孫家溝至瓦塘地方鐵路選線設計

馮慧淼

(鐵道第三勘察設計院集團有限公司，天津 300142)

1 項目概況

孫家溝至瓦塘地方鐵路工程位于山西省呂梁市興縣、忻州市保德縣境內(nèi)，為山西中南部鐵路通道的重要集運線，是山西中南部鐵路通道北部的延伸，技術(shù)條件要求與山西中南部鐵路一致。

山西中南部鐵路為規(guī)劃的煤炭集疏運大能力通道，自山西瓦塘開始至山東日照下海，經(jīng)山西、河南、山東三省12市，正線線路長度1 259 km，主要標準為牽引重量10 000 t，電氣化雙線，限制坡度6/13‰，最大貨流密度2.0億 t/年，計劃2014年建成，為在建重載鐵路。

本項目線路經(jīng)過地區(qū)屬于黃土高原丘陵及低山區(qū)，是呂梁山地向黃河峽谷的延伸部分，上部覆蓋厚層黃土，由于長期水流侵蝕和切割作用，形成黃土丘陵地貌。沿線屬黃河流域，穿越黃河支流嵐漪河、黑土峁河、安家山河、化樹塔河、朱家川河等。沿線地形、工程地質(zhì)、水文地質(zhì)條件極為復雜，煤礦采空區(qū)、黃土滑坡、崩塌、危巖落石、順層等不良地質(zhì)和特殊地質(zhì)發(fā)育，線路建筑長度38.6 km，橋隧比重高達70.2%。

2 項目主要特征

2.1 重載鐵路

本項目后方通路為山西中南部鐵路通道，以煤炭運輸為主，通過總重大，年運量在4 000萬t以上，因此對車站規(guī)模、環(huán)保及線路坡度提出較高要求;牽引質(zhì)量大，車站到發(fā)線有效長要求較長，車站布置要求較高。

2.2 沿線地形復雜

本項目西側(cè)為黃河，東側(cè)為規(guī)劃或正在開采的煤礦，受此影響，線路僅能在礦界和黃河之間穿行，而本區(qū)域內(nèi)溝壑成群，且均垂直于黃河，線路走向基本與沖溝垂直，由于線路坡度要求同山西中南部鐵路一致，造成本線橋隧比較大。

2.3 投資方要求

本項目投資方為世忻集團公司，根據(jù)設計要求的車站裝車量計算，設單環(huán)裝車線即可滿足裝車要求，但是投資方考慮企業(yè)的經(jīng)營戰(zhàn)略、運力的保障性以及運價的影響等因素，明確要求車站按雙環(huán)裝車線設計。

3 選線原則

3.1 路網(wǎng)選線及接軌站選擇

本項目相鄰鐵路既有線主要有南同蒲線、太焦線、侯月線、新月線等，并新建了山西中南部鐵路、呂臨支線、大西客運專線等。本線主要服務于附近礦區(qū)的煤炭外運并預留遠期向神木方向延伸條件，主要的接軌站為山西中南部鐵路上的車站。經(jīng)過技術(shù)經(jīng)濟比較，推薦采用山西中南部鐵路起點站瓦塘站接軌。

3.2 地質(zhì)選線

本項目主要地質(zhì)控制因素為煤礦礦區(qū)邊界和沿線不良地質(zhì)，選線設計中充分考慮地質(zhì)條件對線路走向的影響，盡量繞避影響本線建設和運營的不良地質(zhì)因素。無法繞避的采取工程措施，確保項目的可行性，提高項目的可實施性。

3.3 環(huán)保選線

黃河兩岸自古為中華文明的發(fā)源地，岸邊文物較多;保德縣為主要的油棗產(chǎn)區(qū)，棗樹較多。選線中盡量繞避黃河岸邊文物并遠離人口密集區(qū)，減少對棗樹的砍伐，力求鐵路建設與自然環(huán)境的高度和諧，實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展。

4 選線設計

4.1 主要技術(shù)標準確定

(1)鐵路等級

本項目雖然為地方鐵路，但是近、遠期最大密度達到了3 300萬t、4 800萬t，已達到較高的水平;而且還是山西中南部鐵路的主要集運支線之一，對保障山西中南部鐵路的煤炭運量來源具有重要意義，設計采用鐵路等級為國鐵Ⅰ級。

(2)正線數(shù)目

根據(jù)不同區(qū)段設計運量要求及工程情況，確定正線數(shù)目。瓦塘—馮家川段近、遠期最大密度分別為3 300萬t，4 800萬t，運量水平已達到雙線規(guī)模，正線數(shù)目宜選擇一次新建雙線;而馮家川—孫家溝段近、遠期最大密度分別為1 700萬t，2 300萬t，單線即可滿足預測運量水平。但由于本段地形條件復雜，橋隧相連，重點工程較多，遠期增復線難度較大，設計中對于單線、工程預留雙線、一次新建雙線規(guī)模均進行了經(jīng)濟技術(shù)比選，給業(yè)主提供多種選擇。

(3)其他技術(shù)標準

對于其他如限制坡度、牽引種類、機車類型、牽引質(zhì)量、到發(fā)線有效長度均同山西中南部鐵路一致，不再進行經(jīng)濟技術(shù)比選。

4.2 車站位置選擇及線路走向比選

(1)車站位置選擇

山區(qū)鐵路車站設置相當困難，本線到發(fā)線有效長度要求1 700 m，加之每座車站均需要設置雙環(huán)裝車線，車站站坪長度要求達到2 500～2 600 m，車站位置的選擇成為本項目控制因素。為了給車站提供較好的運營和養(yǎng)護維修作業(yè)條件，結(jié)合工程地質(zhì)條件、車站吸引煤礦范圍、儲運裝煤系統(tǒng)設置條件，盡可能將車站設在地形條件較好的地段。

(2)不良地質(zhì)處理方式及工點整治

選線設計時，對于不良地質(zhì)規(guī)模大，整治困難且整治工程巨大，而且不受設站條件控制時，一般都考慮予以繞避。對不能繞避的不良地質(zhì)工點，采取有力的工程措施進行綜合整治，以確保安全。如對于崩塌落石地段，宜采取清除、高邊坡分級開挖等防護治理措施;小的滑坡體采取卸載，加強工程措施等方式。

孫家溝站滑坡處理:

受地形條件限制，孫家溝車站經(jīng)過滑坡體，滑坡縱長約 214 m，平均寬度約 650 m，滑體面積約139 100 m2，滑 體 平 均 厚 度 14.0 m，體 積 約1 947 400 m3，主滑方向 260°，與線路軸線夾角約 4°。從地質(zhì)情況分析，滑坡沿著土石分界面滑動，滑動方向順著線路方向，線路以挖方路塹方式通過，線路最大挖方高度達70 m，滑動面在路肩高程以上?；瑒用嬉韵虏捎脻B水填料，填方形成反壓。

設計中采取工程措施為滑動面以下路塹邊坡采用M7.5漿砌片石孔窗式護墻或錨桿格梁處理，坡率1∶1.0，滑動面以上邊坡坡率1∶1.5，邊坡采用M7.5漿砌片拱型骨架護坡防護，并于滑動面上一級設置10～30 m大平臺，并在大平臺上設置抗滑樁;塹頂采取截排水工程等措施進行綜合整治。

順層路塹:目前對順層的物理力學指標沒有較為有效和準確的測定方法，且其指標在開挖暴露后還具有時間效應，因此在順層路基工點設計時對所采取的工程措施難于把握。要么工程措施太強，造成投資浪費;要么工程措施太弱，留下安全隱患，甚至產(chǎn)生順層滑坡，造成重大災害。

本次設計中，當巖層或節(jié)理走向與線路走向的夾角小于45°，硬質(zhì)巖無軟弱夾層;視傾角大于20°，軟質(zhì)巖或硬質(zhì)巖有軟弱夾層;視傾角大于5°，考慮順層影響。順層一側(cè)放緩邊坡并根據(jù)工點情況采用順層清方、擋土墻、錨固樁、錨索格梁等措施加固，不順層一側(cè)按正常路塹邊坡防護。

(3)橋隧工程設置

目前，橋梁和隧道的設計和施工技術(shù)水平已經(jīng)有了大幅度的提高，因此在該段線路選線設計時，結(jié)合地形條件、地質(zhì)條件、線路平縱斷面條件等方面的需要，在進行綜合研究后，采用了較多的復雜大跨度結(jié)構(gòu)橋梁和長隧道。由于本項目無法避免高墩大跨度橋梁，從施工風險方面考慮盡可能降低橋墩高度也成了線路走向選擇的一個重要控制因素。

(4)線路走向選擇

結(jié)合起終點位置及中間站的設置情況，綜合考慮地形地貌、開采及規(guī)劃煤礦礦界、地質(zhì)特征、環(huán)保等因素，依照確定的主要技術(shù)標準，研究了穿越礦區(qū)方案、靠近礦區(qū)方案和沿黃河方案三個走向方案(見表1)。

表1 線路走向方案綜合分析

從表1影響線路走向因素的綜合分析上看，沿黃河方案較穿越礦區(qū)方案遠期長度短17.3 km，而且近期大量減少了對礦產(chǎn)資源的占壓，得到了地方的明確支持，節(jié)省工程投資176 287萬元;相對于靠近礦區(qū)方案，雖然壓礦長度增加了1.1 km，但大跨橋明顯降低了橋墩高度，設計和施工難度大幅降低，提高了工程的可靠性，而且煤炭儲運裝系統(tǒng)相對簡單，建設和運營成本低，較方案Ⅱ節(jié)省投資65 178萬元。因此本次推薦沿黃河方案。

5 結(jié)束語

孫瓦鐵路地形、地質(zhì)條件極為復雜，線路走向的控制因素多，選線設計過程中貫徹路網(wǎng)規(guī)劃、地質(zhì)選線、環(huán)保選線的理念，經(jīng)過技術(shù)經(jīng)濟比選，優(yōu)化線路走向方案，合理確定車站位置，盡量縮短線路長度，減少建設期和運營期成本。本文給出了山區(qū)重載地方鐵路的選線基本原則及個別不良地質(zhì)工點的處理方法，對其他類似鐵路項目也有一定借鑒作用。

［1］ 鐵道第三勘察設計院集團有限公司．孫家溝至瓦塘地方鐵路預可行性研究［R］．天津:鐵道第三勘察設計院集團有限公司，2011

［2］ 鐵道第三勘察設計院集團有限公司．興縣至保德地方鐵路可行性研究［R］．天津:鐵道第三勘察設計院集團有限公司，2012．

［3］ 鐵道第三勘察設計院集團有限公司．山西中南部鐵路通道可行性研究［R］．天津:鐵道第三勘察設計院集團有限公司，2009

［4］ 鐵道部第一勘測設計院．鐵路工程設計技術(shù)手冊線路［M］．北京:中國鐵道出版社，1995

［5］ 鐵道部第一勘測設計院．鐵路工程設計技術(shù)手冊路基［M］．北京:中國鐵道出版社，1994

［6］ GB 50091—2006 鐵路站場及樞紐設計規(guī)范［S］

［7］ GB 50090—2006 鐵路線路設計規(guī)范［S］

［8］ TB 10001—2005 鐵路路基設計規(guī)范［S］

［9］ 朱穎．鐵路選線理念的創(chuàng)新與實踐［J］．鐵道工程學報，2009(6):1-5

［10］ 李翔．鐵路工程放射性影響評價方法研究［J］．鐵道工程學報，2010(8):41-46