蒙西華中鐵路荊門至荊州段與漢宜鐵路立交方案研究

彭妮蘭 陳曉珠

(中鐵工程設(shè)計咨詢集團有限公司，北京 100055)

1 概述

蒙西至華中地區(qū)鐵路煤運通道是連接蒙陜甘寧能源“金三角”地區(qū)與鄂湘贛等華中地區(qū)的國家戰(zhàn)略運輸通道，是銜接多條煤炭集疏運線路，點網(wǎng)結(jié)合，鐵水聯(lián)運的大能力、高效煤炭運輸體系和國家綜合交通運輸系統(tǒng)的重要組成部分。蒙西華中鐵路荊門至荊州段自北向南途徑湖北省的兩個地級市，舍棄了利用既有地方鐵路荊沙線增二線方案，采取東繞兩市取直的新建雙線方案，區(qū)段線路長度121.855 km，在荊州市城東與2012年7月剛剛投入運營的漢(武漢)宜(宜昌)鐵路形成立交。漢宜鐵路是滬漢蓉快速鐵路通道的重要“一橫”，在全國鐵路網(wǎng)中起著承東啟西、連接南北的銜接作用。

該區(qū)域位于江漢平原腹地，河湖溝渠縱橫交錯，公路網(wǎng)發(fā)達(dá)，人口稠密。如何選擇跨越位置及跨越方式，受制因素非常多，主要受長湖濕地市級自然保護區(qū)、長湖通航要求、百年洪水位、漢宜鐵路縱斷面情況、國道318荊州段改擴建工程、既有國道318、漢宜高速公路及國道318沿線廠礦企業(yè)拆遷等影響。

2 線路跨越位置方案研究

2.1 跨越位置控制因素分析

(1)漢宜鐵路

漢宜鐵路東起漢口站，終至宜昌東站，穿越江漢平原腹地的漢川、天門、仙桃等地市，全長293.1 km，設(shè)計時速200 km，最小曲線半徑5 500 m，線間距4.6 m，限制坡度為9‰，預(yù)留進一步提速的條件，為國家Ⅰ級雙線電氣化鐵路。

(2)環(huán)境敏感點

長湖濕地市級自然保護區(qū):位于荊州市北郊約3 km，核心區(qū)位于荊州市的荊州、沙市兩區(qū)，靠近長江中游北岸，系江漢平原四湖流域上游，濕地總面積157.5 km2，其中核心區(qū)面積約50 km2。保護區(qū)主要保護對象為水生生物及其賴以生存的湖泊濕地生態(tài)系統(tǒng)。本線不可避免穿越其保護區(qū)，經(jīng)環(huán)評論證，應(yīng)盡量以橋梁形式穿越。

(3)荊州市城市發(fā)展規(guī)劃

荊州市地處湖北省中南部，江漢平原腹地，總面積約1.41萬km2，市區(qū)建成面積53 km2，人口645.73萬(2010年)。根據(jù)《荊州市城市總體規(guī)劃(2011～2020)》，北至漢宜鐵路，東至岑河鎮(zhèn)均為荊州工業(yè)園區(qū)。此外，在關(guān)咀鎮(zhèn)東側(cè)、漢宜鐵路南側(cè)新建了銀湖工業(yè)園，對本線有很大的影響。

(4)國道318及其改擴建工程

既有國道318為二級公路，路面寬度12 m，穿沙市區(qū)觀音垱鎮(zhèn)而過，該鎮(zhèn)位于荊州市規(guī)劃工業(yè)園區(qū)范圍，民居、廠礦企業(yè)多位于老國道兩側(cè)。由于城市的快速發(fā)展，既有的國道已經(jīng)無法滿足日益增長的客貨運輸需求，國道改擴建工程已于2012年底開工建設(shè)。擴建后的新國道318為雙向四車道一級公路標(biāo)準(zhǔn)，路基寬度24.5 m，設(shè)計行車速度80 km/h。由于既有國道318觀音垱鎮(zhèn)兩側(cè)建筑物密集，原位加寬拆遷量巨大，故改擴建工程自皇屯村東側(cè)引出向北外繞觀音垱鎮(zhèn)，同時既有國道作為市政道路繼續(xù)使用。因此，本線需與新、老國道318兩條公路立交，新國道318距離漢宜鐵路以南 560 m，老國道318距離漢宜鐵路以南830 m。

(5)漢宜高速公路與在建江南高速公路荊州連接線

在建江南高速公路是岳陽至宜昌高速公路的組成部分，江南高速荊州連接線與本線跨越長江的主跨部分設(shè)計為公鐵合建，跨越長江后往北與漢宜(滬渝)高速公路設(shè)置互通立交，該互通立交距離本線以東不足800 m，直接影響到本線與漢宜鐵路、漢宜高速公路交叉跨越點的選擇。

(6)廠房拆遷

所經(jīng)沿線為荊州市規(guī)劃工業(yè)園區(qū)，其中銀湖工業(yè)園是受影響最大的片區(qū)。觀音垱鎮(zhèn)東側(cè)、國道318南側(cè)有湖北海富家具有限公司、荊州市領(lǐng)御實業(yè)有限公司等企業(yè)，以及一些在建廠房，線位應(yīng)予以繞避。

2.2 跨越位置的選擇

本線自北向南依次須繞避環(huán)境敏感點，跨越漢宜鐵路、天井渠、國道318改建工程、既有國道318、漢宜高速公路、地下軍用電纜、光纜等，這些被跨越工程相互之間的距離均較近。若本線下穿漢宜鐵路，選擇在漢宜鐵路DK186+810處的觀音垱特大橋下通過，該位置為漢宜鐵路在可立交范圍內(nèi)的縱斷面制高點;若本線上跨漢宜鐵路，應(yīng)東繞至漢宜鐵路DK185+950處，該位置為漢宜鐵路在可立交范圍內(nèi)的縱斷面最低點，但跨越點正南國道318路側(cè)有東西長約1 km，南北長約0.25 km的工廠密集區(qū)，繼續(xù)向東繞避該區(qū)域后，則影響江南高速公路荊州連接線與漢宜高速公路互通立交的設(shè)置，且東繞方案線路展長0.6 km，線形較差，投資增加。因此，研究后對東繞方案舍棄，即不論是上跨還是下穿漢宜鐵路，平面位置均一致。

3 線路跨越方式研究

本線自北向南在區(qū)域內(nèi)依次與漢宜鐵路、天井渠、國道318改建工程、既有國道318、漢宜高速公路等重大交通及水利工程交叉。線路跨越位置確定后，需重

點研究其交叉跨越方式。

3.1 氣象及水文條件

荊州地區(qū)屬北亞熱帶季風(fēng)氣候，年平均降雨量1 097.1 mm，最大年降水量1 530 mm，年平均降雨天數(shù)達(dá)118.5 d，雨量集中在4～10月。

長湖介于長江、漢水及其分流東荊河之間，由于兩岸天然堤的存在，在兩河之間，形成相對低下的長條狀河間洼地，在洼地中相對更低的地區(qū)積水成湖。湖體由廟湖、太湖港、海子湖及長湖本體組成，大致呈東西走向，橫跨江陵、荊門市與荊州市，因其外形窄長故名長湖。長湖流域面積2 265 km2，湖底一般高程27.2～28.0 m左右，正常水位為30.5 m。按照湖北省水利水電勘測設(shè)計院1996年《長湖防洪預(yù)案》確定的調(diào)度原則進行長湖洪水排蓄演算，100年一遇設(shè)計洪水位為32.13 m(黃海高程)。

近幾年受極端氣候影響，降雨量及持續(xù)時間日趨嚴(yán)重，受暴流影響地表沖溝水系發(fā)育，加之上世紀(jì)六七十年代大規(guī)模水利建設(shè)，形成“井”字型灌溉水系，研究范圍內(nèi)受影響的大型干渠主要有漢宜鐵路南側(cè)的天井渠、漢宜高速公路以南的豉湖渠等，尤其是天井渠因位于漢宜鐵路南側(cè)極近，對本線跨越方式的選擇影響較大。

3.2 跨越方式的選擇

(1)下穿漢宜鐵路方案

本線跨越長湖后自鄭家洼向南，下穿漢宜鐵路、新國道318，再上跨既有國道318、漢宜高速公路、豉湖渠后至比較終點。下穿漢宜鐵路處路肩控制洪水位高程33.13 m，漢宜鐵路梁底36.90 m，下穿漢宜鐵路方案路肩設(shè)計高程為29.09 m，不滿足洪水位要求，需設(shè)鐵路U形槽下穿漢宜鐵路，避免洪水的危害。新國道318與漢宜鐵路距離僅560 m，受鐵路限坡(6‰)限制，必須將新國道318改建為公跨鐵上跨本線;同時本線跨越既有國道318也因凈空不足，需對既有國道進行局部下挖，設(shè)公路U形槽通過。線路長度6.4 km，新建橋梁1座1.667 km，橋梁比26%，新建鐵路U形槽1500延長米，天井渠倒虹吸1座11 m(寬)×38 m(長)×3.5 m(高);改移等級道路2處1.566 km，其中，新國道318公跨鐵改移道路的路寬24.5 m，新建公路橋1座，長635 m;既有國道318路寬12 m，新建公路U形槽195延長米。工程投資估算約51 703萬元。

U形槽路基設(shè)計說明:

本線在CK1396+340處下穿漢宜鐵路(漢宜鐵路里程DK186+810)，下穿位置在觀音垱特大橋15號橋墩和16號橋墩之間。由于漢宜高鐵大橋兩側(cè)長湖百年洪水位超過本線路肩線，考慮防洪要求，本線采用U形槽型式下穿漢宜鐵路。為保證施工期間漢宜高鐵的安全，減少對漢宜鐵路橋梁承臺基礎(chǔ)的影響，應(yīng)盡可能地減少U形槽結(jié)構(gòu)尺寸，從而增大U形槽與漢宜鐵路橋梁承臺間的距離。經(jīng)研究確定，雙線U形槽斷面尺寸按隧道建筑限界設(shè)計，建筑限界半寬(即設(shè)計線路中心左線到U形槽內(nèi)壁距離)為2.875 m;U形槽凈寬為9.75 m，總寬11.35 m。設(shè)計使用年限按100年考慮。設(shè)計荷載:列車活載、軌道荷載、U形槽自重、土壓力、水壓力、水浮力、雨棚荷載、聲屏障荷載(如圖1、圖2所示)。

圖1 U形槽雨棚鳥瞰

圖2 U形槽雨棚內(nèi)部效果

天井渠倒虹吸設(shè)計:

本線在下穿漢宜鐵路之后，隨即跨越其南側(cè)的天井渠，因不滿足百年洪水位要求，將天井渠改為倒虹吸，該倒虹吸尺寸大，后期運營維護復(fù)雜。

(2)上跨漢宜鐵路方案

本方案自鄭家洼起依次跨越漢宜鐵路、新國道318、既有國道318、漢宜高速公路、豉湖渠后至比較終點。漢宜鐵路限界考慮雙層集裝箱，凈空為7.96 m。線路長度6.4 km，新建橋梁1座5.758 km，橋梁比90%，工程投資估算約55 284萬元。

4 綜合分析

從營業(yè)線安全角度分析:本線上跨漢宜鐵路，經(jīng)多方案比選論證，擬推薦采用(32+32+32)m連續(xù)梁轉(zhuǎn)體施工，施工及運營過程中嚴(yán)格執(zhí)行相關(guān)安全措施，可確保對漢宜鐵路運營安全;本線下穿漢宜鐵路，對漢宜鐵路運營基本無影響。

從線路、工程投資情況分析:兩方案平面位置一致，上跨方案橋梁長度5.758 km，橋梁比例大，投資較高;下穿方案橋梁長度1.667 km，U形槽1.5 km，雖橋梁長度較短，但新建路基U形槽和改移2處國道;下穿方案鐵路永久征地357畝，上跨方案鐵路永久征地180畝;工程投資方面上跨方案增加約3 581萬元。

從與新、老國道318立交方式分析:本線上跨漢宜鐵路，同時上跨新、老國道318，解決了既有國道318下挖問題，工程實施難度小，公路部門較為認(rèn)可。本線下穿漢宜鐵路后，由于新、老國道318之間距離不足300 m，且距漢宜鐵路均較近，受鐵路6‰限坡的控制，則新、老國道均需改建;新國道318需抬道上跨本線，既有國道318需原位下挖、以U形槽型式下穿本線?？睖y過程中針對新國道318改公跨鐵方案征求了荊州市公路局意見，由于國道318改擴建項目行洪評價、土地預(yù)審、文物等所有前期工作均已完成，目前正開工建設(shè)，公路部門擔(dān)心排水及工期問題，不認(rèn)可國道改建方案。

從防洪評價影響分析:下穿漢宜鐵路方案不滿足百年洪水位要求，雖設(shè)計U形槽，但此工點位于江漢平原腹地，水系發(fā)達(dá)區(qū)域，仍存在隱患;下穿漢宜鐵路同時需將漢宜鐵路南側(cè)的天井渠改為倒虹吸，該倒虹吸尺寸大，后期運營維護復(fù)雜;而上跨漢宜鐵路方案則對河渠無影響，防洪評價更易通過。

綜上所述，上跨漢宜鐵路方案避免了兩次改移國道及U形槽、倒虹吸設(shè)置的后期養(yǎng)護維修等問題，防洪評價較為可行，雖投資較大，且設(shè)計為低等級鐵路上跨高等級鐵路，但綜合分析各方面控制因素，認(rèn)為本項目具有其特殊性，上跨漢宜鐵路方案最終通過了中國鐵路總公司工程設(shè)計鑒定中心及中國國際咨詢公司專家組的可研審查，并獲得建設(shè)單位蒙西華中鐵路股份有限公司認(rèn)可。

［1］GB 50090—2006 鐵路線路設(shè)計規(guī)范［S］

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［5］郭曉亮．某煤運鐵路工程延安地區(qū)工程地質(zhì)選線［J］．鐵道勘察，2013(2):68-70

［6］葉偉．新建荊州至岳陽鐵路主要技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的研究［J］．鐵道標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計，2010(3):26-30