全国科普日 | 铁路科技创新前沿展示(三)

近日，由西南交通大学与中车大同电力机车有限公司联合研制的我国首台氢燃料电池混合动力机车成功下线，标志着我国氢能轨道交通技术取得关键突破。

 氢燃料电池混合动力机车采用西南交通大学陈维荣教授团队研发的轨道交通大功率燃料电池发电系统，突破了燃料电池混合动力系统集成、系统优化控制以及能量管理等核心技术，电堆采用国际领先、可低温启动的日本丰田金属电堆，这也是燃料电池金属电堆在轨道交通领域的首次应用。

 该车设计时速每小时80千米，满载氢气可单机连续运行24.5小时，平直道最大牵引载重超过5000吨，在不用改变任何铁路基础线路条件下，可在各类机务段、车辆段、编组站以及大型工厂、矿山、港口等场所执行运转、调车、救援等多用途任务。

 氢能因清洁环保、高效、可持续，被视为21世纪最具发展潜力的清洁能源。燃料电池是氢能利用的最佳形式，其通过氢气与氧气的电化学反应来发电，产物只有水，无任何污染物排放，且具有发电效率高、补充燃料时间短、可再生等优点，已在交通、通讯、航空航天等领域得到成功应用。目前，氢能源轨道交通已成为绿色、节能、低碳技术的发展方向和研究重点，尤其适用于城市轨道交通、铁路工程检修作业车、调车机车、大型铁路养路机械等。

 陈维荣教授团队自2008年起，在我国率先开展氢燃料电池在轨道交通中的应用研究，开拓了氢能轨道交通研究方向。历时十余年的技术攻关，该团队突破了大功率燃料电池优化控制、混合动力系统能量管理、故障诊断与寿命预测等关键技术，于2013年成功研制我国首辆燃料电池电动机车，并于2016年与中车唐山公司联合研制成功世界首列燃料电池混合动力有轨电车，引领了我国氢能轨道交通技术发展。

2021年3月16日，中国国家铁路集团有限公司科信部采用“云验收”方式，顺利完成2020年12月到期的107项科研课题验收工作，课题验收优良率达98.1％，所有课题均完成预期目标。

新冠肺炎疫情发生后，国铁集团科信部改变以往结题验收的传统做法，探索数字技术、信息化技术与传统科研管理模式的创新融合，创新运用“云验收”方式，连续完成3批次课题验收工作；组织召开140场会议，参与专家950余人次，116家牵头单位组织超过1200人次课题研究人员参与课题汇报，334项课题完成线上验收，相关单位累计在线提交验收材料1.2万余份，建立了与疫情防控相适应的工作机制，形成了网络验收新常态。

“云验收”集成了验收流程管控、网络会议管理、验收文档管理及线上会议评审等功能，强化了与科技管理信息系统的有机融合，形成了所有项目从形式审查到专家验收流程全覆盖，全面实现了业务管理向线上转型。本次验收进一步优化了数据文档共享、音视频灵活切换等功能，提升了系统多终端的兼容性与材料数据存储安全性，使会议组织管理和网络评审工作更加稳定高效，有力推进了国铁集团科研管理数字化进程。

下一步，国铁集团科信部将继续响应数字化转型要求，推进建立面向全路集中管理、集中使用的“大系统、大平台”，实现全路科技管理信息系统整合与统一化管理，促进铁路科技资源集聚与共享，为推动科技成果转移转化提供支撑。

近日，深江铁路重要控制性工程、跨越狮子洋的珠江口隧道工程进展顺利，斜井进洞二三十米，盾构部分将于11月始发。

深江铁路途经深圳、广州、东莞、中山、江门，是深圳至茂名铁路组成部分，线路全长116公里。深茂铁路江门至茂名段已于2018年开通，江门至深圳段需要跨越珠江口狮子洋海域。之前，因地理环境十分复杂，需考虑多种因素，公铁两用桥方案、单一桥方案、隧道方案均有各自特点，但究竟采用哪一种一直未有定论。经过长达10年的比选，2017年8月，深江铁路跨越珠江口方案由虎门公铁两用大桥改为隧道形式。

珠江口隧道工程为该项目重点控制性工程，位于东莞、广州之间的珠江入海口，以隧道方式下穿。隧道全长13.69公里，设计时速250公里。该隧道工程水文、地质极其复杂，周边环境水腐蚀性较为严重，为目前国内最大埋深、最大水压的水下隧道。

“珠江口隧道采用‘矿山法+盾构法’组合施工。矿山法段最大埋置深度达到了115米，盾构法隧道最大水压1.06兆帕，超过10个标准大气压。”承担全过程设计的中国中铁第六勘察设计院集团有限公司隧道院负责人贺维国介绍。

按照设计方案，待盾构始发井完工后，两台大直径盾构机将分别从东莞虎门及广州万顷沙始发，相向掘进，盾构管片外径12.9米，盾构独头掘进最长达3590米。

“这就意味着，盾构机必须在高水压下不良地质段进行磨损刀具的更换。这无异于在水中打开了一扇窗户，安全风险极大。”贺维国表示，对此，设计上要求采用更可靠的常压刀盘+气垫模式换刀技术。同时，对于掘进极高风险地段，他们盾构机上还将配置相应超前地质探测手段，对前方地层进行预测分析，实现一机多能。

除水下换刀问题，还有一块更难啃的骨头，就是盾构机未来如何在海中完成接收及拆解。

盾构机长距离掘进后，必须精准在海中扩大洞室实现对接，这犹如在大海中穿针引线，不仅在设计时要考虑足够预留量，对盾构机掘进过程中的动态控制要求也极为苛刻。同时，在盾构接收中还必须达到零渗水的要求。

“设计方案采取了依靠洞内外联动测量，使盾构机认准方向进行掘进施工；通过地质勘察和超前地质预报，摸清前方地质条件，及时调整盾构机掘进参数和姿态，保障盾构机在正确的方向掘进；设置大型接收洞室，在接收端预留有一定容错的接收洞门及止水系统，保障盾构机能够直接进入。”贺维国说。

业内专家认为，珠江口隧道工程具有“‘矿山法+盾构法’组合工法技术难度大、极端地层盾构掘进长、淤泥环境施工风险高、防灾疏散组织救援难、世界级高水压无案例”的特点，项目建成后将为世界海底隧道工程技术提供独特的样本和宝贵的经验。

深江铁路是国家“八纵八横”高速铁路主通道沿海通道重要组成部分，也是粤港澳大湾区重要交通基础设施。