陳 劍

(鐵道第三勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司廣東分公司，廣東深圳 518052)

晉中南鐵路西起山西省興縣瓦塘鎮(zhèn)、東至山東省日照港，橫貫晉、豫、魯三省，全長(zhǎng)1 259.57 km;是應(yīng)國(guó)家能源建設(shè)戰(zhàn)略、山西煤炭基地有序開發(fā)要求，以重載標(biāo)準(zhǔn)修建的大能力鐵路運(yùn)輸通道。對(duì)洪洞以西鐵路選線如何既考慮山區(qū)地形的復(fù)雜性又考慮煤炭礦區(qū)的開發(fā)服務(wù)功能進(jìn)行淺析。

1 沿線自然特征

晉中南鐵路洪洞以西共穿越了三大地貌單元，分述如下。

黃土高原丘陵及低山區(qū):地勢(shì)自東向西傾斜，上覆厚層黃土，微地貌以深切沖溝為主。

呂梁山脈低中山區(qū):呂梁山脈為主干的構(gòu)造侵蝕、剝蝕基巖山區(qū)地貌，高差300～500 m。

臨汾盆地沖洪積平原區(qū)及邊緣丘陵區(qū):邊緣丘陵區(qū)是東鄰汾河河谷，西側(cè)多以斷層崖與呂梁山地相連;汾河沖洪積平原區(qū)地勢(shì)開闊平坦。

不良地質(zhì)類型:壓煤與采空、滑坡與順層、巖溶、地震液化、有害氣體等。

2 沿線煤礦分布

晉中南鐵路穿越河?xùn)|煤田、霍西煤田。其中瓦塘至臨縣段為河保偏礦區(qū);臨縣至柳林段為柳林礦區(qū);柳林至蒲縣段為石樓—隰縣礦區(qū);隰縣至洪洞北段為鄉(xiāng)寧礦區(qū)和霍西煤田霍州礦區(qū)，詳細(xì)分布見(jiàn)圖1。

圖1 晉中南鐵路宏觀線路走向示意

3 功能定位

研究年度本通道與侯月、石太、邯長(zhǎng)一起構(gòu)成山西中南部地區(qū)煤炭外運(yùn)主骨架，故晉中南鐵路的功能定位為以煤炭為主的大能力貨運(yùn)通道。

4 線路選線

線路平面位置和縱斷面高程不僅與技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)、地形、地質(zhì)、環(huán)境敏感點(diǎn)等有密切關(guān)系，還受煤炭規(guī)劃及開采現(xiàn)狀等因素影響。

與規(guī)劃煤礦的關(guān)系處理:一方面晉中南鐵路不同于礦區(qū)修建的普通運(yùn)煤專用線，安全事故的出現(xiàn)將導(dǎo)致國(guó)家能源干線的運(yùn)輸中斷，負(fù)面影響大，據(jù)國(guó)家相關(guān)政策性文件要求:“在鐵路線路兩側(cè)路堤坡腳、路塹坡頂、鐵路橋梁外側(cè)起各1 000 m范圍內(nèi)，以及在鐵路隧道上方中心線兩側(cè)各1 000 m范圍內(nèi)，禁止從事采礦、采石及爆破作業(yè)?！惫蕰x中南鐵路的修建，對(duì)鐵路線位兩側(cè)各1 000 m范圍內(nèi)將來(lái)的采礦工作有距離限制;另一方面，煤炭作為不可再生資源，鐵路設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)盡量避開采礦范圍，減少資源占?jí)骸x中南鐵路對(duì)規(guī)劃(未開采)煤礦主要采取繞避和縮減穿越礦區(qū)長(zhǎng)度的方式來(lái)處理。

與既有煤礦的關(guān)系處理:既有煤礦(采空區(qū))對(duì)鐵路建設(shè)和使用將帶來(lái)很大隱患，如導(dǎo)致路基連續(xù)下沉，突然下沉，線路偏移，曲率、縱坡改變等，鐵路設(shè)計(jì)線位必須穿越既有煤礦和采空區(qū)時(shí)需高度重視，慎重調(diào)查沿線采空情況，廢巷、煤柱、冒落沉陷及其他地質(zhì)資料，針對(duì)既有煤礦(采空區(qū))主要有繞避和處理通過(guò)方式。

4.1 繞避方案

鐵路與規(guī)劃、既有煤礦的關(guān)系處理應(yīng)首選繞避方案，繞避方式分為平面繞避和立面繞避2種。

4.1.1 平面繞避

晉中南鐵路是服務(wù)礦區(qū)運(yùn)輸?shù)闹鞲删€鐵路，即使繞避礦區(qū)，也不宜距離太遠(yuǎn)，否則不能充分發(fā)揮鐵路集運(yùn)輸能力，影響服務(wù)效果，鐵路起點(diǎn)瓦塘至興縣區(qū)間全部位于山西省興縣境內(nèi)，線路附近主要存在斜溝井田和興縣井田，兩井田煤層埋深從東向西逐漸加深，煤礦東部因埋深較淺(小于500 m)，存在較多已開采的小煤窯、采空區(qū)，開采年代久遠(yuǎn)，有關(guān)開采數(shù)據(jù)翔實(shí)收集的難度非常大，鐵路從此通過(guò)安全隱患很大，故考慮鐵路從西側(cè)埋深超過(guò)1 000 m外尚未開采的范圍通過(guò)，通過(guò)對(duì)該區(qū)域礦界范圍和地形的分析，理論上最佳位置為鐵路運(yùn)輸安全保護(hù)區(qū)邊界與礦界恰好重合處，但另考慮適應(yīng)地形、車站布置及地方政府要求等因素，通過(guò)綜合比較，本段線路采取從井田西側(cè)范圍距井田邊界1～7 km范圍區(qū)間繞避，線路走向如圖2所示。

圖2 晉中南鐵路繞避礦界線路方案示意

4.1.2 立面繞避

結(jié)合煤炭范圍、埋深及開采深度，掌握縱面煤系地層的分布，對(duì)采空區(qū)位置作出穩(wěn)定判斷，從立面分析線路下穿通過(guò)煤層及采空區(qū)的可行性，晉中南鐵路南呂梁山越嶺方案就采取立面繞避方式。

該段落位于晉中南鐵路蒲縣至洪洞段(DK297+400～DK359+834)，南呂梁山隧道和汾河特大橋是該區(qū)段的兩大重點(diǎn)工程，主要控制線路的因素為:蒲縣煤礦采空區(qū)、龍子祠泉域、洪洞姚頭采空區(qū)、汾河橋位等;就如何通過(guò)煤礦采空區(qū)、縮短越嶺隧道長(zhǎng)度、保全龍子祠泉域水系等方面開展了廣泛且深入的方案研究，有關(guān)煤礦(采空區(qū))和泉域簡(jiǎn)要介紹如下。

南呂梁山越嶺長(zhǎng)隧道段沿線煤礦采空區(qū)發(fā)育，線路自南溝至洪洞越嶺將不可避免的穿越眾多已采煤礦，其中西端最接近線路高程的蒲縣興樂(lè)煤礦煤層批采深度高程為1 040～1 130 m，探明批準(zhǔn)開采煤層儲(chǔ)量深度高程850～1 130 m。

龍子祠泉域出露位置位于臨汾市西南13 km的西山山前。泉域保護(hù)范圍屬呂梁山南段東翼的一部分，面積達(dá)2 250 km2。鐵路自蒲縣至洪洞越嶺不可避免地穿越龍子祠泉域保護(hù)范圍，穿越泉域保護(hù)范圍達(dá)20 km。根據(jù)已掌握的勘探資料計(jì)算，長(zhǎng)隧道出口端巖溶地下水位高程492 m，泉域保護(hù)范圍西側(cè)邊界處巖溶地下水位高程867 m，巖溶地下水位線平均縱坡18.2‰。

越嶺長(zhǎng)隧道穿越煤礦采空區(qū)與泉域巖溶地下含水層，同時(shí)受采空區(qū)高程與巖溶地下水位線高程雙重制約。為消除煤層范圍可能存在的采空區(qū)對(duì)長(zhǎng)隧道帶來(lái)安全隱患，為保證長(zhǎng)隧道的建設(shè)不致對(duì)泉域水系造成破壞，線路設(shè)計(jì)高程應(yīng)距離煤層底部及巖溶地下水位線均有一定的安全距離，圍繞以上控制內(nèi)容，開展不同縱坡越嶺方案研究，結(jié)合各方案投資估算，機(jī)車選型，和對(duì)泉域、采空區(qū)的工程風(fēng)險(xiǎn)分析，最終推薦采用13‰限坡不折減方案為貫通方案，縱斷面方案研究見(jiàn)圖3。

圖3 南呂梁山隧道設(shè)計(jì)縱坡與泉域及煤層、采空區(qū)關(guān)系

4.2 穿越方案

當(dāng)線路不可避免要通過(guò)礦區(qū)，或繞避礦區(qū)須增加巨大工程投資時(shí)，應(yīng)盡可能減少鐵路在礦區(qū)中間穿行長(zhǎng)度，穿行長(zhǎng)度減少，則壓煤面積相應(yīng)減少，在同樣滿足運(yùn)輸要求的前提下，節(jié)省國(guó)家資源、減少本線工程投資，取得各方利益平衡。此種方式需與地方政府、礦區(qū)業(yè)主協(xié)商，取得政府主管部門和企業(yè)對(duì)穿行礦區(qū)方案的認(rèn)可，依托鐵路線位研究或調(diào)整煤礦開采方向，巷道布置等技術(shù)指標(biāo)，將鐵路占?jí)好旱V的不利影響降到最低，晉中南鐵路在針對(duì)郭家溝煤礦就曾開展過(guò)縮減通過(guò)長(zhǎng)度和繞避方案的技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較，方案簡(jiǎn)述如下。

綜合區(qū)段內(nèi)各控制因素，郭家溝煤礦段線路方案首先應(yīng)滿足在建太中銀鐵路、既有青銀高速公路跨線要求基礎(chǔ)上進(jìn)行，盡可能削弱擬建鐵路對(duì)郭家溝煤礦優(yōu)質(zhì)煤炭資源的占?jí)河绊?，其次?yīng)結(jié)合沿線地形地質(zhì)條件合理確定線路平面位置及設(shè)計(jì)高程，縱坡設(shè)計(jì)用足坡度，使線路盡量短直，為減少線路對(duì)礦區(qū)影響而開展了取直方案、大繞礦區(qū)方案、小繞礦區(qū)方案研究，見(jiàn)圖4。各方案主要工程內(nèi)容及投資估算見(jiàn)表1。

從主要工程數(shù)量上來(lái)看，因取直方案線路長(zhǎng)度最短，故工程投資最省。

從壓煤方面來(lái)看，考慮到區(qū)段內(nèi)另有太中銀鐵路和青銀高速公路對(duì)周邊礦區(qū)形成占?jí)?，綜合統(tǒng)計(jì)后，取直方案占?jí)好禾抠Y源量最大;但對(duì)于區(qū)域內(nèi)煤炭資源占?jí)嚎偭慷裕环矫嫒≈狈桨妇€路通過(guò)礦區(qū)長(zhǎng)度最短，對(duì)煤炭資源總占?jí)毫孔钚?，另一方面取直方案自礦區(qū)中部穿過(guò)，設(shè)計(jì)線路西側(cè)仍保有大面積具備開采價(jià)值的煤炭資源，可形成有效開采空間，未對(duì)礦區(qū)形成明顯的破壞，故本段落推薦采用礦區(qū)取直方案。

圖4 郭家溝煤礦段線路方案示意

表1 郭家溝煤礦段方案主要工程內(nèi)容及工程投資對(duì)照

4.3 處理通過(guò)方式

當(dāng)線路通過(guò)已開采的淺部小煤窯、采空區(qū)上方時(shí)，依據(jù)準(zhǔn)確地質(zhì)資料可判斷煤層上覆巖性、結(jié)合開采技術(shù)條件、預(yù)留的保安煤柱情況及其他各相關(guān)參數(shù)能進(jìn)行電算預(yù)測(cè)和試算是否能采取處理通過(guò)(方式一般為充填)，其通過(guò)的適宜性評(píng)價(jià)是一綜合課題，須認(rèn)真對(duì)待，通過(guò)方案確定后，在實(shí)施前，協(xié)同政府主管部門提前對(duì)正在開采的煤礦進(jìn)行壓礦評(píng)估及關(guān)停的相關(guān)手續(xù)。但因個(gè)別小煤窯生產(chǎn)無(wú)計(jì)劃，具備盲目性，甚至是非法開采，導(dǎo)致開采資料不齊全，其地表變形規(guī)律也將不容易被掌握，故需慎重考慮處理通過(guò)的方案。

5 結(jié)論

通過(guò)上述對(duì)晉中南鐵路通過(guò)山區(qū)、礦區(qū)的線路方案描述，在山區(qū)、礦區(qū)的線路方案遵循由大到小、由面至點(diǎn)的思路，重視地形困難、服務(wù)礦區(qū)、安全施工及運(yùn)營(yíng)等方面的有機(jī)結(jié)合;應(yīng)深入收集并分析礦區(qū)、采空區(qū)范圍、埋藏深度等實(shí)際情況，充分研究平面、縱斷面繞避方案和穿越工程處理方案，多方案技術(shù)經(jīng)濟(jì)比選，才能選定工程合理、實(shí)施容易的線路走向。

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

［2］趙清為，等.鐵路工程設(shè)計(jì)技術(shù)手冊(cè)線路［M］.北京:中國(guó)鐵道出版社，1994.

［3］鐵道第三勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司.山西中南部鐵路通道預(yù)可行性研究［R］.天津:鐵道第三勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司，2009.

［4］鐵道第三勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司.山西中南部鐵路通道可行性研究［R］.天津:鐵道第三勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司，2009.

［5］鐵道第三勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司.山西中南部鐵路通道初步設(shè)計(jì)線路篇文件［R］.天津:鐵道第三勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司，2009.