重慶至貴陽鐵路選線中主要控制因素的應(yīng)用

郭 強(qiáng)

(中鐵二院貴陽勘察設(shè)計研究院有限責(zé)任公司, 貴陽 550002)

鐵路選線設(shè)計是一項綜合性強(qiáng)、牽涉面廣，涉及多學(xué)科綜合應(yīng)用的系統(tǒng)工程[1]，受規(guī)劃、地形地質(zhì)、環(huán)保、工程投資等眾多因素影響。西南艱險山區(qū)鐵路沿線地形困難、地質(zhì)條件復(fù)雜、礦產(chǎn)資源分布廣、環(huán)境敏感點多等特點極大地限制了鐵路走向的選擇。為確定合理的線路方案，設(shè)計中應(yīng)充分考慮影響因素，綜合比選，確保線路方案工程可靠，投資合理。

重慶至貴陽鐵路擴(kuò)能改造工程(以下簡稱“渝貴鐵路”)線路北起重慶市，南接貴州省省會貴陽市，正線全長約345 km[2]，是我國西南至華南地區(qū)快速鐵路通道的重要組成部分[3]。渝貴鐵路自川南低山丘陵區(qū)爬升至云貴高原，地形起伏大，線路橫穿涼風(fēng)埡等區(qū)域性分水嶺，跨越長江、烏江等河流，沿線不良地質(zhì)眾多，是一條地形、地質(zhì)、環(huán)境極為復(fù)雜的鐵路。本文結(jié)合渝貴鐵路選線中遇到的具體問題，就復(fù)雜艱險山區(qū)鐵路選線主要控制因素的應(yīng)用進(jìn)行探討。

1 貫徹減災(zāi)選線設(shè)計理念

朱穎等人提出，減災(zāi)選線需根據(jù)地質(zhì)控制因素，篩選技術(shù)可行、經(jīng)濟(jì)合理、風(fēng)險可控的線路和工程方案。西南山區(qū)地形陡峻，溝谷深切，斷裂、褶皺、構(gòu)造發(fā)育，滑坡、巖溶、順層、礦產(chǎn)采空區(qū)、有害氣體、危巖落石、特殊巖土等分布范圍廣，嚴(yán)重制約著線路走向的選擇、重大工程的設(shè)置和運(yùn)營的安全。勘察設(shè)計中應(yīng)全面識別地質(zhì)災(zāi)害風(fēng)險，貫徹減災(zāi)選線設(shè)計理念，合理選擇線路方案，規(guī)避和有效防控地質(zhì)災(zāi)害，確保鐵路建設(shè)和運(yùn)營的安全。

渝貴鐵路沿線煤礦資源豐富，采空區(qū)分布廣，極大地限制了線路走向的選擇?？尚行匝芯侩A段，重慶松藻礦區(qū)附近初始按不跨蘭海高速公路方案開展工作，但現(xiàn)場調(diào)查發(fā)現(xiàn)，線路所經(jīng)地段為松藻礦區(qū)同華煤礦采空區(qū)影響范圍，故調(diào)整為以96 m連續(xù)鋼構(gòu)(橋高約百米)跨越蘭海高速公路的線路方案，避開煤礦采空區(qū)，以確保鐵路運(yùn)營安全。

渝貴鐵路巖溶段落約占正線的65%，是本線最為復(fù)雜、對工程影響最大的不良地質(zhì)[4-6]。息烽至修文段巖溶強(qiáng)烈發(fā)育，初步設(shè)計階段經(jīng)羅家壩方案巖溶通道與線路多次交叉，且?guī)r溶通道標(biāo)高位于隧頂10～40 m，工程風(fēng)險極高，對其地災(zāi)風(fēng)險予以判識后，調(diào)整為以短隧和橋為主、兩跨既有川黔鐵路的經(jīng)久長方案，繞避了巖溶發(fā)育地帶。同時，全線采用加力坡18.5‰的限制坡度，盡量拔高線路標(biāo)高，縮短隧道單面坡長度及水平循環(huán)帶內(nèi)的隧道長度，以規(guī)避巖溶、暗河和突水突泥等地質(zhì)災(zāi)害風(fēng)險。

2 貫徹環(huán)保選線設(shè)計理念

近年來，環(huán)境保護(hù)愈來愈受到重視，環(huán)保部門在項目建設(shè)中甚至擁有一票否決權(quán)。故鐵路項目建設(shè)必須認(rèn)真貫徹環(huán)保選線設(shè)計理念，高度重視環(huán)境敏感點，盡量避免破壞或影響自然保護(hù)區(qū)、水源保護(hù)區(qū)、風(fēng)景名勝區(qū)、森林公園、人文景觀、文物古跡等環(huán)境敏感點，實現(xiàn)鐵路建設(shè)與環(huán)境保護(hù)的協(xié)調(diào)發(fā)展。當(dāng)線路確實無法繞避環(huán)境敏感點時，應(yīng)保證避開敏感點的核心區(qū)域，同時需取得相應(yīng)主管部門的行政許可。

渝貴鐵路沿線分布有歌樂山、婁山關(guān)等風(fēng)景名勝區(qū)，長江上游珍稀特有魚類自然保護(hù)區(qū)，息烽縣下紅馬水庫，貴陽北郊水廠水源保護(hù)區(qū)等環(huán)境敏感點。線路方案選取過程中，充分考慮環(huán)境影響，篩選出工程、社會經(jīng)濟(jì)和環(huán)境效益最優(yōu)的方案，并廣泛征求了沿線地方政府、環(huán)境敏感區(qū)主管部門意見。跨越長江上游珍稀特有魚類自然保護(hù)區(qū)線路方案進(jìn)行了線位和長江橋孔跨的多方案研究，并與重慶市相關(guān)部門、原環(huán)保部多次溝通，最終于既有橋下游100 m左右新建長江橋、橋梁主跨采用432 m大跨跨越保護(hù)區(qū)、同時拆除既有長江橋的方案獲得批準(zhǔn)。線路穿越貴陽北郊水廠飲用水源二級水源保護(hù)區(qū)的方案，充分考慮環(huán)保局水源保護(hù)區(qū)內(nèi)不得設(shè)置站點的要求，將白云北站改為線路所。

3 與規(guī)劃相協(xié)調(diào)

鐵路選線首先應(yīng)符合綜合交通網(wǎng)、鐵路網(wǎng)等相關(guān)規(guī)劃[7]。國家鐵路網(wǎng)規(guī)劃宏觀指導(dǎo)鐵路選線的走向和技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，線路方案應(yīng)確保滿足國家鐵路網(wǎng)規(guī)劃目標(biāo)要求。渝貴鐵路先后進(jìn)行了200 km/h客貨共線、250 km/h客貨共線、350 km/h客運(yùn)專線方案的比選研究，最終采用與中長期鐵路網(wǎng)規(guī)劃(2008年調(diào)整)功能定位一致的200 km/h客貨共線方案。

鐵路選線還需與行經(jīng)城市的總體規(guī)劃、發(fā)展及產(chǎn)業(yè)布局相協(xié)調(diào)。渝貴鐵路連接重慶、貴陽兩個西南地區(qū)中心城市，沿線人口稠密，社會經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)，線位選擇上盡量考慮靠近城鎮(zhèn)和主要經(jīng)濟(jì)點，并與城市規(guī)劃部門積極溝通，在滿足技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)條件下，避免與地方其他建設(shè)項目的規(guī)劃發(fā)生干擾，達(dá)到既能滿足鐵路自身發(fā)展需要，又能帶動地方經(jīng)濟(jì)發(fā)展的目的。

渝貴鐵路遵義東站站位最先推薦引入既有車站方案，但因方案穿越中心城區(qū)，對城市規(guī)劃干擾較大，后又研究了忠莊站位方案、遵義南站位方案、禮儀(田灣)站位方案、禮儀(顏村)站位方案和南宮山站位方案，最后采用位于新蒲新區(qū)與老城區(qū)銜接處的禮儀(顏村)站位方案，在滿足技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)要求的同時，與地方建設(shè)規(guī)劃相協(xié)調(diào)，且有利于遵義市新蒲新區(qū)的開發(fā)與建設(shè)。

4 合理選擇主要技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)

4.1 速度目標(biāo)值

速度目標(biāo)值是鐵路建設(shè)項目設(shè)計施工的關(guān)鍵參數(shù)，是鐵路選線設(shè)計中的重要任務(wù)，也是影響旅客出行方式選擇和運(yùn)輸企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益的重要因素。其影響因素包括項目功能定位、相關(guān)路網(wǎng)協(xié)調(diào)匹配、客貨需求、綜合交通競爭力、機(jī)車車輛及動車組技術(shù)條件、工程投資等，設(shè)計中應(yīng)認(rèn)真梳理速度目標(biāo)值影響因素間的相互關(guān)系，準(zhǔn)確把握功能定位及客貨運(yùn)需求，科學(xué)合理地選擇速度目標(biāo)值，最大限度地發(fā)揮鐵路運(yùn)輸優(yōu)勢。

結(jié)合渝貴鐵路運(yùn)輸需求及項目地形、地貌、地質(zhì)條件，先后對200 km/h、250 km/h、350 km/h速度目標(biāo)值方案進(jìn)行了研究。3個方案在線路平縱斷面條件、軌道類型、橋涵、隧道及站后工程等基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)上有所不同，如表1所示。

表1 不同速度目標(biāo)值方案采用主要技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)表

主要工程數(shù)量及投資上200 km/h方案較250 km/h、350 km/h方案線路分別增長1.352 km、3.832 km，橋隧總長減少8.497 km、19.517 km，靜態(tài)投資減少15.369億元、88.128億元。

在功能定位上，渝貴鐵路為以客為主、客貨兼顧，具有城際功能的快速、大能力區(qū)際干線鐵路。作為西北、西南至華南通道的重要組成部分，占整個通道長度的20%，需考慮整個通道的整體性和一致性，且與銜接的蘭渝(200 km/h)、貴廣(250 km/h)等線路相匹配。結(jié)合路網(wǎng)規(guī)劃及功能定位，渝貴鐵路宜為客貨共線鐵路，考慮與相鄰線路相匹配，速度目標(biāo)值應(yīng)在200～250 km/h之間；從客、貨列車速度匹配分析，200 km/h和120 km/h的客貨列車速度匹配方案最有利于運(yùn)輸組織；從工程投資分析，200 km/h方案最經(jīng)濟(jì)節(jié)省，較250 km/h和350 km/h方案靜態(tài)投資分別減少15.369 億元和88.128 億元。故線路最終采用200 km/h速度目標(biāo)值。

4.2 最小曲線半徑

鐵路設(shè)計規(guī)范對不同速度等級的鐵路規(guī)定了列車可安全通過的圓曲線最小半徑，合理選用最小曲線半徑對繞避不良地質(zhì)、環(huán)境敏感點及障礙物等有直接作用，決定著線路走向以及站場、橋隧等重點工程，對工程投資有顯著影響。

渝黔鐵路初步設(shè)計為250 m/h客貨共線標(biāo)準(zhǔn)，最小曲線半徑為 5 500 m，修改初步設(shè)計調(diào)整為200 km/h客貨共線標(biāo)準(zhǔn)，最小曲線半徑變?yōu)?3 500 m。與 5 500 m半徑方案相比，3 500 m半徑方案線路長度增加1.352 km，橋隧總長減少8.497 km，投資減少8.649 億元。其中桐梓東至婁山關(guān)南區(qū)段的工程變化明顯，較 5 500 m半徑方案，3 500 m半徑方案繞避了垮山巖堆，減少與蘭海高速公路(2次)、210國道(2次)、既有川黔線(2次)共6次交叉干擾，取消了跨越蘭海高速公路88 m的大跨連續(xù)橋梁，降低了工程風(fēng)險，縮減了工程投資。

4.3 限制坡度

限制坡度對線路走向、線路長度、車站分布、工程投資、運(yùn)輸能力、運(yùn)營指標(biāo)等都有著決定性的影響，是關(guān)系線路全局的主要技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)之一。設(shè)計應(yīng)根據(jù)路網(wǎng)構(gòu)成、運(yùn)量需要、自然條件、牽引動力、投資效益等條件綜合分析、合理選用。

渝貴鐵路有限坡6‰、限坡9‰、加力坡13‰、加力坡18.5‰共4個可能的限坡方案。限坡6‰和限坡9‰方案對地形條件的適應(yīng)性差，線路長，高橋長隧多且長隧多處于水平循環(huán)帶以下，存在明顯缺點，前期研究后予以舍棄。與加力坡13‰方案相比，加力坡18.5‰方案長大巖溶單面坡隧道減少5座(共計30.164 km)，處于水平循環(huán)帶內(nèi)隧道減少2座(共計8.205 km)，建設(shè)工期縮短約6 個月，工程投資節(jié)省7.071 億元[8]，故推薦采用加力坡18.5‰限坡方案。

綜上所述，鐵路主要技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)是鐵路建筑物和設(shè)備類型、能力及規(guī)模的基本標(biāo)準(zhǔn)[9]，對鐵路能否滿足國家運(yùn)輸需求、運(yùn)營效率的高低、投資規(guī)模和經(jīng)濟(jì)效益的大小有著重要影響，因此需對與線路密切相關(guān)的速度目標(biāo)值、最小曲線半徑、限制坡度等進(jìn)行充分比選。

5 正確處理重點工程與選線的關(guān)系

車站、橋梁、隧道等重點工程是鐵路選線應(yīng)考慮的重要因素，常常影響線路的局部走向。故在滿足線路總體走向情況下，宜先考慮重要站點、橋梁、隧道等的最優(yōu)設(shè)置，兩端線路局部調(diào)整以滿足重點工程設(shè)置需求。

渝貴鐵路趕水至桐梓段位于黔北中山區(qū)，地形陡峻，河谷深切。線路需穿越堯龍山分水嶺，跨越夜郎河。段內(nèi)主要為灰?guī)r，巖溶發(fā)育，構(gòu)造復(fù)雜，沿線煤礦密布，開采年代久遠(yuǎn)，重點工程為天坪隧道和夜郎河特大橋。根據(jù)煤礦采空區(qū)規(guī)模及開采標(biāo)高，并結(jié)合越嶺隧道及跨河橋位選擇等，研究了松坎長隧方案、松坎短隧方案、經(jīng)太白方案共3個方案，方案平面示意如圖1所示。

圖1 趕水至桐梓段線路方案平面示意圖

經(jīng)太白方案中，天坪隧道長 14 132 m，為人字坡巖溶隧道，最長單面坡長度為7.336 km，通過設(shè)置斜井、橫洞解決工期和排水問題；夜郎河特大橋基本與河流正交，主跨為330 m上承式鋼筋混凝土拱橋。經(jīng)松坎長隧方案中，天坪隧道長 12 142 m，為人字坡巖溶隧道，隧道長度雖較經(jīng)太白方案有所縮短，但線路需在小煤窯采空區(qū)附近通過。經(jīng)松坎短隧方案中，線路多次與蘭海高速公路交叉，夜郎河特大橋與河流斜交角度大，橋梁主跨雖與經(jīng)太白方案相同，但拱座兩端地面高程相差超過20 m，施做難度大。經(jīng)比選，最終采用經(jīng)太白方案。確定天坪隧道隧址和夜郎河特大橋橋位之后，再布設(shè)車站及兩端線路。

6 合理繞避大型基礎(chǔ)設(shè)施

在滿足技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的前提下，鐵路力求線路順直，但當(dāng)線路走向上有軍事設(shè)施、大型水利電力設(shè)施、大型廠礦企業(yè)、高速公路、高壓電力走廊、輸油輸氣管道、易燃易爆品倉庫等大型基礎(chǔ)設(shè)施時，應(yīng)予以繞避，困難條件下亦要盡量減少拆遷。

可行性研究階段，渝貴鐵路趕水東站設(shè)于綦江縣趕水鎮(zhèn)梅子口處，后現(xiàn)場調(diào)查發(fā)現(xiàn)，綦江縣已規(guī)劃在此處修建藻渡河水電站(重慶市后備水源)，電站正常蓄水位標(biāo)高為430 m，車站線路設(shè)計標(biāo)高也為430 m，在電站回水范圍內(nèi)，故將趕水東站西移約4 km至既有趕水北站東側(cè)，以繞避藻渡河水電站。桐梓東站可行性研究階段有官衙站位及觀音寺站位兩個方案(如圖2所示)，后調(diào)查發(fā)現(xiàn)，官衙站址所在處為機(jī)組容量2×600 MW的擬建貴州華電桐梓電廠場址，該項目已經(jīng)完成環(huán)評、水保、防災(zāi)、地震安全評估等相關(guān)報告，可研也已批復(fù)，已在進(jìn)行房屋拆遷。為避開電廠場址，最終選擇于觀音寺設(shè)桐梓東站，線路較官衙站位方案增長約1.6 km，且兩跨崇遵高速公路及既有鐵路，工程投資亦有所增加。

圖2 桐梓東站站位方案平面示意圖

7 結(jié)束語

鐵路選線是一項政策性強(qiáng)、制約因素眾多的總體設(shè)計工作，在根據(jù)路網(wǎng)發(fā)展規(guī)劃、政治經(jīng)濟(jì)需要及自然條件選定線路走向時，應(yīng)綜合減災(zāi)、環(huán)保、規(guī)劃、主要技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)、重點工程、沿線大型基礎(chǔ)設(shè)施等控制因素進(jìn)行方案比選，既滿足路網(wǎng)規(guī)劃要求，又保證鐵路施工、運(yùn)營安全，且投資可控，以實現(xiàn)線路方案的社會效益綜合最優(yōu)。