段榮成

(中鐵第一勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司,西安 710043)

1 概述

傳統(tǒng)的鐵路方案比選采用工程經(jīng)濟(jì)指標(biāo)法,并結(jié)合社會、環(huán)境、地質(zhì)、施工等因素的定性分析,方案取舍常因著眼點(diǎn)不同而結(jié)論各異；當(dāng)各方案的工程經(jīng)濟(jì)比較差異較小時(shí),方案的取舍主要依賴于設(shè)計(jì)者的經(jīng)驗(yàn)和立場。模糊評價(jià)理論首先抽取影響方案決策的因素作為評價(jià)對象,建立以評價(jià)對象為參數(shù)、最優(yōu)方案為目標(biāo)的函數(shù)模型；然后由工程師根據(jù)經(jīng)驗(yàn)對參數(shù)進(jìn)行量化賦值,通過并不復(fù)雜的計(jì)算進(jìn)行排序,最終確定最優(yōu)方案。

2 庫格鐵路的概況

新建鐵路庫爾勒至格爾木線是西部地區(qū)重要的路網(wǎng)性干線。西起南疆線庫爾勒站,途徑尉犁縣、農(nóng)二師三十一至三十六團(tuán)、若羌縣、青海油田重鎮(zhèn)茫崖行委后引入青藏鐵路格爾木站,是一條西部客貨共線的單線電氣化鐵路。阿爾金山橫亙在青海與新疆交界處,是本線必須翻越的天然屏障。越嶺埡口位置、隧道長度及越嶺高程的選擇,直接影響本線線路長度和工程投資。

3 阿爾金山越嶺方案傳統(tǒng)法比選分析

3.1 越嶺地段地形、地質(zhì)條件及線路方案控制因素的分析

圖1 阿爾金山越嶺埡口位置示意

阿爾金山山脈呈NE向一字形展開,南部柴達(dá)木盆地海拔2 800 m,北部塔里盆地為800 m,本線經(jīng)過區(qū)域埡口高程為3 050～3 700 m(圖1)。山體總寬度120～160 km,其中中部山嶺區(qū)寬度20～40 km,地形陡峻復(fù)雜；山嶺兩側(cè)洪積扇群發(fā)育,尤以北坡為重,寬度達(dá)10～100 km,自然坡度為6%～10%,洪積扇區(qū)地形較為整齊,有利于線路展線。

3.2 越嶺方案簡述

自北向南共研究了拉配泉埡口、金雁山埡口、巴什考供埡口、霄克埡口等4個(gè)埡口的多個(gè)越嶺線路方案,其中拉配泉、金雁山兩埡口已經(jīng)在宏觀走向方案中比選后予以放棄,以下就巴什考供埡口、霄克埡口沿米蘭河方案、霄克埡口沿若羌河方案等3個(gè)埡口的越嶺線路方案進(jìn)行比選。

3.2.1 巴什考供埡口CK方案(經(jīng)紅柳溝)

線路翻越嶺埡口后可以利用巴什考供盆地和紅柳溝展線研究該啞口方案,線路從依吞布拉克站引出,與新315國道走向一致,穿索爾庫爾山間盆地,再沿山前洪積扇以足坡向上展線,最高至海拔3 283 m處,以16.96 km隧道穿越阿爾金山巴什考供埡口,后線路折向西沿紅柳溝上游寬谷區(qū)展線而下,以最長4.06 km短隧道群穿越紅柳溝南山,再沿山北洪積扇足坡展線而下至米蘭鎮(zhèn),設(shè)米蘭站,沿315國道南側(cè)西行,至比較終點(diǎn)。方案比選示意見圖2，方案工程經(jīng)濟(jì)比較見表1。

圖2 阿爾金山越嶺埡口方案比選示意

表1 阿爾金山線路越嶺方案工程經(jīng)濟(jì)比較

3.2.2 霄克埡口沿米蘭河ICK方案

線路翻埡口后可以沿米蘭河展線，研究了該方案,線路從依吞布拉克站引出,從烏蘇肖湖南側(cè)沿老315國道西行,線路行至霄克埡口處達(dá)最高3 226 m,抵米蘭河上游,后順米蘭河河谷而下,以短隧道群穿越米蘭河?xùn)|側(cè)山嶺至阿爾金山北坡,先沿山前洪積扇向東展線,再迂回折向西,自東向西跨越米蘭河,在若羌縣城東6.0 km處設(shè)若羌站,至比較終點(diǎn)。

3.2.3 霄克埡口沿若羌河IICK方案

線路翻埡口后可以沿若羌河展線研究了該方案,線路與ICK方案相同,過霄克埡口離開米蘭河上游向東,至若羌河上游,利用若羌河西岸山體和溝谷展線而下,進(jìn)入山北洪積扇群區(qū),迂回展線至比較終點(diǎn)。

3.3 傳統(tǒng)方法比選研究及分析意見

3.3.1 從工程地質(zhì)條件及工程安全可靠性分析

三方案都經(jīng)索爾庫爾盆地、阿爾金山山脈及阿爾金山北麓山前沖洪積扇,經(jīng)過地層巖性主要為第四系、第三系、元古界薊縣系,巖性復(fù)雜,節(jié)理裂隙發(fā)育。

巴什考供埡口CK方案沿線斷裂構(gòu)造發(fā)育,但大多與線路走向大角度相交；紅柳河南岸山體多陡峭,局部溝谷危巖、落石發(fā)育。索爾庫爾盆地和巴什考供山間盆地地形地質(zhì)條件較好,便于展線,工程安全可靠。

霄克埡口沿米蘭河ICK方案通過索爾庫爾盆地靠山邊緣,發(fā)育有特大型泥石流溝,垂直寬度可達(dá)2 km；米蘭河河床縱坡大,兩岸山勢陡峻,不良地質(zhì)主要為危巖、落石,線路通過多條大型斷裂構(gòu)造帶,線路小角度斜穿F19號斷層,走行于斷裂影響帶內(nèi)；工程地質(zhì)條件較差,工程可靠性差。

霄克埡口沿若羌河IICK方案依吞布拉克至卡魯巧卡ICK方案共線,地質(zhì)條件相同；若羌河河床縱坡大,線路通過多條大型斷裂構(gòu)造帶,工程地質(zhì)條件較差。

綜上所述,巴什考供埡口CK方案工程地質(zhì)條件相對較好,霄克埡口沿米蘭河ICK方案、沿若羌河IICK方案地質(zhì)條件較差。

3.3.2 從與羅布泊至和田鐵路的銜接關(guān)系分析

巴什考供埡口CK方案米蘭至若羌段線位與規(guī)劃羅和鐵路走向一致,標(biāo)準(zhǔn)相同,該段59 km可與羅中-和田鐵路并線,近期該段兩線運(yùn)量不大時(shí)羅和鐵路可利用庫格鐵路,節(jié)省其近期投資約9億元,從路網(wǎng)銜接分析巴什考供埡口CK方案路網(wǎng)匹配性好。

3.3.3 從工程設(shè)置對環(huán)境影響方面分析

各方案處于阿爾金山無人區(qū),生態(tài)處于原始狀態(tài),ICK、C48K方案通過山區(qū)段落較長，需要對山體進(jìn)行大開大挖,土石方工程巨大,鐵路作為帶狀構(gòu)筑物對原有生態(tài)系統(tǒng)造成新的切割,對阿爾金山地區(qū)的生態(tài)環(huán)境影響相對較大。而巴什考供埡口越嶺CK方案山區(qū)地段長度短,工程地質(zhì)條件好：且線路走向與G315線一致,形成了一個(gè)共同的交通走廊,對保護(hù)區(qū)基本不造成新的切割影響,對生態(tài)環(huán)境的整體影響較小。從工程設(shè)置對環(huán)境影響分析巴什考供埡口越嶺CK方案影響較小。

3.3.4 從工程設(shè)置及經(jīng)濟(jì)性分析

巴什考供埡口CK方案較霄克埡口沿米蘭河ICK方案線路長度長17.63 km,橋隧總長短16.81 km,靜態(tài)投資省3.45億元,較霄克埡口沿若羌河IICK方案線路長度短12.21 km,橋隧總長短35.95 km,靜態(tài)投資省17.29億元。在考慮30年運(yùn)營費(fèi)和機(jī)車車輛購置費(fèi)后,巴什考供埡口CK方案綜合效益最好,較霄克埡口沿米蘭河ICK方案省0.08億元,較霄克埡口沿若羌河IICK方案省19.98億元。

綜合分析,巴什考供埡口CK方案工程設(shè)置適當(dāng),工程投資最少,運(yùn)營費(fèi)較低,與規(guī)劃的羅布泊至和田鐵路匹配好,對周邊生態(tài)環(huán)境的破壞小,對自然保護(hù)區(qū)的影響不大,綜合效益顯著,因此,各方案中巴什考供埡口CK方案最優(yōu)。

4 采用模糊理論優(yōu)選方案的研究

4.1 指標(biāo)體系的確定

針對3個(gè)埡口方案,現(xiàn)把靜態(tài)投資、30年運(yùn)營費(fèi)現(xiàn)值、橋隧總長度、機(jī)車車輛購置費(fèi)現(xiàn)值、線路長度、工程地質(zhì)條件、路網(wǎng)匹配性和鐵路施工與運(yùn)營條件作為評價(jià)的對象。

首先設(shè)3個(gè)設(shè)計(jì)方案構(gòu)成域,即U={X1(方案Ⅰ(巴什考供埡口CK方案)),X2(方案Ⅱ(霄克埡口沿米蘭河ICK方案)),X3(方案Ⅲ(霄克埡口沿若羌河IICK方案))}。用U上的函數(shù)f(x)表示投資額作為目標(biāo)函數(shù),則如表2所示。

表2 目標(biāo)函數(shù)

用U的模糊集合C1、C2、C3、C4、C5,表示靜態(tài)投資、運(yùn)營費(fèi)現(xiàn)值、橋隧總長度、機(jī)車車輛購置費(fèi)現(xiàn)值和線路長度。用C6、C7、C8和C9表示工程地質(zhì)條件、路網(wǎng)匹配性、鐵路施工與運(yùn)營條件和工程設(shè)置對環(huán)境影響。再將各個(gè)方案被評價(jià)對象的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)進(jìn)行量化(表3)。

表3 約束函數(shù)量化值

4.2 方案優(yōu)選模糊集合的運(yùn)算

由此得模糊集合C1、C2、C3、C4、C5、C6、C7、C8和C9為

所以最佳決策集合為

D=mf∩C1∩C2∩C3∩C4∩C5∩C6∩

4.3 方案優(yōu)選模型的運(yùn)算結(jié)果

由于X1對D的隸屬程度最高,根據(jù)最大隸屬原則,認(rèn)為X1(方案CK)是最佳設(shè)計(jì)方案。

5 結(jié)語

通過采用傳統(tǒng)的線路方案比選方法從地質(zhì)、環(huán)境、鐵路路網(wǎng)、工程經(jīng)濟(jì)指標(biāo)等因素的分析比選研究確定巴什考供越嶺埡口方案為最優(yōu)方案；并在傳統(tǒng)比選的基礎(chǔ)上,選擇模糊評價(jià)理論,對影響方案的諸多因素進(jìn)行一一量化,確定目標(biāo)函數(shù)和約束條件,從而構(gòu)建起模糊優(yōu)選的模型,也得出該方案為最佳設(shè)計(jì)方案。

研究表明,通過對模糊綜合評價(jià)理論方法在該方案研究中的應(yīng)用,認(rèn)為該方法是合理的和可行的,有較好的實(shí)用價(jià)值。在影響方案的因素較多,不能只靠工程投資為主要因素來確定方案的項(xiàng)目中可以應(yīng)用。

[1] 中鐵第一勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司.新建鐵路庫爾勒至格爾木線預(yù)可行性研究總說明書[Z].西安：中鐵第一勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司，2010.

[2] 中鐵第一勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司.新建鐵路庫爾勒至格爾木線可行性研究總說明書[Z].西安：中鐵第一勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司，2011.

[3] 詹振炎.鐵路選線設(shè)計(jì)的現(xiàn)代理論與方法[M].北京：中國鐵道出版社,2003.

[4] 陸亞軍,李遠(yuǎn)富,方案優(yōu)選模型的研究及應(yīng)用[J].鐵道勘察,2007.

[5] 吳小萍,詹振炎.基于灰色和模糊集理論的鐵路方案多目標(biāo)綜合評價(jià)方法及模型研究[J].鐵道學(xué)報(bào),2001(5).

[6] 中華人民共和國鐵道部.GB50090—2006 鐵路線路設(shè)計(jì)規(guī)范[S].北京：中國鐵道出版社，2006.

[7] 中華人民共和國鐵道部.TBT1407—1998 列車牽引計(jì)算計(jì)算規(guī)程[S].北京：中國鐵道出版社，1998.

[8] 中華人民共和國鐵道部.TB 10082—2005 鐵路軌道設(shè)計(jì)規(guī)范[S].北京：中國鐵道出版社，2005.

[9] 中華人民共和國鐵道部.鐵路工程設(shè)計(jì)技術(shù)手冊[M].北京：中國鐵道出版社,1994.