梁 春

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

承隆鐵路改建方案研究

梁 春

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

承隆鐵路部分線路因雙峰寺水庫(kù)的建設(shè)需要改建。改建內(nèi)容分為線路改線和既有線路基改造。線路改線段方案結(jié)合鐵路運(yùn)營(yíng)條件、礦區(qū)影響、施工工期、工程投資等方面進(jìn)行了綜合比選；路基改造段結(jié)合庫(kù)區(qū)浸水路基情況，分析了既有路基病害、運(yùn)營(yíng)安全、養(yǎng)護(hù)維修、工程投資等影響因素，推薦了安全可靠、綜合效益佳、可實(shí)施性強(qiáng)的合理方案。

承隆鐵路；改線；路基改造；方案研究

1 概述

承隆鐵路位于河北省東北部,南起于京承線承德站,自承德站西端出岔,沿武烈河?xùn)|岸北上,經(jīng)雙峰寺、高寺臺(tái)、韓麻營(yíng),北訖于京通線隆化站,呈東南-西北向溝通京承、錦承及京通鐵路,為3條鐵路干線的聯(lián)絡(luò)線。

雙峰寺水庫(kù)是擬建的一座大(Ⅱ)型水庫(kù),位于灤河一級(jí)支流武烈河干流上,地處承德市區(qū)上游12 km。雙峰寺水庫(kù)可以從根本上解決武烈河流域及承德市區(qū)的防洪問(wèn)題,是解決承德市區(qū)用水的最佳供水方式,是改善和保護(hù)城市生態(tài)環(huán)境的需要,并且能拉動(dòng)旅游和全市經(jīng)濟(jì)發(fā)展。雙峰寺水庫(kù)的建設(shè)將淹沒(méi)承隆鐵路雙峰寺站(不含)至高寺臺(tái)站(不含)區(qū)間部分線路,為保證既有鐵路運(yùn)營(yíng)需求及水庫(kù)建設(shè)的順利實(shí)施,該段鐵路線路需要進(jìn)行改建。

2 自然特征

2.1 地形地貌

承德地區(qū)處于內(nèi)蒙古高原向華北平原的過(guò)渡帶,為燕山北麓低山河谷地貌。溝谷間山體渾厚峰巒迭起,峰頂高程一般600.0～900.0 m,少數(shù)超過(guò)1 000.0 m。流域內(nèi)總體地勢(shì)北高南低,自小廟子壩址向上游20 km范圍內(nèi)由北向南溝谷地表高程從450.0 m降至365.0 m。河流兩岸不對(duì)稱,斷續(xù)分布由含卵(碎)石黃土狀土構(gòu)成的二級(jí)階地,前緣多較陡峭,一般高出河漫灘15～20 m,局部呈緩坡狀；基巖裸露岸多山勢(shì)陡峭。擬改建線路附近最大相對(duì)高差大于200 m。

2.2 工程地質(zhì)及水文地質(zhì)

2.2.1 地層巖性

線路沿線出露第四系全新統(tǒng)沖洪積地層及太古界單塔子組地層。

第四系全新統(tǒng)(Q):分布范圍較廣,厚度變化大,成因類型復(fù)雜。主要分布于基巖表層及武烈河二級(jí)階地。

太古界單塔子群(Arb):以黑云斜長(zhǎng)片麻巖、黑云二長(zhǎng)片麻巖為主,中粗粒結(jié)構(gòu),片麻狀構(gòu)造,主要礦物成分為石英、長(zhǎng)石、云母和角閃石等。大部分出露于低山區(qū)。

2.2.2 水文地質(zhì)

本地區(qū)地下水分為三種類型:第四系孔隙潛水、基巖裂隙水及構(gòu)造裂隙水。

(1)第四系松散巖類孔隙水:主要受武烈河上游滲流、河水以及側(cè)向基巖裂隙水補(bǔ)給,河谷區(qū)埋深一般2.0～5.0 m。

(2)基巖裂隙水:主要受大氣降雨補(bǔ)給。本區(qū)基巖巖性及接觸關(guān)系復(fù)雜,裂隙發(fā)育不均,富水性差別較大。

(3)構(gòu)造裂隙水:在基巖構(gòu)造發(fā)育部位賦存,主要受大氣降水影響,主要分布在斷層及節(jié)理裂隙發(fā)育的破碎帶等部位,富水性較差。

3 方案研究

3.1 線路改線段方案研究

3.1.1 控制因素

(1)雙峰寺水庫(kù)

承隆鐵路雙峰寺站至高寺臺(tái)站區(qū)間線路基本沿武烈河西岸走行,受擬建雙峰寺水庫(kù)庫(kù)區(qū)范圍及設(shè)計(jì)淹沒(méi)線影響,部分線路處于淹沒(méi)區(qū),需將線路改移或抬高線路路基設(shè)計(jì)高程。

(2)區(qū)域地形地貌

改線段所經(jīng)區(qū)域?yàn)榈蜕胶庸鹊孛?地形起伏較大,地勢(shì)由西北向東南階梯下降。線路在該區(qū)域通過(guò)會(huì)產(chǎn)生橋梁或隧道工程,橋梁或隧道的位置、長(zhǎng)度的選擇是改線段選線的重點(diǎn)。

(3)礦區(qū)

該區(qū)域內(nèi)影響線路選線的礦區(qū)主要有2處,分別為承德世廣鐵礦和承德雙龍冶金有限公司程前鐵礦。

3.1.2 方案說(shuō)明

結(jié)合雙峰寺水庫(kù)淹沒(méi)區(qū)范圍、沿線地形、地貌及周邊礦區(qū)的分布,主要研究了4種線路方案。改線段線路方案示意見圖1。

圖1 改線段線路方案示意

短隧道方案(方案I):線路自雙峰寺站北端引出后,為盡量爭(zhēng)取高程采用局部展線,分別以2.906 km、2.21 km兩座隧道穿過(guò)小碾子溝、歪脖溝,經(jīng)頭道窩鋪、二道窩鋪,出洞后接入既有線至改建終點(diǎn),線路總長(zhǎng)為6.437 km。

長(zhǎng)隧道方案(方案Ⅱ):線路自雙峰寺站北端引出后,以5.185 km長(zhǎng)隧道穿越山體經(jīng)二道窩鋪至改建終點(diǎn),線路總長(zhǎng)為6.264 km。

短隧道展線方案(方案Ⅲ):線路自雙峰寺站北端引出后,為保證鐵路在小碾子溝處的設(shè)計(jì)高程不低于設(shè)計(jì)洪水位的392.82 m,采用大范圍展線,分別以3.7、2.21 km兩座隧道經(jīng)承德世廣鐵礦東側(cè)、頭道窩鋪、二道窩鋪至改建終點(diǎn),線位距礦區(qū)東邊界約80 m,線路總長(zhǎng)為7.164 km。

取直方案(方案Ⅳ):線路自雙峰寺站北端引出后,盡量取直以減少改線長(zhǎng)度,分別以2.724、2.21 km兩座隧道,穿過(guò)小碾子溝、歪脖溝,經(jīng)頭道窩鋪、二道窩鋪至改建終點(diǎn),線路總長(zhǎng)為6.164 km。

在上述各方案中,其中方案Ⅳ雖然線路長(zhǎng)度最短,工程規(guī)模最小,但其于小碾子溝處的軌面設(shè)計(jì)高程為383.26 m,較庫(kù)區(qū)設(shè)計(jì)洪水淹沒(méi)線低9.56 m,并且距離水庫(kù)淹沒(méi)線僅為255 m,考慮到水庫(kù)建成以后水壓較大,現(xiàn)狀自然山體較古老,存在隧道滲水、透水的可能性,進(jìn)而會(huì)對(duì)鐵路的運(yùn)營(yíng)形成較大的安全隱患,經(jīng)分析,對(duì)該方案予以放棄。重點(diǎn)對(duì)其他幾個(gè)方案進(jìn)行比較。

各方案主要工程數(shù)量比較見表1。

表1 改線段方案比較

3.1.3 方案綜合分析與推薦意見

從鐵路運(yùn)營(yíng)看,本線設(shè)計(jì)為內(nèi)燃、預(yù)留電化條件,隧道應(yīng)盡量短直,以利于隧道的通風(fēng)、減少照明等設(shè)備的投入并改善線路的運(yùn)營(yíng)與維修養(yǎng)護(hù)條件。從此方面看,方案I與方案Ⅲ分設(shè)2座隧道,方案Ⅱ采用一座5.185 km的長(zhǎng)隧道,方案I最好,方案Ⅲ次之,方案Ⅱ最差。

從與礦區(qū)關(guān)系看,方案I與方案Ⅱ距離承德世廣鐵礦東邊界均較遠(yuǎn),而方案Ⅲ距礦區(qū)東邊界較近僅為80 m,在施工過(guò)程中需加強(qiáng)結(jié)構(gòu)工程的防護(hù),以減小與礦區(qū)間的相互影響,外部條件相對(duì)較差。從此方面看,方案I最好,方案Ⅱ次之,方案Ⅲ最差。并且,《承德市人民政府關(guān)于對(duì)雙峰寺水庫(kù)上游工礦企業(yè)進(jìn)行綜合治理的承諾函》(承市政字［2010]104號(hào))中承諾:將承德雙龍冶金有限公司程前鐵礦一、二廠及其尾礦庫(kù)整體遷出,對(duì)庫(kù)區(qū)周邊其他尾礦庫(kù)進(jìn)行加固、防滲處理,提高尾礦壩安全標(biāo)準(zhǔn),保證不垮壩,污水、廢水不外排,建設(shè)截污工程和礦山廢水事故池,降低礦山對(duì)水庫(kù)水質(zhì)污染的風(fēng)險(xiǎn)等。根據(jù)承德市人民政府的承諾函,庫(kù)區(qū)周邊礦區(qū)對(duì)鐵路施工、運(yùn)營(yíng)安全的不利影響將會(huì)極大減少或消除。

從工程投資看,方案I線路總長(zhǎng)較短,2座隧道長(zhǎng)度均適中,施工工期也相對(duì)較短,線路位于小碾子溝處的軌面高程較設(shè)計(jì)洪水位低3.25 m,應(yīng)局部加強(qiáng)隧道結(jié)構(gòu)的防水設(shè)計(jì),該方案工程總投資最小；方案Ⅱ線路位于小碾子溝處的軌面高程較設(shè)計(jì)洪水位低4.63 m,歪脖溝段埋深較淺,也應(yīng)局部加強(qiáng)隧道結(jié)構(gòu)的防水設(shè)計(jì),雖然線路總長(zhǎng)最短,但其5.185 km的長(zhǎng)隧道單體結(jié)構(gòu)工程投資較大,而且施工工期也最長(zhǎng)；方案Ⅲ為了使線路的設(shè)計(jì)高程不低于設(shè)計(jì)洪水位,導(dǎo)致線路展長(zhǎng),不但隧道總長(zhǎng)和工程投資增加,而且線形較差,惡化了鐵路的運(yùn)營(yíng)條件,另外,該方案距礦區(qū)僅為80 m,實(shí)施過(guò)程中可能會(huì)發(fā)生加強(qiáng)工程防護(hù)及礦區(qū)賠償?shù)荣M(fèi)用。方案I較方案Ⅱ線路總長(zhǎng)多0.173 km,較方案Ⅲ線路總長(zhǎng)少0.727 km；方案I橋隧總長(zhǎng)分別較方案Ⅱ、Ⅲ短0.069 km、0.794 km,工程投資分別少1 029.83萬(wàn)元、2 320.28萬(wàn)元。

綜合以上分析,為優(yōu)化鐵路運(yùn)營(yíng)條件、減少與礦區(qū)相互影響、縮短施工工期、節(jié)省工程投資,推薦短隧道方案(方案I)。

3.2 既有線路基改造段方案研究

西黃土坎村淹沒(méi)區(qū)內(nèi),既有線K20+560～K21+ 450段軌面高程低于設(shè)計(jì)洪水位,在進(jìn)行路基改造的同時(shí)需進(jìn)行抬道,其余地段既有軌面高程均高于設(shè)計(jì)洪水位,無(wú)需抬道,只進(jìn)行路基改造。

3.2.1 方案說(shuō)明

對(duì)位于淹沒(méi)區(qū)范圍內(nèi)的既有線進(jìn)行了挖除換填與加固補(bǔ)強(qiáng)2個(gè)方案的比選研究。

挖除換填方案:將既有線先挖除后換填滲水土,邊坡用干砌片石防護(hù)。

加固補(bǔ)強(qiáng)方案:在既有線路基邊坡設(shè)置片石混凝土擋墻進(jìn)行防護(hù)。

兩方案主要工程數(shù)量及技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較見表2。

3.2.2 方案綜合分析與推薦意見

挖除換填方案雖然增加了初期工程投資,但該方案對(duì)位于淹沒(méi)區(qū)范圍內(nèi)的鐵路路基全部挖除后再以滲水土填筑,可降低將來(lái)發(fā)生路基病害的可能性,并增強(qiáng)路基處于浸水狀態(tài)的穩(wěn)定性,進(jìn)而大大增加鐵路的運(yùn)營(yíng)安全性；加固補(bǔ)強(qiáng)方案雖然初期工程投資略少,但設(shè)置于路基邊坡的擋土墻為被動(dòng)防護(hù),沒(méi)有徹底根治翻漿冒泥、冬季凍害等路基病害,不僅增加了養(yǎng)護(hù)維修工作量,對(duì)將來(lái)運(yùn)營(yíng)行車安全也難以保證。

表2 路基改造段方案比較

綜合以上分析,雖然挖除換填方案工程投資較大,但該方案大大降低了將來(lái)產(chǎn)生沉陷、翻漿冒泥、冬季凍害等路基病害的可能性,增加了列車的運(yùn)營(yíng)安全性,也減少了線路的日常維修養(yǎng)護(hù)工作及養(yǎng)護(hù)費(fèi)用,技術(shù)優(yōu)勢(shì)較為明顯。因此推薦采用挖除換填方案。

4 結(jié)語(yǔ)

承隆鐵路改建在分析了影響方案的各類因素基礎(chǔ)上,進(jìn)行了多層次、多方案研究分析比選,選擇了安全可靠、綜合效益佳、可實(shí)施性強(qiáng)的合理方案,為類似工程的方案研究積累了經(jīng)驗(yàn)。

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Study on Reconstruction Scheme of Chengde-Longhua Railway

LIANG Rui
(China Railway Engineering Consulting Group Co.,Ltd.,Beijing 100055,China)

U218

A

10.13238/j.issn.1004-2954.2014.07.012

1004-2954(2014)07-0049-03

2013-10-21；

2013-11-28

梁 睿(1981―),男,工程師,2007年畢業(yè)于北京交通大學(xué)道路與鐵道工程專業(yè),工學(xué)碩士,E-mail:lr-20@163.com。