謝衛(wèi)民

(中鐵工程設(shè)計(jì)咨詢集團(tuán)有限公司, 北京 100055)

1 概述

1.1 山西中南部鐵路

山西中南部鐵路全長(zhǎng)1 367 km,地處華北地區(qū)南部,西起晉中南地區(qū),銜接南北向主要鐵路干線,東至山東沿海港口,形成了石太—石德—膠濟(jì)鐵路、邯長(zhǎng)—邯濟(jì)—膠濟(jì)鐵路、侯月—新菏兗日鐵路間一條新的“西煤東運(yùn)”的能源運(yùn)輸動(dòng)脈,也是我國(guó)東西向路網(wǎng)干線鐵路之一,對(duì)我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展具有重要的能源安全保障作用。

1.2 越嶺方案研究的意義

線路從洪洞至?xí)x義之間需同時(shí)翻越太岳山和安泰山,兩山之間為沁河河谷,地形較為復(fù)雜,存在多個(gè)越嶺方案,不同的越嶺方案其越嶺隧道長(zhǎng)度、線路長(zhǎng)度、工程投資、工程地質(zhì)、站點(diǎn)布置和工程風(fēng)險(xiǎn)等方面差異較為明顯。該段為全線工程最困難的地段,需要迂回展線來(lái)選擇合理的越嶺方案。

2 自然特征

2.1 地形地貌

如圖1所示，該段線路橫跨太岳山脈、安泰山脈和沁河河谷,兩端為臨汾盆地和長(zhǎng)治盆地,地形呈“M”形。本段最低點(diǎn)為洪洞北CK348處(高程為480 m),最高點(diǎn)為CK453處(高程為1 030 m)。

圖1 線路所經(jīng)地區(qū)地勢(shì)

2.2 工程地質(zhì)

線路依次通過(guò)臨汾盆地、盆地邊緣黃土臺(tái)垣及太岳中低山。地層巖性主要為第四系黃土,三疊—二疊系泥巖、砂巖。下部500～1 000 m下伏二疊系下統(tǒng)山西組(P1s)和石炭系上統(tǒng)太原組(C3t)煤系地層,張莊背斜—浮山斷裂以西為太岳山坳緣翹起帶,巖層陡傾,斷層發(fā)育,屬霍東煤田；張莊背斜—浮山斷裂以東為寬緩的郭道—安澤近南北向復(fù)式背斜,屬沁水煤田。根據(jù)永樂(lè)北、上馬寨煤炭勘探鉆孔資料,草峪嶺附近,2號(hào)煤層高程246～393 m,含煤線地層頂板高程400～550 m,含煤線地層位于路肩線下390～450 m,煤層瓦斯含量1.54～10.36 m3/t。

2.3 經(jīng)濟(jì)據(jù)點(diǎn)和交通

沿線主要的經(jīng)濟(jì)據(jù)點(diǎn)為臨汾市的浮山縣、古縣、安澤縣,長(zhǎng)治市的長(zhǎng)子縣。

沿線公路主要為擬建的長(zhǎng)臨高速公路、臨汾北環(huán)線、國(guó)道309等。

3 越嶺限制坡度選擇

本線為萬(wàn)噸重載線路,雖然13‰方案的線路長(zhǎng)度較短，投資省,但其只能滿足牽引5 000 t列車的條件,運(yùn)能較小,運(yùn)營(yíng)成本高,運(yùn)輸組織不靈活。盡管6/13‰方案有工程投資大、越嶺隧道長(zhǎng)等缺點(diǎn),但是該方案可開(kāi)行萬(wàn)噸列車,具有輸送能力大、運(yùn)營(yíng)費(fèi)用低的優(yōu)點(diǎn),符合煤運(yùn)大通道和鐵路跨越式發(fā)展的要求。因此,該段采用6/13‰限坡方案。

4 越嶺方案研究

4.1 方案說(shuō)明

33.1 km長(zhǎng)隧道方案(方案Ⅰ)：該方案自比較起點(diǎn)CK348+500起,繞避師村遺址后轉(zhuǎn)向東北,沿山行至古縣南側(cè)張莊附近設(shè)古縣站；出站線路轉(zhuǎn)向東南,跨過(guò)洪安澗河后以33.12 km的隧道穿越太岳山,出隧道后跨過(guò)沁河,行至白村附近設(shè)安澤站；出站后線路轉(zhuǎn)向東,跨泗河、蘭河后以18.95 km隧道翻越安泰山。之后線路跨過(guò)蘭河支流,過(guò)晉義鄉(xiāng)到達(dá)方案比較終點(diǎn)CK469+400。該方案線路長(zhǎng)度119.139 km,橋隧總長(zhǎng)為90.93 km,橋隧比例為76.33%,其中10 km以上特長(zhǎng)隧道2座,長(zhǎng)度分別為33.12 km和18.95 km。投資總額1 130 946.83萬(wàn)元,技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)9 492.68萬(wàn)元/正線 km,靜態(tài)投資1 057 293.44萬(wàn)元,技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)8 874.45萬(wàn)元/正線km(如圖2所示)。

16 km短隧道方案(方案Ⅱ)：該方案自比較起點(diǎn)CK348+500起,繞過(guò)師村遺址后繼續(xù)向南,展線至北韓鄉(xiāng)設(shè)北韓站,出站后展線至舊縣鎮(zhèn),以16.44 km隧道翻越太岳山；之后在安澤縣桃曲村附近設(shè)安澤站,出站后跨沁河,而后以10.29 km和16.18 km兩個(gè)隧道翻越太岳山余脈,過(guò)晉義后到達(dá)方案比較終點(diǎn)C3K489+384.4。該方案線路長(zhǎng)度139.47 km,橋隧總長(zhǎng)為115.40 km,橋隧比例為82.74%,其中10 km以上特長(zhǎng)隧道3座,長(zhǎng)度為16.44 km、10.29 km和16.18 km。投資總額1 161 122.64萬(wàn)元,技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)8 325.01萬(wàn)元/正線 km,靜態(tài)投資1 085 311.33萬(wàn)元,技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)7 781.46萬(wàn)元/正線km(如圖2所示)。

4.2 工程地質(zhì)評(píng)價(jià)及比選意見(jiàn)

(1)工程地質(zhì)評(píng)價(jià)

33.1 km長(zhǎng)隧道方案(方案Ⅰ)：33.1 km長(zhǎng)隧道進(jìn)口段穿越二疊系下統(tǒng)下石盒子組含煤線地層540 m；洞身圍巖主要為三疊—二疊系泥巖、砂巖,圍巖等級(jí)以Ⅳ級(jí)為主。

根據(jù)目前鉆探資料,隧道洞身瓦斯不發(fā)育,鑒于下伏含煤地層(含煤地層位于路肩線下150～250 m),在斷層發(fā)育段及穹隆構(gòu)造頂部局部有儲(chǔ)存富集瓦斯的可能,應(yīng)加強(qiáng)檢測(cè)和通風(fēng)。

16 km短隧道方案(方案Ⅱ)：16 km短隧道洞身圍巖主要為三疊—二疊系泥巖、砂巖,圍巖等級(jí)以Ⅳ級(jí)為主。但鑒于下伏含煤地層較33.1 km長(zhǎng)隧道埋深更大,地質(zhì)構(gòu)造相對(duì)更簡(jiǎn)單,該隧道在圍巖級(jí)別及有害氣體方面得以改善，工程地質(zhì)條件相對(duì)較好。但在斷層發(fā)育段及穹隆構(gòu)造頂部，局部仍有富集瓦斯的可能,應(yīng)加強(qiáng)檢測(cè)和通風(fēng)。

圖2 太岳山越嶺方案示意

16 km短隧道方案展線段隧道進(jìn)出口黃土高邊坡有9處；隧道洞身位于黃土內(nèi)的總長(zhǎng)為13.45 km,其中隧道洞身位于土石界線內(nèi)的總長(zhǎng)為2.54 km。

(2)工程地質(zhì)評(píng)價(jià)及比選意見(jiàn)

太岳山越嶺長(zhǎng)短隧道的工程地質(zhì)條件及存在的工程地質(zhì)問(wèn)題基本相同,短隧較長(zhǎng)隧隧道縮短17 km,同時(shí)地質(zhì)得以改善,地質(zhì)風(fēng)險(xiǎn)相對(duì)減小。從工程地質(zhì)角度分析,16 km短隧道優(yōu)于33.1 km長(zhǎng)隧道。

4.3 工程投資比較、優(yōu)缺點(diǎn)綜合對(duì)比分析

工程投資及優(yōu)缺點(diǎn)綜合對(duì)比見(jiàn)表1、表2。

表1 太岳山越嶺方案對(duì)比分析

表2 太岳山越嶺方案優(yōu)缺點(diǎn)分析

4.4 推薦意見(jiàn)

綜上所述,16 km短隧道方案雖然工程投資貴2.8億元,但其沒(méi)有控制工期的長(zhǎng)隧道工程,工程風(fēng)險(xiǎn)、工期風(fēng)險(xiǎn)小,隧道運(yùn)營(yíng)養(yǎng)護(hù)及救援較方便,且繞避了安澤縣規(guī)劃建設(shè)的冀氏煤電工業(yè)區(qū)和配套建設(shè)的桃園、石安煤礦,安澤站位也符合地方規(guī)劃。因此本次研究推薦16 km短隧道方案。

5 結(jié)束語(yǔ)

山西中南部鐵路翻越太岳山和安泰山段選線,通過(guò)工程投資、經(jīng)濟(jì)據(jù)點(diǎn)、工程風(fēng)險(xiǎn)、工期風(fēng)險(xiǎn)等方面進(jìn)行了技術(shù)經(jīng)濟(jì)比選，推薦的16 km短隧道方案,在增加投資不多的情況下,大大縮短了控制工期的隧道長(zhǎng)度,降低了隧道工程地質(zhì)風(fēng)險(xiǎn)和工期風(fēng)險(xiǎn)。其引線部分的工程難易程度也是越嶺選線的重要組成部分,也應(yīng)納入比選范圍,這樣才能選擇合理的越嶺方案,保證工程的順利實(shí)施。

[1] GB50090—2006,鐵路線路設(shè)計(jì)規(guī)范[S]

[2] 鐵道部第一勘察設(shè)計(jì)院.鐵路工程線路設(shè)計(jì)手冊(cè)[M].北京：中國(guó)鐵道出版社，1976

[3] 中鐵工程設(shè)計(jì)咨詢集團(tuán)有限公司.新建山西中南部鐵路通道可行性研究報(bào)告.第五篇線路(下冊(cè))[R].北京:中鐵工程設(shè)計(jì)咨詢集團(tuán)有限公司，2009

[4] 中鐵工程設(shè)計(jì)咨詢集團(tuán)有限公司.新建山西中南部鐵路通道可行性研究報(bào)告.第四篇地質(zhì)(下冊(cè))[R].北京:中鐵工程設(shè)計(jì)咨詢集團(tuán)有限公司，2009

[5] 中鐵工程設(shè)計(jì)咨詢集團(tuán)有限公司.新建山西中南部鐵路通道可行性研究報(bào)告.第十篇隧道(下冊(cè))[R].北京:中鐵工程設(shè)計(jì)咨詢集團(tuán)有限公司，2009

[6] 中鐵工程設(shè)計(jì)咨詢集團(tuán)有限公司.新建山西中南部鐵路通道預(yù)可行性研究報(bào)告(方案競(jìng)選)[R].北京:中鐵工程設(shè)計(jì)咨詢集團(tuán)有限公司，2008

[7] 易思蓉.鐵路選線設(shè)計(jì)[M].成都：西南交通大學(xué)出版社，2001

[8] 何振寧.區(qū)域工程地質(zhì)與鐵路選線[M].北京：中國(guó)鐵道出版社,2004