中尼鐵路跨境通道線路方案選擇研究

梁 棟

(中鐵第一勘察設(shè)計院集團有限公司，西安 710043)

1 概況

中尼鐵路項目的實施將打通喜馬拉雅山脈地理阻隔，形成中國面向尼泊爾乃至南亞地區(qū)的便捷交通大通道；同時中尼鐵路長大段落與新藏鐵路共線，其實施將助力新藏鐵路通道建設(shè)，形成我國面向南亞開放的橋頭堡以及西藏地區(qū)向西經(jīng)新疆對外直抵中亞、歐洲的開放門戶交通走廊，最終實現(xiàn)以南亞方向為主要構(gòu)成的“21世紀海上絲綢之路”和以亞歐大陸橋為主要構(gòu)成的“絲綢之路經(jīng)濟帶”的有機融合，打造“帶”與“路”的融通發(fā)展，積極拓展“一帶一路”倡議的深度和廣度。同時也是促進跨喜馬拉雅立體互聯(lián)互通網(wǎng)絡(luò)建設(shè)、支撐南亞陸路貿(mào)易大通道構(gòu)建的重要載體。中尼鐵路的實施對推動中尼兩國文化交流互鑒、拉動區(qū)域國土資源、旅游資源開發(fā)，促進沿線產(chǎn)業(yè)整合、社會經(jīng)濟發(fā)展仍具有重要意義。

項目位于印度板塊與歐亞板塊碰撞、拼合的作用帶內(nèi)的高寒、高海拔地區(qū)，沿線環(huán)境敏感脆弱。鐵路穿越喜馬拉雅山脈，面臨突出的極高山區(qū)地形高差大、強活動性斷裂、多發(fā)強地震、高地應(yīng)力、高地?zé)帷Q型冰川、雨洪泥石流、斜坡穩(wěn)定性等地質(zhì)問題[1-5]。面對復(fù)雜的地形地質(zhì)條件，多通道詳細研究、選擇一條工程地質(zhì)條件相對較好、工程可靠、符合兩國意見、綜合最優(yōu)的過境通道，是確保工程可靠，運營安全的前提。

2 中尼跨境通道研究

2.1 中國與尼泊爾間宏觀地形地貌分析與過境通道分布

中尼兩國位于喜馬拉雅山脈北麓和南麓，地處青藏高原南部，喜馬拉雅山脈是世界上最高大最雄偉的山脈，地勢結(jié)構(gòu)不對稱，北坡位于高原臺地，溝谷相對平緩，海拔在3 800～8 800 m；南坡陡峻、溝谷深切，海拔從8 000 m的世界高峰急劇下降至尼泊爾特萊平原的100 m。中尼鐵路所處地貌為“三山夾兩河”，北側(cè)為岡底斯山脈，南側(cè)為喜馬拉雅山脈，中間為拉軌崗日山脈，兩河為雅魯藏布江和朋曲。結(jié)合我國宏觀路網(wǎng)規(guī)劃，基于新藏大通道，經(jīng)對中尼邊境口岸分布與傳統(tǒng)走廊的分析及地形地貌的詳細研究，中國與尼泊爾間可利用通道為6處，由西向東分別為普蘭口岸通道、里孜口岸通道、吉隆口岸通道、樟木口岸通道、絨轄溝通道和陳塘—日屋口岸通道，如圖1所示。

圖1 中尼跨境鐵路通道地形分析與通道分布

在以下對各通道方案同精度研究中，主要技術(shù)標(biāo)準均采用國鐵I級單線電氣化鐵路；各通道方案中與新藏鐵路共線段限制坡度采用13‰、設(shè)計旅客列車速度160 km/h?？缇扯?從新藏線引出至加德滿都段)限制坡度采用30‰，設(shè)計旅客列車速度120 km/h。

2.2 過境通道概略性分析

各通道經(jīng)過經(jīng)濟據(jù)點及線路長度統(tǒng)計見表1。普蘭口岸和里孜口岸通道與新藏線共線段落最長，經(jīng)過的經(jīng)濟據(jù)點多，高原臺地均具備設(shè)置鐵路口岸站的條件，但通道偏離加德滿都，跨境段線路迂回、且經(jīng)過的地形困難地段(高山峽谷區(qū)，橋隧相連、以隧道為主段)長，較其他通道長2～3倍，工程投資巨大，不適宜作為中尼鐵路跨境通道，應(yīng)首先排除；陳塘—日屋口岸通道與新藏線共線段落最短且國內(nèi)經(jīng)過的經(jīng)濟據(jù)點最少，跨境段長度長，投資巨大，研究意義不大，不再深入分析。絨轄溝通道越嶺高程高、地形條件差，穿越珠峰保護區(qū)核心區(qū)距離長且穿越位置位于珠峰保護區(qū)核心區(qū)中心、對保護區(qū)影響極大；同時與新藏線共線段落短，受地形限制，鐵路布線兩跨國界，劣勢明顯。

表1 中尼鐵路各通道經(jīng)濟據(jù)點、線路長度及工程投資

吉隆口岸與樟木口岸通道經(jīng)過的經(jīng)濟據(jù)點相當(dāng)，均為傳統(tǒng)通道，均分布有國際性口岸。樟木口岸通道繞避了珠峰保護區(qū)核心區(qū)，但線路長、地質(zhì)條件差；吉隆口岸通道線路短且口岸站位置佳，但穿越珠峰保護區(qū)核心區(qū)，兩方案各有優(yōu)劣；下面進一步對兩通道作重點研究。

3 吉隆口岸和樟木口岸通道選擇

結(jié)合前期開展的多項專題研究、遙感解譯成果及收集的基礎(chǔ)資料[1-5]，對吉隆口岸通道和樟木口岸通道進行詳細比選分析。吉隆口岸與樟木口岸過境通道方案見圖2。

圖2 吉隆口岸與樟木口岸過境通道方案

3.1 工程地質(zhì)條件及工程安全可靠性分析

3.1.1 地質(zhì)構(gòu)造與地震分析

(1)項目位于印度板塊與歐亞板塊碰撞擠壓帶內(nèi)，在板塊強烈擠壓作用下，發(fā)生縱向壓縮和橫向拉張作用，并在藏南喜馬拉雅地區(qū)形成一系列南北向正斷層裂谷[6]，形成釋放能量的良好通道。樟木口岸通道方案位于聶拉木—措勤斷層裂谷內(nèi)(圖3)，是其中的一條能量釋放通道，歷史上地震頻發(fā)。

圖3 歷史上地震與主要斷裂分布

(2)伴隨著印度板塊向喜馬拉雅下方俯沖，區(qū)域內(nèi)發(fā)育多條活動斷裂。其中，引發(fā)2015年尼泊爾8.1級地震的MCT斷層，距吉隆口岸直線距離約15 km，距樟木口岸直線距離約8 km，且尼泊爾大地震之后的3次7級以上余震震中均位于MCT附近，余震震中距樟木口岸均在20 km左右。

根據(jù)GPS監(jiān)測及相關(guān)研究，若要釋放本區(qū)域累積的全部應(yīng)力，地殼位移需10～15 m，而2015年尼泊爾地震余震相對較少，地殼僅發(fā)生3 m左右的位移，不足以釋放全部的地殼應(yīng)變能[7-10]，位于能量釋放通道聶拉木—措勤斷層裂谷帶內(nèi)的樟木口岸通道將來發(fā)生大地震的風(fēng)險仍然較高。

與吉隆口岸通道相比，樟木口岸通道兩側(cè)山坡更陡峭、降雨量更豐富，受聶拉木—措勤斷層裂谷影響，溝內(nèi)山體更破碎。以上原因疊加，使得樟木通道內(nèi)中國與尼泊爾受地震影響更嚴重。

(3)吉隆口岸通道方案經(jīng)過≥Ⅷ度地震區(qū)較短(80 km)，樟木口岸通道方案經(jīng)過≥Ⅷ度地震區(qū)長(133 km)。

綜上分析，樟木口岸通道方案所經(jīng)區(qū)域地震安全風(fēng)險及其鏈生地質(zhì)災(zāi)害的危害遠高于吉隆口岸通道方案。

3.1.2 冰湖潰決型泥石流

喜馬拉雅區(qū)域冰湖廣泛發(fā)育(圖4)，湖面海拔一般在4 500～5 600 m。其中，吉隆口岸通道沿線兩側(cè)高山主要發(fā)育3個冰湖，最大面積5萬m2。沿樟木口岸通道兩側(cè)分布約17個冰湖，最大的郭駱強錯冰湖面積達506.4萬m2。吉隆口岸通道兩側(cè)冰湖未見記載有潰決發(fā)生，但沿樟木口岸通道兩側(cè)的冰湖，歷史記載發(fā)生過7次大的潰決。次仁瑪錯冰湖潰決前面積0.643 km2，長1.5 km，1981年7月11日潰決后形成的泥石流，水體總量1 900萬m3，對樟木溝兩岸建筑及道路造成毀滅性破壞，距冰湖潰口50 km的尼泊爾境內(nèi)巴勒比斯橋流量達1 549 m3/s，尼泊爾境內(nèi)的孫科西水電站被毀，死亡超過200人，該冰湖1983年再次發(fā)生潰決[11-13]。

圖4 兩通道沿線冰湖分布

綜上所述，樟木口岸通道沿線冰湖眾多，冰磧物發(fā)育，物源豐富，溝谷深切，結(jié)合區(qū)域地災(zāi)風(fēng)險分析，冰湖潰決并引發(fā)泥石流對工程造成的風(fēng)險遠高于吉隆口岸通道[14-16]。

3.1.3 高地應(yīng)力

本區(qū)域最大水平應(yīng)力方向N5～10°E，樟木口岸通道方案長大段落隧道東西向布線，與南北向主壓應(yīng)力呈大角度相交，且最大埋深比吉隆方案深約300 m，樟木口岸通道受高地應(yīng)力影響段落長且更嚴重。

綜合分析，吉隆口岸通道方案所經(jīng)溝谷自然縱坡較小，且沿途降雨量小，受構(gòu)造影響相對較小，發(fā)生地震的風(fēng)險低，地震造成的次生災(zāi)害較小，沿線冰湖分布少，潰決風(fēng)險小，且隧道埋深小于樟木方案。總體評價，吉隆口岸通道方案地質(zhì)條件遠優(yōu)于樟木口岸通道方案。2015年尼泊爾大地震后，樟木口岸通道內(nèi)房屋及邊坡的破壞程度遠大于吉隆口岸通道就是最好的證明。

3.2 口岸站設(shè)置條件分析

中國境內(nèi)段吉隆口岸通道內(nèi)距離邊境15 km的吉隆鎮(zhèn)邦興臺地(海拔2 880 m，長約3.5 km，寬約1 km)，為中尼邊境僅有的絕佳開闊地，設(shè)鐵路口岸站條件好；樟木口岸通道只有在距離邊境180 km的夏木德(海拔4 600 m)有設(shè)口岸站條件。吉隆溝通道口岸站設(shè)置條件好，利于軍民融合，距離邊境近，便于出入境管理。

3.3 施工條件分析

對于復(fù)雜艱險山區(qū)鐵路，施工條件也是決定工程是否可行的先決條件。吉隆口岸通道方案隧道洞口及輔助坑道更靠近兩國的村莊及主要道路，同時吉隆溝尼泊爾境內(nèi)有水電站分布、中國境內(nèi)有規(guī)劃水電站，施工便道、供電接引條件好。樟木口岸通道走向方案受地形限制，布線多靠近溝腦的無人區(qū)、工作面附近自然縱坡大，便道設(shè)置代價大；區(qū)域電網(wǎng)遠離線路，電力線接引難度及工程量大。樟木口岸通道施工條件差。

3.4 運營、養(yǎng)護、防災(zāi)救援條件分析

受喜馬拉雅山脈南北麓巨大高差限制，兩方案連續(xù)長大坡段均較長，其統(tǒng)計見表2。

表2 兩方案連續(xù)長大坡段統(tǒng)計

由表2可知：①吉隆口岸通道運營中考慮吉隆口岸站為所有列車停靠站，運營中緊坡段落短，有利于機車制動，對運營安全更有利；且車站所在溝谷寬闊、河床縱坡相對較小，通站道路修建條件及養(yǎng)護條件好，運營維護及防災(zāi)救援條件好。②吉隆口岸通道方案可在吉隆鎮(zhèn)設(shè)置鐵路口岸站，修建列檢作業(yè)場、制動檢修所等運營養(yǎng)護設(shè)施，最大限度地提高車輛技術(shù)狀態(tài)，保障運輸安全，優(yōu)勢明顯。③從防災(zāi)救援條件分析：吉隆口岸通道走向方案設(shè)置2座隧道內(nèi)緊急救援站和3座洞口緊急救援站，隧道間橋隧相連，防災(zāi)救援條件一般；樟木口岸通道設(shè)置2座隧道內(nèi)緊急救援站和6座洞口緊急救援站，隧道群長度較長，溝谷陡峻狹窄，防災(zāi)救援條件差。相比而言，吉隆口岸通道方案具有較大優(yōu)勢。

3.5 線路長度及工程投資分析

吉隆口岸通道方案線路短8.2 km，投資節(jié)省12億元，優(yōu)勢明顯。兩方案工程經(jīng)濟比較見表3。

表3 工程經(jīng)濟比較

3.6 環(huán)保角度分析

由表4可知，樟木口岸通道方案的環(huán)保條件相對略好。雖然吉隆口岸通道方案穿越珠峰保護區(qū)長，但以無害化方式通過核心區(qū)，核心區(qū)內(nèi)無輔助坑道和隧道洞口。同時緩沖或?qū)嶒瀰^(qū)保護區(qū)內(nèi)輔助坑道少、施工便道短，對保護區(qū)影響小。

表4 穿越敏感區(qū)長度及在環(huán)境敏感區(qū)內(nèi)工程統(tǒng)計

3.7 從各方意見分析

吉隆口岸作為西藏自治區(qū)重點建設(shè)口岸，功能定位及將來發(fā)揮作用和建設(shè)規(guī)模均高于其他口岸；西藏自治區(qū)意見為中尼鐵路通過吉隆縣、吉隆鎮(zhèn)后出境至加德滿都。

根據(jù)《中國交通部與尼泊爾基礎(chǔ)設(shè)施與交通部關(guān)于開展鐵路項目合作的諒解備忘錄》中“…雙方合作開展‘吉隆—加德滿都鐵路項目’，建設(shè)跨境電氣化鐵路連通中華人民共和國西藏自治區(qū)吉隆至尼泊爾熱索瓦加蒂，進而延伸至加德滿都…”的相關(guān)內(nèi)容及歷次加強鐵路領(lǐng)域合作工作會議紀要，尼泊爾希望中尼鐵路經(jīng)吉隆口岸至尼泊爾首都加德滿都。

3.8 跨境通道研究結(jié)論

綜上分析，吉隆口岸通道方案地質(zhì)條件好、設(shè)置口岸站的位置佳，隧道工程施工及運營風(fēng)險小、可實施性強。經(jīng)過的經(jīng)濟據(jù)點多、線路長度短且工程投資省。因此，中尼鐵路過境采用吉隆口岸通道。

4 跨境通道選擇及主要選線原則

(1)作為連接兩國的首條鐵路，過境通道方案選擇應(yīng)與兩國的鐵路網(wǎng)規(guī)劃相匹配，同時應(yīng)選擇短順的通道方案連通兩國經(jīng)濟相對發(fā)達的地區(qū)，減小兩國客車旅行時分、貨車運輸距離。

(2)本項目所在區(qū)域地形地質(zhì)條件極其復(fù)雜，通道選擇中應(yīng)進行大范圍綜合選線，充分了解既有跨境公路的走向特點與病害，掌握既有公路口岸分布特征等，不遺漏任何有價值的方案。

(3)對于復(fù)雜艱險山區(qū)跨境鐵路，過境通道選擇應(yīng)充分落實“規(guī)劃選線、環(huán)保選線、地質(zhì)選線、減災(zāi)選線等”的全壽命周期選線理念，從宏觀走向的選擇上就要提高工程設(shè)置與運營的安全性(如減小不良地質(zhì)災(zāi)害對工程的影響，縮短長大坡道長度)，為運營維護創(chuàng)造有利條件[17-20]。

(4)過境通道選擇涉及兩個國家多方面因素，耗時長。選定推薦過境通道時，首先應(yīng)在充分論證，在滿足環(huán)保、工程設(shè)置、口岸站設(shè)置等條件，方案可實施性強的情況下，再向兩國通報推薦過境通道方案及推薦理由。推薦方案要有充足的支撐，確定后應(yīng)有技術(shù)定力、不宜反復(fù)。

5 結(jié)語

結(jié)合中尼間邊境口岸分布與傳統(tǒng)走廊分析，對中國與尼泊爾綿延1 000多km邊境的地形地貌展開大范圍選線研究，研究過程中充分貫徹“規(guī)劃選線、環(huán)保選線、地質(zhì)選線、減災(zāi)選線等”全壽命周期選線理念。經(jīng)對六大過境通道詳細分析，最終推薦采用吉隆口岸通道方案。對于像中尼鐵路地質(zhì)背景極其復(fù)雜的艱險山區(qū)跨境鐵路選線，在滿足運輸需求的前提下，從宏觀走向中選擇地質(zhì)條件好、工程安全可靠性高、可實施性強、運營維護條件好的線路是鐵路修建成敗的關(guān)鍵；選擇符合兩國意見的通道位置與口岸站設(shè)置也是需重點考慮的因素。研究結(jié)論對下階段工作開展有重要指導(dǎo)意義。