文 東,胡 健

(中鐵二院工程集團有限責任公司,成都 610031)

我國山區(qū)面積廣大,約占國土面積的2/3,山區(qū)鐵路是全國鐵路網(wǎng)的重要組成部分。山區(qū)鐵路車站設置既要滿足本線運輸能力的需要,又要靠近經(jīng)濟據(jù)點,拉動地方經(jīng)濟,但山區(qū)鐵路站場的布置常受地形地質條件的制約,因此需要根據(jù)不同地形地質條件對車站站位、車站規(guī)模、車站布置形式及站房、工區(qū)、段所位置等進行特殊設計。

1 山區(qū)鐵路的特點

1.1 自然特征

(1)地形、地貌特征

山區(qū)包括山地、丘陵和崎嶇的高原,山區(qū)高度可分為高山區(qū)、中山區(qū)和低山區(qū)。云貴川等西南山區(qū),通常地勢東高西低,北高南低。高程較高,相對高差較大,地形起伏大,橫坡較陡。西南山區(qū)雨水充沛,通常沿線植被較茂盛,地表基本被覆蓋,且覆蓋層及風化殼均較厚。

(2)工程地質較差，存在大量不良、特殊地質

山區(qū)通常地層巖性、地質構造復雜,構造作用強烈,受褶皺、斷裂及巖漿侵入活動的影響,巖層產(chǎn)狀變化較大,巖體完整性較差,巖層風化層較厚。水文地質條件復雜,地表水、地下水發(fā)育不均,部分地下水、地表水對混凝土具侵蝕性。局部地段邊坡穩(wěn)定性較差。加之江河深切,地形復雜。不良地質、特殊巖土發(fā)育,特別是滑坡、錯落體等不良地質密集,范圍大,具成群分布的特點。常見的不良地質有巖溶、滑坡、錯落、危巖落石、巖堆、泥石流、砂土液化、人為坑洞、煤層瓦斯、采空區(qū)及順層等；特殊巖土有軟土、膨脹土等。一般來說工程地質條件較差。

以大瑞線為山區(qū)鐵路代表,具有“三高”(高地熱、高地應力、高地震烈度)、“四活躍”(活躍的新構造運動、活躍的地熱水環(huán)境、活躍的外動力地質條件、活躍的岸坡淺表改造過程)的特征,是目前國內艱險山區(qū)地形地質條件最為復雜的一條鐵路。

1.2 山區(qū)鐵路技術特征

(1)由于通過多為經(jīng)濟不發(fā)達地區(qū),為發(fā)揮鐵路拉動地方經(jīng)濟的作用,山區(qū)鐵路多為客貨共線鐵路。如大(理)麗(江)、大(理)瑞(麗)、麗(江)香(格里拉)等鐵路均為客貨共線鐵路。

(2)山區(qū)鐵路為適應地形、高程,其牽引方式通常為雙機或多機牽引,限制坡度一般較大[1],如大麗線限坡為12‰,大瑞線限制坡度12‰,加力坡24‰,麗香線限制坡度12‰,加力坡30‰。

(3)地質選線

山區(qū)尤其是西南山區(qū)鐵路沿線山高谷深、地形陡峻、相對高差大,構造運動強烈,地質條件復雜、橋隧工程艱巨。因此在勘測和設計過程中始終應遵循越嶺地區(qū)、山區(qū)河谷、不良地質及特殊巖土分布區(qū)地質選線,并結合沿線重大橋隧工程進行鐵路選線的原則。

(4)線路橋隧比重大、投資造價高

由于地形、地質原因,山區(qū)鐵路選線中橋、隧所占比重通常較大,大麗、大瑞、麗香線橋隧比重分別達到60.12%、76.2%、72.9%。因此,部分車站須設在橋隧上。

2 山區(qū)鐵路站場設計中經(jīng)常遇見的問題

2.1 站位選擇

山區(qū)鐵路地形困難,地質復雜,長隧高橋工程艱巨。車站作為鐵路運輸?shù)幕鶎由a(chǎn)單位,如何既能保證鐵路的通過能力要求,又要合理選擇站位,節(jié)省工程投資。這是山區(qū)鐵路站場設計首先面臨的一個重要問題。

2.2 車站規(guī)模和設計備

山區(qū)鐵路中數(shù)量最多為會讓站和越行站,其次為規(guī)模較小的中間站,但由于山區(qū)鐵路橋、隧眾多,如何在滿足通過能力要求的前提下,選擇合理的車站規(guī)模和技術設備,也是我們站場設計的一個重要問題。

2.3 車站布置形式

在滿足運輸要求的同時,考慮近、遠期優(yōu)化車站布置形式研究各項設圖示的相互位置,提出合理的車站布置圖,可以有效的節(jié)約工程投資。

2.4 站房、工區(qū)、段所位置

車站的站房、工區(qū)、段所是車站的重要組成部分,也是運營管理人員生產(chǎn)生活的場所,直接影響鐵路運輸生產(chǎn)。所以經(jīng)濟合理選擇站房、工區(qū)、段、所位置,對于節(jié)省工程投資有著重大意義。

3 山區(qū)鐵路站場設計應遵循的原則

“以人為本、服務運輸、強本簡末、系統(tǒng)優(yōu)化、著眼發(fā)展”是鐵路建設20字方針,山區(qū)鐵路由于自然條件困難,線路中橋隧比重大,投資高,進行設計更需要堅定不移地執(zhí)行這個方針,山區(qū)鐵路站場設計時應遵守下列原則和要求。

(1)保證本線的輸送能力。山區(qū)鐵路站位的選擇、各項設備的能力應適應近、遠期客、貨運量的需求,并應具備必要的儲備能力。

(2)安全性應貫穿設計的始終。車站布置和設計技術條件應符合有關規(guī)范、規(guī)章和標準要求,把提高安全可靠性貫穿于整個設計中。

(3)設計方案應有總體性、全局性觀念。車站設計是一項系統(tǒng)工程,不僅要注意本身內部各項設備的合理布局、各專業(yè)相互配合以及與區(qū)間能力相互協(xié)調,而且要考慮照顧地方經(jīng)濟據(jù)點,滿足城市規(guī)劃、工農業(yè)布局和國防等多方面要求。

(4)注重投資效益,節(jié)省基建費用。在滿足設計期運期需求和保證安全的前提下,盡可能節(jié)省工程費用、少占用地。

(5)考慮持續(xù)發(fā)展的可能,布置車站各項設備時,應著眼長遠,綜合考慮近、遠期可能變化,避免廢棄工程。

4 復雜地形地質條件下的山區(qū)鐵路站場特殊設計

4.1 結合多種因素合理確定車站位置

4.1.1站位、線路方案需照顧地方經(jīng)濟據(jù)點及地方規(guī)劃

山區(qū)鐵路沿線多為我國不發(fā)達的地區(qū),拉動地方經(jīng)濟是修建鐵路的社會效益,所以鐵路車站選位應考慮照顧沿線的經(jīng)濟據(jù)點[1]。

4.1.2 結合山區(qū)橋、隧方案選擇合理站位

山區(qū)鐵路橋隧比高,從工程投資的角度看,鐵路車站一般應盡量避免設置在橋梁和隧道內[2-3],以免形成多線橋、多線隧道,大幅提高工程投資。如果無法避免,應該盡量減少站內橋隧長度。但特殊情況下,為了近、遠期工程結合,遠期不產(chǎn)生廢棄工程,可以將車站部分或全部設于橋、隧之上。

(1)結合橋梁設計選擇合理站位。大瑞線怒江車站(4條到發(fā)線)原設于怒江大橋東岸路基上、并伸入隧道內,土石方工程量約33.2×104m3,而怒江特大橋長947 m,橋高189 m,主跨采用432 m斜拉橋,投資高達7.07億元,其梁面結構寬度達到20 m以上,故將怒江車站調整到怒江特大橋上,兩端伸入隧道,既不增加橋梁工程,又節(jié)省了路基、隧道工程。大瑞線怒江車站布置見圖1。

圖1 怒江車站布置示意

(2)近、遠期工程結合,將車站布于隧道內。大瑞線北斗車站設于栗子園2號隧道之內(圖2),結合遠期復線,隧道設計為雙線。近期布設北斗車站,遠期關站后改為復線區(qū)間。雖然近期投資略有增加,但遠期不產(chǎn)生廢棄工程,是近、遠期工程結合的一個典型設計。

圖2 北斗車站布置示意

4.1.3 采取部分區(qū)間雙線的方法,調整車站位置

當車站位置受到通過能力控制,而且其所處位置橋、隧工程艱巨,或者運營條件極度惡化,經(jīng)充分技術經(jīng)濟比較論證后(區(qū)間雙線增加投資較大),可考慮采用區(qū)間雙線的方法[1]減少車站或調整車站位置到合適的地方,如圖3所示。

圖3 部分區(qū)間雙線示意

4.2 車站規(guī)模和設備

4.2.1應在滿足運輸能力的前提下,盡量減小車站規(guī)模

在滿足運輸組織的基本前提下,盡量減小規(guī)模,可以有效縮減工程投資。如大瑞線預可研設計中,會讓站按相鄰車站到發(fā)線3條/2條(含正線)的規(guī)模間隔設置[2-3],而在可行性研究中,經(jīng)充分技術經(jīng)濟論證,滿足大瑞線運輸能力的前提下,沿線15個會讓站均設置2條到發(fā)線。

4.2.2根據(jù)工程情況,靈活調整相鄰車站配線數(shù)量

山區(qū)會讓站設于高橋或長隧中,根據(jù)工程代價和工程風險,調整相鄰車站配線數(shù)量,可節(jié)省工程投資,減少工程風險。

以麗香線虎跳峽車站設計為例：車站大部分位于金沙江特大橋上,若采用3股道(含正線)方案,香格里拉端混凝土連續(xù)梁長要增加至150 m左右才能滿足車站咽喉區(qū)上橋的條件,線路高程同時相應抬高5 m左右,惡化了隧道盡早進洞避開大型巖堆的條件。車站若按2股道設計,橋面頂寬為12.0 m,與拱頂拱肋寬基本一致。若設3股道,橋面頂寬達到17.0 m,超過了保證橋梁橫向剛度所需的橋寬[4-5]。若采用3線方案,拱上梁及線路恒載增加約161.7 kN/m,恒載增幅約19.1%,活載增幅33.3%,用鋼量增加約4 031 t,造價增加約6 852萬元。而相鄰車站原設計為2股道,改為3線后增加投資約2 681萬元,合計減少投資4 171萬元,同時降低了工程風險。因此,虎跳峽車站最終按2股道(含正線)設計,與其相鄰車站按3股道設計,既節(jié)省了投資,降低了金沙江特大橋設計難度,又滿足了區(qū)間通過能力和列車會讓條件。虎跳峽車站布置如圖4所示。

圖4 虎跳峽車站布置示意

在某些情況下,可根據(jù)地方要求和當?shù)氐膶嶋H情況,增加車站設備。

以大瑞線瀾滄江會讓站(圖5)為例,設于瀾滄江特大橋上,位于瀾滄江大峽谷中,在南方絲綢之路的要沖咽喉霽虹橋上方,四周山勢雄峻,橋下水流湍急。車站在大橋上設置2座400 m×4 m×0.3 m長的旅客站臺,供旅客觀賞景色,這也突顯了鐵路 “以人為本”的設計思想。

圖5 瀾滄江站布置示意

4.3 車站形式

山區(qū)鐵路中地形陡峻,地質復雜。橋隧相連,車站的布置形式對于線路條件、運營條件、投資情況均會產(chǎn)生很大影響。

4.3.1 會讓站特殊布置形式

會讓站所處的位置通常橋隧工程較大,會讓站可以采用特殊線間距、單側到發(fā)線布置和縱列、錯開形式來優(yōu)化車站設計,達到節(jié)約工程投資、優(yōu)化運營條件的目的。

(1)采用特殊線間距

特殊線間距可采用小間距,大間距、變化間距的形式

①到發(fā)線間距小于5.0 m。大瑞線瀾滄江車站設于瀾滄江特大橋上,大理端伸入江頂寺隧道,出站端伸入大柱山隧道內。設到發(fā)線2條,線間距采用4.4 m[1]。這樣設計既減少瀾滄江特大橋梁面寬度,而且車站兩端雙線隧道部分約700 m(含預留復線部分),其斷面面積較雙線5.0 m間距隧道減少11 m2。

②到發(fā)線采用大間距,分修站內橋、隧。以大瑞線太平車站為例,車站兩端伸入秀嶺隧道和阿克路隧道,車站中部設順濞河大橋(145 m),車站到發(fā)線間距30 m,到發(fā)線結合二線位置和隧道平導位置布設,詳見圖6。雖然此布置近期投資并非最小,但其優(yōu)點很明顯：近、遠期工程結合好,遠期二線線形好,且隧道施工難度小[6]。

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圖6 太平站布置示意

③采用漸變的線間距。大瑞線初一鋪車站采用此種設計,車站大理端設于大坡嶺隧道內,到發(fā)線30 m間距,瑞麗端到發(fā)線5 m間距,車站到發(fā)線利用車站內曲線變化間距,雙線引入后利用站內隧道和雙線橋。曲線車站設計時考慮遠期不產(chǎn)生廢棄工程,經(jīng)技術經(jīng)濟論證后,可采用此設計形式。如圖7所示。

圖7 初一鋪車站布置示意

(2)采用單側式到發(fā)線布置

以大瑞線大理西車站為例說明此種布置形式。本站遠景復線時大理端接入大理客—大理西客車雙線和大理東—大理西的貨車外繞雙線,瑞麗端雙線引出；近期單線設到發(fā)線2條,均設于正線右側,路基擋護工程較多[7-8]；遠期復線時于正線右側增設到發(fā)線1條(間距8.0 m)。本站進站端受沙壩隧道控制,出站端伸入冒風園1號隧道；站內設大理西正線大橋,如圖8所示。這種特殊設計形式遠期預留到發(fā)線為橋梁工程,待運量增長后再實施。這樣使近、遠期工程良好結合,充分節(jié)約了近期工程投資,又不致產(chǎn)生廢棄工程。

圖8 大理西站布置示意

(3)采用縱列布置或錯開布置

山區(qū)車站,橋隧相連,常規(guī)布置造成隧道工程巨大,可以考慮采用到發(fā)線錯開布置、縱列布置。

大瑞線怒江站：位于怒江峽谷上怒江特大橋上,車站橋隧相連,平面布置控制因素是大橋兩端隧道只能滿足三線斷面開挖。設計采用了錯開布置,同時采用無人值守,車站布置如圖9所示。

圖9 怒江站到發(fā)線縱列式布置示意

4.3.2 中間站特殊布置形式

采用分線束布置到發(fā)線形式。以大瑞線龍陵站為例：車站位于高黎貢山特長隧道出口峽谷地段,橋隧相連。車站設于R=1 600 m曲線上,設到發(fā)線4條(含正線),并預留到發(fā)線1條,由于隧道工程只能三線開挖。瑞麗端咽喉設計采用錯開、增大線間距布置,隧道內到發(fā)線采用兩線、三線分束布置,既滿足隧道工程需要,又同時避免了到發(fā)線有效長過長和安全線設在隧道內的弊端。保證了工程技術可行,投資經(jīng)濟合理。大瑞線龍陵站站場平面布置見圖10。

圖10 大瑞線龍陵站布置示意

4.4 站房及段、所場坪位置的設置方案

車站的站房、段、所集中了大量的鐵路技術設備[9],其位置的優(yōu)劣直接關系到運營生產(chǎn)的條件,而且對工程投資也有著不同程度的影響。下面介紹一些山區(qū)困難條件下選擇站房及段、所場坪的方案。

4.4.1 就近尋找地形平坦、地質良好的位置

山區(qū)會讓站通常無旅客乘降作業(yè),橋隧相連的車站或地形困難的車站可在附近尋找地形平坦,地質良好的地塊設置車站站房場坪。大瑞線太平車站全站位于橋隧上(大理端在秀嶺隧道內,瑞麗端在阿克路隧道內,車站中部位于順濞河大橋之上)。車站站房選擇在2道左側略為平緩的地塊上,通站道路從橋、隧的施工便道引入,該設計既保證了運營的需要,又節(jié)省了工程投資。

4.4.2 結合隧道輔助坑道位置

當車站部分或全部位于隧道內,可將站房場坪設于隧道的平導、豎井、斜井附近。大麗線諸葛城會讓站,兩端位于隧道內,兩隧間為“一線天”,橋隧相連。設計采用無人值守,隧道橫洞外設運轉室(設備間),大麗線諸葛城會讓站平面布置見圖11。

圖11 諸葛城會讓站平面布置示意

4.4.3 結合臨時施工場地位置

隧道進出口、輔助坑道口以及橋梁墩臺施工時會臨時開辟出施工場地,擺放施工房屋,設備及攪拌站等,在條件允許情況下,可考慮永臨結合的方案布置站房場坪,設于施工場地之上,如大瑞線北斗車站(圖2)就是一個很好的例子,全站設于栗子園2號隧道內,站房與臨時施工場坪相結合,設于栗子園2號隧道出口橫洞側的施工場坪,該處開辟為施工場地后,場坪條件良好。

4.5 以總體性、全局性視點,優(yōu)化車站設計,節(jié)約工程投資

站場設計是一個綜合站前、站后專業(yè)的系統(tǒng)工程,尤其是山區(qū)鐵路車站,地質復雜,工程艱巨,更需要站在總體的角度考慮區(qū)間、車站橋隧多種因素,多個專業(yè)。

圖12是大瑞線漾濞車站綜合考慮利用區(qū)間隧道棄砟、優(yōu)化站內橋梁、路基的設計實例。

圖12 漾濞車站平面布置示意(單位：m)

漾濞車站為大瑞線縣城中間站,設于大理州漾濞縣城南側約1 km處,與漾濞縣城隔漾濞江相望。車站大理端受尖山嶺隧道控制,瑞麗端受秀嶺隧道控制,車站設于漾濞江特大橋上,本站為辦理客、貨運作業(yè)的中間站,采用橫列式布置,設到發(fā)線4條(含正線),基本站臺和中間站臺各1座(均設置站臺橋),設貨物線1條。站房位于正線右漾濞縣城一側。

優(yōu)化設計將漾濞江四線特大橋由原4(33-32 m)縮短為4(25-32 m),兩座站臺橋由原設計的17-32 m縮短為9-32 m,D1K34+435.5～D1K34+696.05段改為路基,站房維持線下式，高程抬高至1 533.2 m,漾濞江四線特大橋及2座站臺橋均縮短約260.35 m。

這樣設計的優(yōu)點顯而易見：首先是縮短了橋梁的長度；其次由于車站兩端都與隧道相連,增加的路基填方可用于消耗隧道棄砟。經(jīng)估算,優(yōu)化設計節(jié)省投資約1 514萬元。雖然鐵路新征用地略有增加,但大幅減少了隧道棄砟占用的臨時征地。

5 結論

山區(qū)鐵路站場設計中,車站場坪及站房設計必須充分考慮特殊地形地質情況的影響,車站設計應結合橋梁、隧道、路基方案進行綜合考慮和優(yōu)化,以盡量降低在特殊地形地質條件下設車站的工程造價和工程風險,節(jié)約鐵路用地,提高車站設備能力利用率及線路運輸能力。同時復雜山區(qū)鐵路站場設計還應考慮車站遠期擴能改造的需要,對難以分期實施的工程,應近遠結合,以免遠期工程無法實施或產(chǎn)生廢棄工程。

[1] 中華人民共和國鐵道部.GB50090—2006 鐵路線路設計規(guī)范[S].北京：中國計劃出版社,2006.

[2] 中華人民共和國鐵道部.GB50091—2006 鐵路車站及樞紐設計規(guī)范[S]. 北京：中國計劃出版社,2006.

[3] 鐵道第四勘察設計院.站場及樞紐[M].北京:中國鐵道出版社,2004.

[4] 中華人民共和國鐵道部.TB10002.1—2005 鐵路橋涵設計基本規(guī)范[S].北京：中國鐵道出版社,2005.

[5] 中華人民共和國鐵道部.TB10082—2005 鐵路軌道設計規(guī)范[S].北京：中國鐵道出版社,2005.

[6] 中華人民共和國鐵道部.TB10003—2005 鐵路隧道設計規(guī)范[S].北京：中國鐵道出版社,2005．

[7] 中華人民共和國鐵道部.TB10001—2005 鐵路路基設計規(guī)范[S].北京：中國鐵道出版社,2005．

[8] 中華人民共和國鐵道部.TB10035—2006 鐵路特殊路基設計規(guī)范[S].北京：中國鐵道出版社,2006.

[9] 中華人民共和國鐵道部.TB10083—2005 鐵路旅客車站無障礙設計規(guī)范[S].北京：中國鐵道出版社,2005.