【转】展线 ---- 即将消失的铁路景观

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YiQike 2016 年 04 月 28 日

转载自“中国国家地理网”,在此感谢原作者

在你乘坐火车时,是否有过这样的经历?当火车行驶在崇山峻岭中时,由于线路坡度过大,火车顺着山势盘旋而上。这种迂回上升的铁路线就是展线,为了爬坡,展线有“人”字形、S 形、灯泡形、马蹄形等多种类型。当行驶在展线上的火车头拖着长长的“尾巴”在风景中盘旋时,盘旋本身已成风景。但随着铁路建设技术的发展,展线逐渐被隧道和桥梁所替代,而展线上的自然美景和它带给我们的震撼也逐渐被车厢里亮起的白炽灯所取代。

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图为关角展线群的二郎北展线,三列东风 4 型内燃机车牵引着货车,运行在二郎车站以北的 S 形展线上。可以看出列车由图片右侧的车站向远方驶出,穿越隧道后,迂回并爬升至列车现在的位置,接下来将穿过图片左侧的隧道继续爬坡。


在以北京为中心的诸多铁路线中,京张铁路(北京至河北张家口)的名气最大。从北京延庆的青龙桥火车站下车,走一段小路,詹天佑设计的“人”字形铁路就出现在眼前,百年杂生的乔木已将这段中国最闻名的老铁路线隐藏了起来。

“人”字形铁路,是铁路展线的一种。展线,即使在铁路行业内部,也是个让多数人要愣一下的概念。

它是指在山岭地带,当地面自然纵坡大于道路设计容许的最大纵坡时,为了顺应地形,适当延伸线路长度,使线路沿山坡逐渐盘绕而上,最终到达终点的铁路建设技术。大的展线多在深山峡谷之中,它以雄奇的身姿与周边山水形成了一种独特的景致:列车如巨蟒一样在大山里贴地钻洞盘旋而上;坐在列车上从车窗里可以看到列车的车尾和车头,而头顶或者脚下,另一列火车也缓缓而来……

展线这个在上个世纪舶来的专业术语,因为中国独有的国情和地理特点,曾经频繁出现在铁路的技术文本中,是许多铁路线的关键区段。但近十多年来,随着铁路建设技术的发展,展线这一线路建设的技术手法使用得越来越少,老的展线在线路改造中也多被遗弃,它们的身影处于快速的离逝之中……

穷人的铁路技术

从火车来到中国到上个世纪 80 年代,蒸汽机车一直是中国铁路最主要的牵引动力。事实上直到上个世纪最后几年,在一些老而偏远的铁路线上,依然还能看到蒸汽机车。代表着工业力量的蒸汽机车其实力气并不大,那个年代国内曾大量生产的“胜利型”蒸汽机车的马力是 1250,“人民型”蒸汽机车的马力是 1900。前后共制造了 4700 多辆作为主型大功率干线货运机车的“前进型”蒸汽机车,马力也没有超过 3000,经过长达 32 年的生产,产品说明中最后的马力指标停止在 2980。

机车的力气不大,线路的坡度就不能太大,否则火车会爬不上去。大坡度常常出现在山区铁路中,连续的上坡更为可怕,比如要翻越大山时。今天我们在乘坐火车时,长大隧道(大于 1000 米长度的隧道)和山岭间的高桥帮助列车从大山腹中通过,横越高山,而在上个世纪 80 年代之前,建设技术水平低加上资金短缺,长大隧道的数量少,列车要通过大山,就不是贯穿,而是要先爬上大山再爬下大山。所以说,展线是那个年代穷人修建铁路的常用方法,起因于对现实中如机车功率、隧道和桥梁建设等因素的无奈。但是,穷人的铁路展线,却无意间成就了雄奇的铁路景观。

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兴安岭展线:
中国第一个螺旋形展线
展线是展长线路的缩略说法,这个词在兴安岭螺旋形展线上体现得非常明显。在铁路刚刚传入中国的清末时期,修建技术比较落后,无法大规模开凿隧道,外国列强为了加速在中国修通铁路,展线应运而生。兴安岭展线是中国第一个螺旋形展线,因兴安岭隧道东侧山岩陡峭,东侧洞口至雅鲁河谷段落差大,铁路为了爬升高度需盘旋一圈, 螺旋绕行后进入兴安岭隧道。右图为中国铁路主要展线的位置示意图, 这里需要说明的是,在铁路选线设计时,展线没有标准图式,需要根据地形变化的实际情况,设计各种展线方式,我们所展示的仅是展线的常见类型。


直线走在上坡的路上感觉吃力时,按 S 形曲线走就轻松一些,这也正是展线的设计原理。在山里常常能看到盘山公路,展线就是连续爬坡的铁路。养护展线的铁路养路工、开着车跑在展线上的机车司机,这些靠近展线的人也并不常说“展线”这个词,他们常用“曲线”来指代某一处展线。但是曲线不是展线,曲线是展线的微观状态,展线总是由多条曲线组成,这些曲线将起点和终点的距离延伸开来,组成看上去绕来绕去的一段线路,所以叫“展线”。而为什么要延伸、展开,目的只有一个──爬坡。

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中国铁路展线位置示意图


成昆铁路(四川成都至云南昆明)的沿线处于不良地质带,曾被视为“筑路禁区”——一个不被上帝允许的、不可能修建铁路的艰难复杂地带。成昆线因为修建之艰苦,与美国的阿波罗登月计划、苏联的人造卫星,共同被联合国誉为“20 世纪人类征服自然的三大奇迹”。

成昆铁路全线有乃托展线、乐武展线、韩都路至两河口展线、六渡河展线、巴格勒展线、法拉展线、刘沟支线展线 7 处盘山展线,线路 13 次跨牛日河,8 次跨安宁河,49 次跨龙川江。设计者铁道勘测设计二院的工程技术人员用智慧的展线,让蒸汽机车牵引列车爬上大山,抵达目的地。为了设计合理的展线,铁道勘测设计二院的工程技术人员完成了超过实际线路 10 倍以上的比较线勘测,一些勘测者甚至奉献出了生命。

内昆铁路(四川内江至云南昆明)线上的大关、彝良、昭通一段,线路在崇山峻岭中以 23.5‰(火车向前行驶 1000 米高度上升 23.5 米,一般对火车来说,12‰已经是很大的坡度值)坡度的盘旋展线,连续上坡 77 公里。其中,从彝良火车站至黄土坡火车站,铁路连绕 3 圈用 21 公里的距离爬高了 300 米。这是我国首例铁路三层越岭展线。从一层展线彝良站到第三层展线黄土坡站,直线距离只有 500 米,步行爬山只需 15 分钟,而火车则需两个机车头牵引走 20 多分钟。所以从前有一种说法,如果你在彝良火车站没有赶上车,步行爬山到黄土坡火车站,仍能坐上那趟列车。

火车最怕的就是急转弯,当河谷宽度不够时,为了使铁路能够达到所需的转弯半径,就需要建桥梁和隧道来形成展线。彝良展线中的黄土坡 3 号隧道,是我国目前最长的一座展线隧道,列车穿过这条全长 3005 米的隧道,等到达出口时,方向旋转了 270 度,升高了 60 米。

彝良展线被称为“内昆第一景”。站在对面的山上看去,火车在展线上行驶于西南的崇山峻岭中,长长的列车在两台机车的牵引下慢慢地爬坡,景象蔚为壮观。

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关角展线群:
中国现存展线最密集的地方
关角展线群位于青藏铁路关角山附近,自南山站起至察汗诺站共有 5 组展线,分别是南山展线、二郎北展线、二郎螺旋展线、洛北展线、洛北南马蹄形展线。关角展线群可能是中国现存展线最密集的地方,因周边山谷的自然坡度较大,而且山谷狭长,青藏铁路一期工程开工时,国内还不具备开凿数十公里长大隧道的能力,所以铁路只好在山谷中不断盘旋,进而爬升高度。这个展线群中的二郎螺旋形展线最为独特,它是中国唯一一个现存的全露天螺旋形展线(一般的螺旋形展线都在隧道里)。2014 年年中,新关角隧道通车后,关角展线群将会被取代。


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舶来品的中国式辉煌

如同铁路一样,展线也是个舶来品。京张铁路青龙桥站的“人”字形铁路是展线最基本和简单的形式之一。许多书里认为这是詹天佑的创造,其实“人”字形铁路,是詹天佑这位耶鲁大学土木工程专业的毕业生让这一国外技术在中国落地。

有记载的“人”字形线最早出现在 1827 年,美国人首先在一条煤矿铁路使用了这一技术。之后,这种线路在以蒸汽机车为绝对牵引动力的 19 世纪,在山区铁路中被广泛应用。只是直到 20 世纪初,有关“人”字形线路的英文专著才问世。这时,年轻的詹天佑作为中国第一位铁路建设总工程师,开始勘测设计京张铁路。

从北京城出发的这条铁路要翻越犹如这个城市“太师椅”一样的燕山山脉,在八达岭一带,铁路要爬上高坡完成对大山的跨越。当年清廷的公文中说“车行三十尺高一尺”,用铁路专业语言说此处是 33‰的坡度。这是修筑京张铁路的最大难点。

那时候展线的概念还没有完全出现,但是被称为“人”字形的铁路技术手法得以让詹天佑成功。北上的火车到了昌平南口站以后,就用两台蒸汽机车来牵引,一个在前面拉,一个在后边推。列车过了青龙桥站向东北方向进入了“人”字形铁路,走到“人”字的顶头时,原先推的火车头改成拉,而原先拉的火车头又改成推,列车沿着“人”的另一笔向西北前进,列车以此实现了爬坡上山。

其实展线在京张铁路之前就已经来到中国。19 世纪末中东铁路开始建设,俄国人在线路多处地段建设了展线。滨洲线(黑龙江哈尔滨至内蒙古满洲里)上的兴安岭展线,由一组螺旋展线和一个隧道组成。1897 年,沙俄工程师进行了第一次勘测设计,1900 年开始施工,1904 年由沙俄女工程师莎莉娃负责完成了此项工程。这位女工程师在隧道贯通的前一天自杀了,山顶上还有纪念她的无字石碑,旁边的车站称为沙力站,与她的名字同音。

展线在新中国成立后建设的铁路线中被使用。这一技术方法延续到上个世纪 90 年代,出现了许多有名的展线,如内昆铁路的彝良展线、宝成铁路(陕西宝鸡至四川成都)的秦岭展线、黔桂铁路(广西柳州至贵州贵阳)的拉易展线、青藏铁路(青海西宁至西藏拉萨)关角展线等,成就了这一舶来品在中国铁路的辉煌。

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秦岭展线:
坡度 33‰,
全路干线铁路中坡度
最大的线路
宝成铁路的秦岭展线非常神奇,从宏观角度来看,它是个特大号的 S 形,但其实细看,里面还包含几个马蹄形和螺旋形展线。虽然秦岭展线已经相对减缓了列车翻越秦岭的坡度,但 33‰的坡度还是会增加通过此区段列车的一些作业流程——加挂补机(为提高机车的牵引力,增加两个或两个以上的机车共同牵引列车运行)。与京张铁路关沟段一样,不但客运车需要在此加挂补机,货运车也需要,并且上山货车的前部和尾部都需要增加一台机车,以推挽运行的方式上山。


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铁路的限制坡度最大值(单位:‰)
展线的类型主要取决于铁路的限制坡度,而铁路在设计线路的限制坡度时又受多个因素的影响,首先是铁路等级,等级越高的铁路,设计线的意义、作用和客货运量越大,要采用较小的限制坡度。地形条件是另一个重要因素,限制坡度要和地形相适应,既不能选择过小的坡度引起大量人为展线,又不能选择过大的限制坡度,使该限坡得不到充分利用。另外,牵引种类和运输需求等都是设计坡度时的考虑因素。


在建设中,展线的类型丰富起来,设计者和建设者们给它们取了形象化的爱称:S 形展线、马蹄形展线、灯泡形展线、螺旋形展线等。“之”字形铁路是“人”字形铁路的二代产品,为了方便机车的调车和牵引,人们将两个“人”字线路组合在一起铺设,这样看上去就像一个“之”字了,所以后来“人”字形展线开始称为“之”字形展线。“之”字形展线造价低、建设简单,但在使用中有频繁调车、效率不高等缺点,所以多用在展线不长、运量小的铁路上。

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之字形展线:
京张铁路青龙桥车站
之字形展线也被称作“人”字形折返展线,最早美国人将这一技术用于矿山铁路,后詹天佑在修建京张铁路时引入。但是这种线路的运输效率有限,而且折返线所设的车站到发线长度(站内能容下列车的轨道长度)会直接影响每列机车能挂多少节车厢,所以在非特殊条件下,一般不修建此类型展线。詹天佑在修建京张铁路的青龙桥“人”字形折返线时,就曾经想采用螺旋形展线通过此地,但由于青龙桥一带山谷过于狭窄,修建螺旋形展线需要开凿隧道,再加上当时的技术、资金和限期等原因,詹天佑只好选择了之字形展线。


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S 形展线:
关角展线群中的
二郎北展线
这种展线是由两个马蹄形组合在一起,在山谷中反复绕圈,进而爬升高度。这种展线比较常见,在近年新建或改造的高标准线路中,也有 S 形展线,但比最初的 S 形展线的曲线半径要大许多,以便列车快速通过,比如兰新铁路金昌附近的展线群。


当展线长度较大、所处的地理环境有限制时,展线就必须变得复杂起来,这时的展线呈现出迂回、套线的特点,还常常采取多种展线和隧道、桥梁结合的复杂展线设计。像上文提到的彝良展线是复杂展线,包括了多种形式的展线。如果对这组展线中的黄土坡 3 号隧道拍个巨型 X 片,会看到隧道在山体里面摆出一个圆弧形,又在进口和出口收了一下口,进口和出口的距离只有 660 米,这让藏在隧道里的这部分展线的线条很像一个放在山体里的灯泡,是典型的灯泡形展线。

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甘肃天祝的乌鞘岭展线
废弃的展线:
它们曾代表一个时代的
铁路技术
现在,中国已经出现了很多废弃的展线,它们基本上都是因为通过效率有限而被新线或隧道所取代,比如乌鞘岭展线群被乌鞘岭隧道取代、拉海岭“人”字形折返线群被京承铁路所取代等等。这些废弃展线的路基有的被改为公路,有的被山民改为小道,也有的被杂草埋没,永远地荒废了。


从杨家湾车站到秦岭隧道的宝成铁路秦岭展线,被火车迷们视为“极端”著名的展线。因为它爬得高:起点和终点处直线距离只有 6000 米,但却升高达 680 米;它盘绕得长:展线盘绕了 27 公里;它坡度大:线路最大坡度达 30‰。站在对面的山上望去,秦岭展线就像一条超长的钢铁长蛇,它从山脚择地势反复迂回,身形复杂。山峰在这里是一块块巨石,它聪明地绕着圈儿,最后终于向上攀爬到秦岭隧道口,一头钻了进去。2000 多米后它从隧道里出来,进入嘉陵江流域,然后缓缓下山到达蜀地。

专业文献说秦岭展线有 3 个马蹄形展线和一个螺旋形展线,一个外行人站在那里多半看不明白,但这不影响你被它惊呆并深深地被人类的智慧和力量所震撼:铁路在这里重叠为 3 层,最高处和最低处相差达 817 米。上坡时,3 辆电力机车前拉后推方驶上秦岭;下坡时,机车和车辆的刹车闸瓦与车轮产生的声音和火花,更给这壮观的景色增加了音像效果。

与展线常年相伴的是那些普通的铁路员工。展线的钢轨磨耗都十分严重,常常是几十天就得换一次钢轨。展线区段又常常是滑坡、落石的高发段,所以展线的沿线有铁路工务人员日夜守护。

建设秦岭展线时,在观音山火车站和秦岭火车站之间,建设者用 300 多吨炸药炸出一块平地,建起了青石崖站。这是一个有“云霄车站”之称的四等小站。每年冬天输水管冻住后,小站的人有近 5 个月只能饮用山泉水或靠邻站支援。时至今日,整个站区只有 10 平方米的角落有手机信号。

当列车在秦岭展线上开始翻山时,机车司机忽然少语,神情明显投入,只有两三平方米的司机室里一时安静起来,大家自觉地减少了话语和动作。这是一处特殊区段,3 台机车都在发力,电力机车的噪音并不大,但是身在其中,还是能感觉到这钢铁大力士的用力。列车下秦岭时,车轮与钢轨的摩擦声从脚下和身后尖锐地传来。这时,如果遇接触网失电、多台机车动力制动失灵,列车就会以每秒加速 1 公里的速度向山下冲去……那是不能想象的画面。


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青海西宁的巴燕展线


消逝的铁路景致

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展线:
渐行渐远的铁路景观
随着中国铁路技术的不断发展,展线的数量变得越来越少,但这个现在看来较为落后的“舶来品”却代表了一个时代的铁路技术。每当青藏线上的列车在关角展线群的二郎螺旋形展线和紧挨着的二郎北 S 形展线上行驶时,画出一个近似音符的轨迹,那种震撼的场面是行驶在隧道里所不能想象的。但铁路的发展终究要追求行车效率,我们能做的只是拿起相机,去更多地记录这个即将逝去的时代。


蒸汽机车、内燃机车和电力机车这 3 种机车的牵引功率依次上升,当时间进入上个世纪末时,内燃机车和电力机车挤兑了蒸汽机车,铁路的平均牵引功率普遍提高。现在,国内电力机车的单车总功率已可达 10000 马力。

在国力的支持之下,建设长大隧道的关键设备大型盾构机大量从国外引入,建设资金也不再如从前一般捉襟见肘,长达几十公里的隧道已不少见且有越来越多的趋势。所有这些加起来,新建铁路在山区建设中不再过多地依赖于展线方式,这一技术手法开始被抛弃。

为了提高列车的通过速度,在对一些老线的改造中特别增加了取消展线的内容,许多长大展线被由直接穿越山体的长大隧道和桥梁所代替。从前依靠展线,火车越过一处山岭时,要慢慢地爬到山上再下到山下,而现在在长大隧道和桥梁的帮助下,火车在高桥之上越过河谷,通过长大隧道直接进入大山体内,贯穿而过。

展线从上个世纪初来到中国,中期辉煌,后期没落,到了本世纪,展线几乎彻底死在长大隧道和桥梁的手下,这一技术方法成为铁路技术术语中的旧词,展线的景致正在处于离逝之中。

青藏铁路被称为“天路”,除了海拔高,还因景色动人,而青藏线中的关角展线也是展线家族中的奇葩。关角在藏语中意为“天梯”,铁路在这里用一个展线群通过高高的“天梯”。列车到了关角展线,一边绕行一边降速,这是限制青藏铁路运量的区段,而其沿线的壮美不逊色于入选世界文化遗产的瑞士阿尔布拉铁路。

关角展线不是一个而是一组展线群,它从关角隧道出口算起到察汗诺结束,由 5 个展线组成,绵延在山谷之中,中间如星星一样镶嵌着 3 个小车站。其中的第三个展线即二郎展线最为壮美,站在远处的山坡上,可看到列车在展线上完成了一个高度提升加 360 度的转体运动后,如同完成一组体操动作的运动员一样优雅地离去。

二郎展线没有隧道,展线的身形完全展露在天空下,它是中国目前唯一使用中的露天螺旋形展线。当它在高原的绿毯上沉静无语时,许多火车迷为其狂热,并奉其为青藏铁路经典区段之一。

在关角展线的一边,已修建了 6 年、全长 32.645 公里的新关角隧道有望在今年投入使用。这个长大隧道是关角展线的替代者,界时,关角展线也将逝去。展线被弃用后,有的被作为备用线,大部分会被拆除,展线的钢轨被拆走,石砟的路基一般还会保留,许多年后,远远望去,还是能看到当年展线的轨迹。

那些铁路展线的壮观景致已处于离逝中,而另一种离逝,是在我们坐在火车上通过展线时,车窗外那些大山风光与我们的远离。当白天的车厢里忽然亮起了灯光,当列车穿过长长的隧道,一个接一个,车窗外的自然景观被隧道的黑暗代替,作为旅人的我们失去了一部分旅行的风景。这种感觉当你乘坐火车在桥隧相连的宜万铁路(湖北宜昌至重庆万州)上时,最为明显。

展线常常是在大山里、在偏僻之地,看展线又常常得爬到对面的山上去俯瞰,那个角度最好。这样,周围的人就更少,常常只是你和同行的几个人。当那些雄壮的展线出现在你的眼前时,不管是它们还在使用还是已被废弃,总有一种安静和沉默在那一刻不请自来。

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