黔桂鐵路增建二線綜合選線研究

魏昌辛

(中鐵二院工程集團有限責任公司， 成都 610031)

黔桂鐵路始建于抗日戰(zhàn)爭時期，1939年9月開工，1958年12月分段建成，其間遭受多次毀壞，歷經(jīng)修復(fù)和重建，于1959年3月正式交付運營。隨著國民經(jīng)濟的發(fā)展，自1965年起，黔桂鐵路先后進行了三次較大規(guī)模的技術(shù)改造，最近一次改造工程于2004年12月開工，2009年1月全線通車。改造后主要技術(shù)標準為國鐵I級單線、預(yù)留雙線電氣化鐵路，牽引質(zhì)量 3 800 t，限制坡度6‰、加力坡13‰，設(shè)計速度貴陽至金城江段為120～140 km/h，金城江至柳州為160 km/h[1]。目前重車方向最大區(qū)段每天開行7對旅客列車，26對貨物列車，其能力利用率高達99.6%，急需復(fù)線改造。

1 宏觀方案研究

本項目為既有線復(fù)線改造，線路宏觀走向與既有線基本一致，但技術(shù)標準對增建二線線路方案影響較大，鑒于既有線柳州至金城江段、金城江至貴陽段標準不一致，故對增建二線的技術(shù)標準分段進行研究。

1.1 柳州至金城江段

柳州樞紐內(nèi)柳州至洛滿段已建成雙線，洛滿至金城江段既有線設(shè)計速度為160 km/h，本次增建二線結(jié)合工程投資、既有線平縱斷面條件等因素，研究了設(shè)計速度120 km/h、160 km/h、200 km/h共3個方案[2]。對設(shè)計速度200 km/h方案，又分別研究了既有線維持現(xiàn)狀和提速至200 km/h兩個方案。

設(shè)計速度120 km/h方案因低于既有線設(shè)計標準且投資較設(shè)計速度160 km/h方案僅節(jié)省1.2億元，研究后予以舍棄。既有線提速至200 km/h將引起大量廢棄工程，增加投資較多，研究后予以舍棄。既有線維持現(xiàn)狀、增建二線采用 200 km/h方案即使在增建第二線不換邊情況下，單向運行時間也僅較160 km/h節(jié)省約10 min，提速效果不明顯，因線間距原因預(yù)留工程不能利用，工程投資大，研究后舍棄。故推薦設(shè)計速度160 km/h方案。

1.2 金城江至貴陽段

貴陽樞紐內(nèi)小西堡(線路所)至貴陽段已建成雙線，本次對金城江至小西堡(線路所)段既有線提速改造和增建二線方案分別進行了研究。

1.2.1 既有線提速方案研究

本段既有線設(shè)計速度為140 km/h(困難地段為120 km/h)，線路平面條件大部分段落滿足160 km/h標準，具備提速至160 km/h的條件。將既有線提速至160 km/h，雖可節(jié)省運行時間16.1 min，但需對不滿足160 km/h標準的部分段落進行改造，對隧道進行擴挖。經(jīng)研究，需擴挖隧道120座，共 104 172 m，同時部分預(yù)留工程廢棄，改造工程量較大，對列車運營干擾較大。綜合投資及運營干擾等因素，本段既有線維持既有標準不變。

1.2.2 增建二線方案研究

結(jié)合沿線工程地質(zhì)條件、既有線條件、預(yù)留工程條件等，研究了與既有線同標準增建二線(方案Ⅰ)、增建二線采用160 km/h標準(方案Ⅱ)和增建二線采用120 km/h標準(方案Ⅲ)共3個方案。3個方案主要技術(shù)標準差異如表 1所示。3個方案主要工程數(shù)量及投資比較如表2所示。

表1 主要技術(shù)標準差異表

表2 主要工程數(shù)量及投資比較表

經(jīng)研究，與方案Ⅰ相比，方案Ⅲ因標準差異較小，節(jié)省投資較小，不但運行時間增加10.8 min，還降低了線路標準，不宜采用。方案Ⅱ運行時間僅節(jié)省3.8～4.5 min，但投資增加了7.62億元，投資節(jié)時比高，極不經(jīng)濟。本線功能定位以貨為主，對運行速度要求不高，故建議增建二線采用方案Ⅰ，即與既有線同標準建設(shè)。

2 局部方案研究

與新建鐵路不同，既有線增建二線線路走向受經(jīng)濟據(jù)點影響小，其控制因素主要包括車站分布、重大不良地質(zhì)、特殊巖土、礦山、采空區(qū)、環(huán)境敏感點等。黔桂鐵路在第三次擴能改造過程中預(yù)留了復(fù)線條件并實施了部分二線工程，充分利用既有工程，確定合理的線路走向能最大程度地節(jié)省工程投資。本文著重論述車站分布、重大不良地質(zhì)和預(yù)留工程對線路方案的影響。

2.1 車站分布對線路方案的影響

鑒于黔桂鐵路站間距小、車站密集的現(xiàn)狀，按照“強本簡末、服務(wù)運輸”的總技術(shù)路線，將年貨運量較小(小于10萬t/年)的車站作業(yè)整合至鄰近較大中間站辦理[3]，并進行封閉車站方案的比選，確保在滿足運輸需求的同時，關(guān)站個數(shù)最多。車站封閉原則為：

(1)根據(jù)增建二線后滿足通過能力需要的合理站間距來確定需封閉的車站。

(2)對現(xiàn)狀貨運量不足10萬t/年的中間站，原則上考慮封閉。

(3)充分考慮既有站與牽引供電設(shè)施的結(jié)合。

(4)有客貨運作業(yè)、技術(shù)作業(yè)或與專用線、支線鐵路接軌的車站原則上不封閉。

根據(jù)擬定的車站封閉原則，對符合關(guān)閉條件的車站進行逐一和組合關(guān)站研究。黔桂鐵路增建二線后，共封閉車站23個，正線(不含龍里)設(shè)站20座，其中區(qū)段站1個，中間站17個，越行站2個(肯洛和峰洞)。除有客運作業(yè)中間站外，其余有貨運作業(yè)的車站的貨運量均大于20萬t/年。本線增建二線后，上行運營長度415.5 km，平均站間距20.8 km，最大站間距38.9 km(峰洞—獨山)，最小站間距5.5 km(都勻—綠蔭湖)；下行運營長度417.9 km，平均站間距20.9 km，最大站間距39.3 km(峰洞—獨山)，最小站間距5.5 km(都勻—綠蔭湖)。車站分布如圖 1所示。

圖1 車站分布示意圖

2.2 重大不良地質(zhì)對線路方案的影響

本線起于廣西盆地，經(jīng)高原斜坡帶爬升至貴州高原，地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜，巖體破碎，主要的不良工程地質(zhì)問題有巖溶、危巖落石、滑坡、巖堆與錯落、軟土膨脹土、紅黏土等[4]。

2.2.1 葉茂至懷遠段危巖落石對線路方案的影響

受構(gòu)造剝蝕、溶蝕及差異風化的影響，沿線危巖落石、崩塌分布廣泛。葉茂至懷遠段既有線K 103+900、K 105+400左側(cè)山體危巖落石發(fā)育，設(shè)有攔石墻、被動網(wǎng)及雷達監(jiān)測防護措施，增建二線及接入兩端車站的線位均預(yù)留在既有線左側(cè)。

危巖落石災(zāi)害具有分布廣而散，不確定性因素多，無規(guī)律性的特點[5]，本段線路方案結(jié)合危巖落石整治、地形條件、G323國道等因素，研究了沿既有線左側(cè)增建二線、沿既有線右側(cè)增建二線、增建二線左側(cè)繞行3個方案[6]，如圖2所示。

圖2 葉茂至懷遠段線路方案示意圖

沿既有線左側(cè)增建二線方案線路自比較起點引出，增建沿既有線左側(cè)預(yù)留二線位置與既有線并行至比較終點，增建二線更靠近高陡危巖體，在危巖落石發(fā)育地段分別設(shè)雙線棚洞各1處，并設(shè)主被動防護網(wǎng)和鋼軌柵欄攔擋危石[7]；沿既有線右側(cè)增建二線方案利用葉茂出站端曲線換邊至既有線右側(cè)，沿既有線右側(cè)并行通過危巖體后，再利用曲線換邊至既有線左側(cè)。該方案線路需兩次換邊，在危巖落石發(fā)育地段分別設(shè)雙線棚洞各1處，并設(shè)主被動防護網(wǎng)和鋼軌柵欄攔擋危石，另需改建半幅G323國道，長880 m；增建二線左側(cè)繞行方案線路自比較起點引出，以隧道形式穿山至比較終點。

從工程投資來看，3個方案線路長度基本相當，沿既有線右側(cè)增建二線方案有兩次換邊，另需改建國道880 m，投資較大；增建二線左側(cè)繞行方案隧道比例高，且隧道洞口均存在危巖落石風險；沿既有線左側(cè)增建二線方案投資最省。

從地質(zhì)條件分析，該段影響線路的主要工程地質(zhì)問題為危巖落石，危巖體巖質(zhì)為灰?guī)r，受節(jié)理裂隙切割，局部呈倒懸狀，線路緊鄰危巖落石坡腳，受左側(cè)危巖落石影響大。增建二線左側(cè)繞行方案規(guī)避了原既有線左側(cè)危巖落石，但隧道進出口仍存在落石風險，需對隧道進出口危巖落石進行防護，且未解決既有線危巖落石隱患；沿既有線左側(cè)增建二線方案需增設(shè)棚洞等措施對線路進行防護；沿既有線右側(cè)增建二線方案線路雖遠離了危巖落石區(qū)域，但仍處于危巖落石崩落影響范圍內(nèi)。

綜合來看，沿既有線左側(cè)增建二線方案能同時解決既有線與增建二線危巖落石風險，且投資最省，故推薦采用。

2.2.2 坡朝至大山段采空區(qū)影響的線路方案的影響

既有坡朝站(本次關(guān)閉)增建二線預(yù)留在既有線右側(cè)，既有大山站(本次關(guān)閉)增建二線預(yù)留在既有線左側(cè)。結(jié)合地質(zhì)地形條件、大山采空區(qū)(151號礦)及預(yù)留工程，研究了按預(yù)留條件增建二線方案和沿既有線右側(cè)增建二線方案，如圖 3所示。

圖3 坡朝至大山段線路方案示意圖

按預(yù)留條件增建二線方案線路自坡朝站右側(cè)引出，利用出站端彎道路基段換邊至既有線左側(cè)，并沿既有線左側(cè)行至大山站，線路長7.12 km。大山雙線道岔橋線間距5 m，橋臺距仲家村隧道洞口僅137.4 m，若完全利用大山雙線道岔橋，隧道洞口間距僅12 m，無法分修，在滿足隧道洞口分修條件下，大山雙線道岔橋可利用380 m(原長501.5 m)。沿既有右側(cè)增建二線方案線路自坡朝站右側(cè)引出后一直沿既有線右側(cè)前行，至大山站后利用大山站內(nèi)曲線換邊至線路左側(cè)，線路長6.96 km。該方案未利用預(yù)留的大山雙線道岔橋(長501.5 m)。

既有線K 242+650～K 242+780左側(cè)30～40 m為大山礦151號礦窿采空區(qū)邊緣，因山體內(nèi)礦硐開挖掘進的隨意性，要徹底查清山體內(nèi)坑道的具體位置、走向及與大山隧道之間的空間關(guān)系非常困難[8]。按預(yù)留條件增建二線方案線路位于該段采空區(qū)邊緣、移動盆地內(nèi)，雖部分利用了預(yù)留工程，但工程風險高。沿既有線右側(cè)增建二線方案避開了采空區(qū)，工程風險較小。故本次推薦采用沿既有線右側(cè)增建二線方案。

2.3 預(yù)留工程對線路方案的影響

六甲至車河段既有六甲站增建二線預(yù)留在既有線左側(cè)，既有車河站增建二線預(yù)留在既有線右側(cè)。本段線路方案結(jié)合預(yù)留工程和地質(zhì)條件等因素研究了沿既有線增建二線和既有線右側(cè)取直兩個方案[6]，如圖4所示。

圖4 六甲至車河段線路方案示意圖

(1)沿既有線增建二線方案

線路自六甲站出站后，沿既有線左側(cè)并行，利用2.675 km既有六甲隧道進口段平導(dǎo)擴挖成增建二線隧道，出隧道后經(jīng)過既有大莫站，該段線路有3.5 km并行于既有線路基，且大莫站內(nèi)1.2 km到發(fā)線可作為增建二線路基使用，然后利用彎道換邊至既有線右側(cè)，經(jīng)過既有納朝站并利用納朝站預(yù)留工程，終至車河站。

(2)沿既有線右側(cè)取直方案

線路自六甲站出站后，利用預(yù)留平導(dǎo)擴挖成增建二線隧道，于既有線六甲隧道出口端引出，換邊至既有線右側(cè)后以隧道形式至上廟屯附近，上跨蘭海高速，隨后長隧取直至車河站。

兩方案均利用了既有六甲隧道左側(cè)預(yù)留的平導(dǎo)(2.675 km)作為增建二線隧道，利用了車河站進站端預(yù)留的車河雙線大橋。既有線右側(cè)取直方案未利用預(yù)留工程，沿既有線增建二線方案經(jīng)過既有大莫站和既有納朝站，可利用站內(nèi)1.2 km路基及到發(fā)線軌道工程作為增建二線路基使用，同時完全利用4座橋梁和1座隧道(共計0.776 km)。雖然既有線右側(cè)取直方案線路長度較沿既有線增建二線方案短2.56 km，但是該方案設(shè)有2座墩高超過50 m的橋梁和1座長度超過 7 km的隧道，工程投資較既有線增建二線方案增加 10 277.42萬元。沿既有線增建二線方案能充分利用預(yù)留工程，橋隧比較低，工程規(guī)模小，地質(zhì)條件明確，且工程投資低，故采用沿既有線增建二線方案。

3 結(jié)論

本文深入分析了黔桂鐵路2004年按照國鐵Ⅰ級、單線預(yù)留復(fù)線電氣化鐵路擴能改造的資料，得出主要結(jié)論如下：

(1)根據(jù)項目的功能定位、客貨流特點，綜合運輸組織、預(yù)留工程、工程投資等因素，合理確定復(fù)線與既有線相協(xié)調(diào)的主要技術(shù)標準。

(2)既有單線站間距小、車站密集，增建二線應(yīng)根據(jù)預(yù)測運量和運輸組織需要，進行多個封閉車站的方案比選，在方便運營管理的前提下，做到封閉車站個數(shù)最大化，科學合理分布車站。

(3)對于預(yù)留復(fù)線條件的單線鐵路，在復(fù)線改造線路方案研究時，要按照“充分利用既有工程，避免大拆大改”的既有線改建原則，合理確定線路方案，最大程度節(jié)省工程投資。

(4)對于復(fù)線改造工程，要充分考慮石方開挖、軟基處理、既有工程拆除、預(yù)留工程使用等鄰近既有線施工對鐵路運營的影響，在充分調(diào)查既有線現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上，采取合理可靠的措施，盡量減少對鐵路運營的干擾，確保運營安全。