一大早，從北京上車，兩小時(shí)后，下車后到大洋彼岸的倫敦上班，當(dāng)天晚上還可以再回到北京。有著“科技狂人”之稱的美國電動(dòng)汽車公司艾倫·馬斯克告訴你，在不久的將來這個(gè)事情一定會(huì)實(shí)現(xiàn)。

其實(shí)，早前，西南交通大學(xué)就已經(jīng)開始研究這種低真空管道磁懸浮列車和隧道了，還建成了世界上第一個(gè)真空管道磁懸浮列車實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)。

據(jù)了解，“蓉歸故里 西南交大”校友返校日活動(dòng)將在5月18日舉行，近日，記者提前走進(jìn)西南交大，探訪該校的先進(jìn)技術(shù)。

如何建設(shè)真空管道，采用氣動(dòng)懸浮或者磁懸浮驅(qū)動(dòng)技術(shù)，讓列車在全天候、無輪軌阻力、低空氣阻力和低噪聲模式下超高速運(yùn)行?在地面載人交通工具中，地鐵隧道又是如何修建的?近日，記者走進(jìn)西南交通大學(xué)，打探“超級(jí)高鐵”背后的故事。

攻破富水砂卵石地層

破解世界難題

天天坐地鐵上下班，穿梭于城市之間，但卻很少有人見過它的 " 真容 "。那么，地鐵隧道是怎么修建完成的?地鐵列車究竟是怎么制造出來的?

盾構(gòu)機(jī)是地鐵建設(shè)中負(fù)責(zé)隧道掘進(jìn)的主要機(jī)械。成都地鐵施工過程中使用的盾構(gòu)機(jī)，究竟遇到過什么困難?又是怎樣克服的?至今，西南交通大學(xué)土木工程學(xué)院教授晏啟祥仍記憶猶新。

“在成都地鐵施工過程中使用盾構(gòu)機(jī)，有著難以想象的困難。”晏啟祥介紹，成都地鐵穿越的地層主要為富水砂卵石地層并夾雜有粉細(xì)砂層，地下水位高、補(bǔ)給迅速，在市區(qū)全域大范圍這種地質(zhì)結(jié)構(gòu)中使用盾構(gòu)機(jī)，在國內(nèi)外非常少見，未知的困難非常多。

“在2005年啟動(dòng)建設(shè)一號(hào)線的時(shí)候，我們遇到了很多困難，在掘進(jìn)過程中砂卵石地層對(duì)刀盤、刀具、渣土輸送系統(tǒng)等部位磨耗嚴(yán)重，換刀頻率高，施工效率很低。”晏啟祥說，此外，因?yàn)榈叵滤�位高，滲流導(dǎo)致地層自穩(wěn)性差，換刀時(shí)停機(jī)處還容易出現(xiàn)地層坍塌現(xiàn)象。

“當(dāng)時(shí)，盾構(gòu)機(jī)的刀盤開口較小，用了很多破碎硬巖的刀具，然而這些刀具對(duì)付砂卵石這種可擠壓移動(dòng)地層的效果并不好，該破碎的漂石和大卵石沒破碎到，反而讓很多直徑較大、硬度較高的卵石集聚在刀盤前方，不斷磨蝕刀具，導(dǎo)致刀具磨損嚴(yán)重，掘進(jìn)困難。”

晏啟祥說，為了改變這一狀況，西南交大聯(lián)合建設(shè)方、設(shè)計(jì)和施工方進(jìn)行研究，最終決定增大刀盤的開口率，即讓更多的石頭直接進(jìn)入機(jī)器內(nèi)部進(jìn)行“消化”，而非依靠刀具破碎后進(jìn)入，這樣便減少了刀盤和刀具的磨損。

他把這一構(gòu)造，比喻成了人的牙齒和咽喉，“即讓更多的食物通過咽喉進(jìn)入腸胃，靠自身消化，而非靠牙齒咀嚼。”晏啟祥談道，當(dāng)前成都的地鐵施工已經(jīng)全面采用了這一盾構(gòu)選型技術(shù)。

晏啟祥介紹，為了破解富水砂卵石地層盾構(gòu)施工掘進(jìn)控制不良誘發(fā)的地層塌陷世界性難題，他們編制了四川省地方標(biāo)準(zhǔn)《富水砂卵石地層地鐵區(qū)間隧道盾構(gòu)法施工管理標(biāo)準(zhǔn)》，總結(jié)出了盾構(gòu)“五個(gè)異常狀態(tài)控制標(biāo)準(zhǔn)”。同時(shí)，《成都地鐵盾構(gòu)隧道工程建設(shè)關(guān)鍵技術(shù)》成果獲得了四川省科技進(jìn)步一等獎(jiǎng)，以成都地鐵工程建設(shè)為主體形成的《富水砂卵石地層盾構(gòu)高效掘進(jìn)與結(jié)構(gòu)安全保障技術(shù)》成果獲得了國家技術(shù)發(fā)明二等獎(jiǎng)。

低真空管道磁浮

速度比飛機(jī)還快

地鐵、高鐵等地面載人交通大大方便了人們的出行，最快速度已經(jīng)超過400公里/小時(shí)。還能否更快?

高鐵在真空狀態(tài)下運(yùn)行，科學(xué)家稱為“后高鐵時(shí)代”，也就是大眾俗稱的“超級(jí)高鐵”。2013年，美國“高鐵狂人”馬斯克提出要建時(shí)速1200公里高鐵，讓“超級(jí)高鐵”的認(rèn)知度從學(xué)術(shù)界擴(kuò)展到公眾。

在西南交通大學(xué)，一條測(cè)試時(shí)速可達(dá)400公里的真空管道高溫超導(dǎo)磁懸浮直道試驗(yàn)線正在建設(shè)。采用該技術(shù)，列車時(shí)速甚至有望突破1000公里。換句話說，中國的“超級(jí)高鐵”極有可能在這里誕生。

“磁懸浮列車主要包括控制系統(tǒng)、懸浮系統(tǒng)、車輛系統(tǒng)和土建系統(tǒng)等，我們主要負(fù)責(zé)的是土建系統(tǒng)里的真空管隧道。” 晏啟祥說，低真空管道磁浮不僅要把車懸起來，減少輪軌摩擦力，還要保持隧道處于低真空狀態(tài)，減少空氣阻力。真空度越高，列車的運(yùn)行速度就能越快。

空氣阻力是制約傳統(tǒng)軌道交通提速的最大障礙。如何建造一條與外部空氣隔絕的管道，將管內(nèi)抽為低真空，使磁懸浮列車在低真空中運(yùn)行，并與地面零接觸，使摩擦阻力最大程度消減乃至消失?

“如何將管內(nèi)抽為低真空， 降到 0.1個(gè)大氣壓以下非常困難。”他說，現(xiàn)有的隧道結(jié)構(gòu)形式主要是盾構(gòu)法、礦山法修建的盾構(gòu)隧道和礦山法隧道，這些結(jié)構(gòu)不經(jīng)過處理都沒辦法達(dá)到低真空狀態(tài)。“目前，我們正在研究新的隧道結(jié)構(gòu)，如在隧道中進(jìn)行管中套管、夾心鋼板結(jié)構(gòu)等，希望其能實(shí)現(xiàn)需要的氣密性，并長期保持低真空狀態(tài)。”

他介紹，在西南交大對(duì)真空管道磁懸浮列車的展望中，這種低空氣阻力，無接觸供電、無接觸驅(qū)動(dòng)的新型運(yùn)輸方式，瞬時(shí)運(yùn)行速度甚至可高達(dá)1千公里每小時(shí)。

真空磁懸浮列車只是列車在低真空環(huán)境下運(yùn)行，而車廂內(nèi)并非真空的，乘客乘坐這種高速的列車也不會(huì)有眩暈等異樣的感覺。無噪音、無污染、高時(shí)速、低耗能等，都是低真空管道磁懸浮列車的顯著優(yōu)點(diǎn)。

“研發(fā)‘超級(jí)高鐵’，任重道遠(yuǎn)，遠(yuǎn)沒有想象的那么簡單。這一路雖然很艱辛，好在參與研究人員都希望每一步走扎實(shí)。”目前，西南交通大學(xué)仍在為我國”超級(jí)高鐵”的研發(fā)繼續(xù)創(chuàng)新。晏啟祥認(rèn)為，成都在科技成果轉(zhuǎn)化方面走在了全國前列。“西南交大九條等科技成果轉(zhuǎn)化政策的出臺(tái)，讓團(tuán)隊(duì)更加增添了做好科研走市場(chǎng)的動(dòng)力和信心。”

(新媒體責(zé)編：wb001)