蒙華鐵路岳陽(yáng)至吉安段與大廣高速公路交叉方案研究

王 燕

(中鐵第四勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司 武漢 430063)

1 蒙華鐵路概況

蒙華鐵路是國(guó)內(nèi)一次建成最長(zhǎng)的重載煤運(yùn)通道，項(xiàng)目北起東烏鐵路浩勒?qǐng)?bào)吉南站，途徑陜西、山西、河南、湖北、湖南，南至江西省境內(nèi)京九鐵路吉安站，線路全長(zhǎng)1 814.5 km。其中岳陽(yáng)至吉安段位于通道末端，位于湘東北和贛西、贛中地區(qū)。線路北起湖南省岳陽(yáng)市，途徑江西宜春市、新余市，終至江西省吉安市。鐵路主要技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)為正線單線，預(yù)留雙線條件；設(shè)計(jì)行車(chē)速度120 km/h；最小曲線半徑一般為1 200 m，困難地段為800 m；限制坡度0.6%；牽引質(zhì)量5 000 t；到發(fā)線有效長(zhǎng)度1 050 m，部分車(chē)站預(yù)留1 700 m[1-2]。

2 線路走向方案研究

線路自江背特大橋引出后，穿彭家?guī)X經(jīng)大廣高速公路、堎背村后向南下穿滬昆客專(zhuān)至觀巢站；本段主要控制因素是與本線交叉的大廣高速公路、堎背村及地形地質(zhì)條件復(fù)雜[3]。

2.1 主要控制因素

1) 大廣高速公路。大廣高速公路是南北縱向線路，北起黑龍江省大慶市，南至廣東省廣州市，線路總長(zhǎng)3 550 km，設(shè)計(jì)車(chē)速80～120 km/h，雙向4～6車(chē)道加救援車(chē)道。大廣高速公路新余段按雙向4車(chē)道高速公路標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)車(chē)速100 km/h，路基寬度26 m，設(shè)計(jì)荷載為公路-I級(jí)。

2) 堎背村。堎背村位于新余市渝水區(qū)歐里鎮(zhèn)，村總面積233.3 hm2(3 500畝)，總?cè)丝? 020人，耕地面積137.3 hm2(2 059畝)。

3) 地形地質(zhì)條件。該段丘間谷地(IIa)間剝蝕低丘(IIb)。谷地地勢(shì)平坦開(kāi)闊，多辟為村鎮(zhèn)、水田與道路。低丘地形低緩，稍起伏，植被發(fā)育。丘間谷地表層為中更新統(tǒng)洪積(Q2al)粉質(zhì)黏土、含礫粉質(zhì)黏土、圓礫土，軟塑-硬塑，褐黃色、褐灰色，稍密-中密，厚度一般1～10 m，σ0=120～250 kPa，II～I(xiàn)II；丘坡表層為第四系中更新統(tǒng)(Q2el)粉質(zhì)黏土、粉質(zhì)黏土夾碎石、角礫土，褐紅色、棕紅色，硬塑，厚度5～34 m，σ0=180～250 kPa，III；下伏基巖為二疊下統(tǒng)茅口組(P1m)、小江邊組(P1x)含炭鈣質(zhì)泥巖、炭質(zhì)灰?guī)r、灰?guī)r，青灰色、深灰色，全～弱風(fēng)化，σ0=180～800 kPa，III～V。

2.2 方案說(shuō)明

蒙華鐵路為運(yùn)輸煤炭等資源性物資的高密度繁忙鐵路，運(yùn)行速度雖然不高，但行車(chē)密度大、車(chē)列長(zhǎng)、緊急情況下制動(dòng)距離較長(zhǎng)；為維護(hù)人民生命財(cái)產(chǎn)安全、保障各交通運(yùn)輸體系順暢快捷，設(shè)計(jì)應(yīng)按全封閉、全立交設(shè)計(jì)。公路與設(shè)計(jì)鐵路交叉跨越，為線路選線和工程設(shè)計(jì)及影響鐵路運(yùn)營(yíng)安全的重要因素，鐵路建設(shè)也影響相關(guān)設(shè)施的運(yùn)營(yíng)，因此，鐵路線路設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)協(xié)調(diào)處理好相互間的關(guān)系，避免安全隱患；鐵路與公(道)路立交交叉宜采取鐵路上跨的方式[4]。

根據(jù)本線交叉大廣高速公路的敷設(shè)方式和對(duì)堎背村的影響,研究了上跨方案和下穿共2個(gè)方案，大廣高速交叉段線路方案示意見(jiàn)圖1。

圖1 大廣高速交叉段線路方案平面示意圖

上跨方案。線路自江背特大橋引出后，穿彭家?guī)X，上跨大廣高速，環(huán)堎背村北側(cè)、東側(cè)向南下穿滬昆客專(zhuān)至觀巢站; 線路長(zhǎng)度8.5 km，橋梁長(zhǎng)度2.67 km，隧道長(zhǎng)度1.97 km，橋隧比54.6%。

下穿方案。線路自江背特大橋引出后，穿彭家?guī)X，自堎背村西側(cè)下穿大廣高速，再向南下穿滬昆客專(zhuān)至觀巢站。線路長(zhǎng)度7.966 km，隧道長(zhǎng)度2.54 km，隧道比為31.9%。

2.3 方案研究

1) 從工程地質(zhì)條件及施工風(fēng)險(xiǎn)分析[5]。2個(gè)方案地層均為二疊系灰?guī)r，局部為含炭質(zhì)灰?guī)r、鈣質(zhì)頁(yè)巖，巖溶中等發(fā)育。

上跨方案。線路與大廣高速公路斜交夾角68°，高速公路路面高程88.05 m，鐵路軌面高程101.1 m，橋梁方案采取(40 m+64 m+40 m)連續(xù)梁跨越，連續(xù)梁施工期間，考慮掛籃和防護(hù)棚架后，梁下凈空5.5 m可滿足公路通行凈空的要求，對(duì)大廣高速公路的車(chē)流影響小，可以正常通行。橋梁樁基設(shè)計(jì)充分考慮巖溶的影響，樁端穿過(guò)溶洞并嵌于穩(wěn)定的弱風(fēng)化基巖一定深度。

下穿方案。線路與高速公路斜交夾角45.4°，高速公路路面高程98.85 m，鐵路軌面高程83.02 m，隧道最小埋深約4.0 m。隧道設(shè)計(jì)采用蓋挖法施工，做好前期地質(zhì)勘探及超前地質(zhì)預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)、施工期間監(jiān)控量測(cè)，超前支護(hù)采用雙層直徑180 mm大管棚，施工方案采用臺(tái)階臨時(shí)仰拱法，施工爆破采用弱爆破，結(jié)構(gòu)采用Vc型結(jié)構(gòu)(初期支護(hù)厚25 cm，二次襯砌厚50 cm)通過(guò)。江西省高速公路投資集團(tuán)有限公司對(duì)下穿方案進(jìn)行審查，形成意見(jiàn)“下穿大廣高速公路專(zhuān)項(xiàng)施工方案資料齊全，符合規(guī)范要求，可以指導(dǎo)現(xiàn)場(chǎng)施工；因隧道穿越高速公路位置埋設(shè)較淺，為避免安全風(fēng)險(xiǎn)，同意采用蓋挖法；為保證施工時(shí)高速公路行車(chē)安全，建議采用預(yù)裂爆破?！蓖瑫r(shí)施行半幅施工半幅封閉限制車(chē)速，通過(guò)加強(qiáng)圍巖監(jiān)測(cè)、控制裝藥量、嚴(yán)格執(zhí)行預(yù)裂工序等措施并制定相應(yīng)的應(yīng)急預(yù)案保證施工安全。

上跨方案為明線，施工風(fēng)險(xiǎn)較低，對(duì)大廣高速公路的車(chē)流影響??；下穿方案施工風(fēng)險(xiǎn)相對(duì)較高，但風(fēng)險(xiǎn)通過(guò)相應(yīng)施工措施可控，同時(shí)施工期間需對(duì)大廣高速進(jìn)行交通管制。

2) 從社會(huì)穩(wěn)定風(fēng)險(xiǎn)分析。上跨方案主要以橋梁方式通過(guò)堎背村北側(cè)和東側(cè)，局部地段采用路基形式，工程建成后蒙華鐵路與大廣高速公路交叉將堎背村東、西、北三面包圍起來(lái)，且蒙華鐵路途徑該村占用的均為耕地，村莊土地、道路、灌溉渠道被分割，村民生活、生產(chǎn)受到影響；鐵路線路距離村莊民居最近距離65 m，雖在采取聲屏障和隔聲窗等環(huán)保措施后，距鐵路外軌中心線30 m處晝夜間能達(dá)到70 dB的標(biāo)準(zhǔn)限值要求，30 m以遠(yuǎn)區(qū)域可達(dá)標(biāo)或滿足使用功能要求，但村民和地方政府堅(jiān)持認(rèn)為巨大的噪音將給當(dāng)?shù)鼐用裆a(chǎn)、生活帶來(lái)嚴(yán)重的影響。

下穿方案自堎背村西側(cè)以隧道和路基方式通過(guò)，其臨近村莊線路長(zhǎng)度較短，蒙華鐵路主要占用山地，耕地占用小；該方案臨近村莊路段以隧道為主，鐵路運(yùn)營(yíng)噪音對(duì)地居民生產(chǎn)、生活的影響較上跨方案小。

綜合而言，下穿方案對(duì)耕地的占用，工程運(yùn)營(yíng)期間噪聲環(huán)境影響均優(yōu)于上跨方案，同時(shí)下穿方案社會(huì)穩(wěn)定風(fēng)險(xiǎn)小。

3) 工程投資分析。下穿方案線路較上跨方案短534 m，橋隧總長(zhǎng)短2.1 km，工程投資省1 387萬(wàn)元。上跨方案和下穿方案工程技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較見(jiàn)表1。

表1 大廣高速交叉段方案比較表

4) 推薦意見(jiàn)。下穿方案線路長(zhǎng)度短534 m，橋隧短，投資省，下穿大廣高速公路隧道處為灰?guī)r，巖溶較發(fā)育，隧道埋深淺，施工安全風(fēng)險(xiǎn)較大，但通過(guò)施工措施分險(xiǎn)可控，占用耕地少，社會(huì)穩(wěn)定風(fēng)險(xiǎn)低，因此推薦下穿大廣高速方案。

3 預(yù)留二線方案研究

結(jié)合本線正線單線、預(yù)留雙線條件的主要技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，下穿大廣高速公路段預(yù)留二線考慮預(yù)留二線條件和預(yù)留二線工程2個(gè)方案。

預(yù)留二線條件方案：II線遠(yuǎn)景實(shí)施，預(yù)留II線位于I線堎背隧道南側(cè)30 m，，近期建設(shè)一個(gè)單洞單線隧道；預(yù)留二線工程方案：一次將堎背隧道建設(shè)為雙線隧道，線間距4.0 m。

1) 單雙線開(kāi)挖斷面比較。單線有砟隧道襯砌內(nèi)輪廓總面積為46.90 m2，內(nèi)軌頂面以上有效面積為37.60 m2;下穿大廣段開(kāi)挖面積為69 m2。單線隧道(有砟軌道)內(nèi)輪廓見(jiàn)圖2。

圖2 單線隧道(有砟軌道)內(nèi)輪廓(W=0)(單位：cm)

雙線有砟隧道襯砌內(nèi)輪廓(W=0)總面積為85.62 m2，內(nèi)軌頂面以上有效面積為68.41 m2；下穿大廣段開(kāi)挖為120 m2。雙線隧道(有砟軌道)內(nèi)輪廓見(jiàn)圖3。

圖3 雙線隧道(有砟軌道)內(nèi)輪廓(W=0)(單位：cm)

斷面越大，施工難度越大、風(fēng)險(xiǎn)越高。

2) 埋深比較。滿足下穿大廣高速隧道兩端排水要求后，采用單線隧道時(shí)埋深約4 m，采用雙線隧道時(shí)埋深約3 m；埋深越小，隧道施工風(fēng)險(xiǎn)越高。

3) 施工方法比較。采用單線隧道，施工方法采用臺(tái)階臨時(shí)仰拱法，施工工序較為簡(jiǎn)單。采用雙線隧道，施工方法采用CRD法，施工工序較為繁瑣，施工風(fēng)險(xiǎn)也相對(duì)較高。

4) 工程投資比較。下穿大廣高速公路方案優(yōu)化后隧道長(zhǎng)度為259.2 m，單線隧道比雙線隧道節(jié)省約950萬(wàn)元。

5) 比選及推薦意見(jiàn)。綜合本線主要技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，二線為遠(yuǎn)景預(yù)留，實(shí)施年度較遠(yuǎn)，且近期實(shí)施工程費(fèi)用增加較多，施工分險(xiǎn)大；故推薦采用施工風(fēng)險(xiǎn)小，近期投資省的預(yù)留二線條件方案。

4 結(jié)語(yǔ)

線路方案比選是系統(tǒng)性的綜合工程，需要綜合比選其經(jīng)濟(jì)性、施工安全性、社會(huì)穩(wěn)定性，實(shí)現(xiàn)綜合效益最大化，才有利于項(xiàng)目的推進(jìn)。通過(guò)以上分析，最終確定蒙華鐵路岳陽(yáng)至吉安段與大廣高速公路交叉采用預(yù)留二線條件方案的下穿方案；此方案線路順直，投資節(jié)省，行走于堎背村西側(cè)，途徑該村占用山地、少占耕地，且該方案臨近村莊路段以隧道為主，鐵路運(yùn)營(yíng)噪音對(duì)地居民生產(chǎn)、生活的影響較小，隧道施工風(fēng)險(xiǎn)可控，社會(huì)穩(wěn)定風(fēng)險(xiǎn)低。

[1] 中鐵第四勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司．新建鐵路蒙西至華中地區(qū)鐵路煤運(yùn)通道工程岳陽(yáng)至吉安段可行性研究[Z]．武漢:中鐵第四勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司，2012．

[2] 中鐵第四勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司．新建鐵路蒙西至華中地區(qū)鐵路煤運(yùn)通道工程岳陽(yáng)至吉安段初步設(shè)計(jì)[Z]．武漢:中鐵第四勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司，2014.

[3] 朱若立.滬通鐵路昆山段建設(shè)方案及主要節(jié)點(diǎn)方案研究[J]．交通科技，2015(2)：146-149．

[4] 鐵路線路設(shè)計(jì)規(guī)范：TB 10098-2017[S]．北京:中國(guó)鐵道出版社，2017．

[5] 肖紅波.蒙西至華中地區(qū)鐵路崤山隧道隧址方案研究[J].交通科技，2013(2)：114-116．