换乘组织以来，截至2019年1月底，组织进出藏旅客累计达到2 492万人。

4.2 移动、固定设备维护管理

青藏铁路采用了大量先进设备，为了使这些设备在高原铁路上得到更好地维护，青藏铁路公司不懈努力，建立了高原移动、固定设备维护管理体系。

（1）机务系统制定了适合高原特点的机车运用方案，即格拉段客货机车实行三班单司机随车轮乘制，货运机车单程交路1 142 km，为全路之首。经过十几年的运用，建立和完善了NJ2机车整备、保洁制度和标准，并形成“高原铁路机车整备检修标准”。

（2）车辆系统形成“高原铁路货车运用标准”并纳入《铁路货车运用维修规程》，建立青藏铁路格拉段5T综合预报系统，总结高原铁路货车运用工作应遵循“源头控制、入口把关”的原则，并建立青藏铁路格拉段“货车车辆故障处理应急预案”和“车辆事故救援管理办法”。

（3）工务系统创新管理模式，健全安全管理制度，重点推行“6+6”监管模式，即6种动态、6种静态检查方式。从日常养护管理、定期检查及特殊情况下巡查监控、多年冻土路基监测、大维修管理及验收、应急处置及管理考核等方面健全管理办法。研究安装断轨监测装置和气压焊复技术，填补了我国高原缺氧条件下无缝线路铺设养护技术的空白。针对格拉段红梁河、秀水河、北麓河、沱沱河、扎家藏布、措那湖等严重沙害，按照由近到远设防的方案，增大主风方向的防护宽度，初步建立“近固、中截、远阻”的防护体系，并加强源头治沙，使风沙上道的情况得到了改善。运营以来，每年清沙量从2009年以前的11万多立方降到目前的3 000多立方，工作量显著减少，格拉段沙害治理取得了显著效果。

（4）电务维护管理突出青藏铁路特殊地理环境对设备养护维修的特殊要求，以新技术新设备的维护管理为重点，对青藏铁路电务设备养护维修工作进行了全面探索。形成青藏铁路铁路固定设备养护维修研究成果《通信篇》和《信号篇》，制定青藏铁路主要设备技术指标，优化设备养护维修周期、维修方式、维护机构的设置等修程修制，进一步完善设备养护维修体制，并按照“少检修、多监测，少人工、多设备”的维修理念，建立一整套适合高原铁路的电务设备维护管理体系。

（5）供电设备在青藏铁路格拉段全线电力负荷布局为：全线58个车站，192个通信基站。设9个35 kV配电所，全线架设35 kV贯通线为沿线负荷供电，为沿线58个车站、192个通信基站提供供电电源。管理模式为：①管修分开：采用委外维修管理模式，监管人员和维修人员分开，实行公司、供电段、代维单位三级管理。②专业检修：建立以电力调度为监控主体，以代维单位为专业修主体、以监管车间为监督考核主体、以设备厂家为技术支持主体的维修新机制。③多巡多检：充分发挥公司供电检测所、供电段、代维单位三级部门检测手段和技术人员的作用，加强设备状态和电气性能的动态分析，实时掌握设备状态。④器材返厂：具有主备功能的设备实行故障修，单套设备实行定期检查、状态维修，蓄电池执行寿命管理。⑤技术支持：对于引进的国外技术含量高的设备，与设备供应商签订技术支持协议，由设备供应商负责现场指导和远程技术支持进行应急故障分析和处理，以及硬件供应支持。

（6）信息化管理从信息化总体管理、运行维护管理、网络与信息安全管理等方面着手，不断填补管理盲区，共发布各类管理制度23个，技术标准3个。涵盖运行维护、网络与信息安全、机房管理、设备托管、委外保修等各个方面，形成较为完备的制度体系。

（7）青藏集团公司建设管理体系最主要的特点是：管理机构设置精干高效，部分机构和岗位身兼数职。建设系统全体人员克服经验不足、人员偏少、环境艰苦等诸多困难，优质高效地完成了所承担的大型铁路建设项目管理任务。根据国铁集团要求，青藏集团公司结合实际情况研究组建西宁、格尔木、拉萨工程建设指挥部，分别负责各自区域内公司指定的大中型铁路建设项目和更新改造项目管理，认真总结高原铁路建设技术及病害治理工程和养护维修经验，进一步研究冻土区路基工程、高地热隧道结构等病害产生机理、工程防护措施，补充完善设计和施工技术规定，为拉林铁路、格拉段扩能改造、西成、格成、川藏等高原铁路建设项目的提供指导和借鉴。