劉衛(wèi)仁，張曉峰

（新疆鐵道勘察設(shè)計(jì)院有限公司 線路運(yùn)輸分處，新疆 烏魯木齊 830011）

鐵路選線是鐵路建設(shè)的基礎(chǔ)工作，也是一項(xiàng)涉及面較廣的綜合性工作。為了保證選線和勘測(cè)設(shè)計(jì)質(zhì)量，降低工程造價(jià)，必須綜合考慮各種因素，多方案進(jìn)行比選。因此，通過精 ( 河 ) 伊 ( 犁 )鐵路勘測(cè)設(shè)計(jì)的實(shí)踐，探討山區(qū)線路設(shè)計(jì)中的相關(guān)問題。

1 山區(qū)鐵路選線原則

選線工作是鐵路設(shè)計(jì)工作的核心，一般的選線原則是從面、片到線，按照不同階段和深度將線路的各個(gè)單項(xiàng)工程進(jìn)行綜合優(yōu)化，選出技術(shù)可靠、經(jīng)濟(jì)合理及運(yùn)營(yíng)效率高的線路。選線工作主要包括線路走向選擇、接軌方案選擇、站場(chǎng)分布原則，以及不同地形、地質(zhì)條件下的線路選擇。山區(qū)鐵路選線應(yīng)結(jié)合經(jīng)由點(diǎn)之間的地形、地貌、地質(zhì)、水系、埡口及控制線路走向諸因素全面規(guī)劃，經(jīng)過多方案技術(shù)經(jīng)濟(jì)比選而得[1]。

以精伊鐵路越嶺段線路方案為例，精河—伊犁段北天山橫亙其間，是阻礙天山南北交通的天然屏障，也是精伊鐵路選線的最大障礙。由于越嶺地段地形、地質(zhì)、水文條件十分復(fù)雜，通過對(duì)多種線路越嶺埡口方案進(jìn)行研究和比選，在預(yù)可審查確定的博爾博松越嶺埡口方案基礎(chǔ)上，結(jié)合地形、地貌與地質(zhì)特點(diǎn)，按限制坡度為 20‰ 電力牽引進(jìn)行不同越嶺位置和高程的方案選擇。在測(cè)區(qū)內(nèi)，運(yùn)用航測(cè)遙感、GPS 定位技術(shù)及綜合勘探手段分別對(duì)多個(gè)越嶺主隧道方案進(jìn)行野外勘察和紙上定線，主要對(duì)越嶺主隧道長(zhǎng)度 9.89 km ( CⅠK )、11.495 km ( CⅡK )、13.573 km ( CK ) 3 個(gè)方案進(jìn)行研究。①?gòu)牡刭|(zhì)構(gòu)造條件分析。CⅡK 方案主隧道多穿越 1 條 f17 斷層，隧道進(jìn)出口存在淺埋地段；隧道洞身基本與庫(kù)爾薩依溝平行，溝內(nèi)巖石破碎，節(jié)理、裂隙發(fā)育；該段地下水比較豐富，施工時(shí)易產(chǎn)生坍塌或突水災(zāi)害。此外，CⅡK 方案的蒙馬拉爾二號(hào)隧道出口位于巖堆上，巖堆厚 5～20 m。CK 方案主隧道穿過斷層與 CⅠK 相同，但是線路遠(yuǎn)離斷層破碎帶影響范圍，優(yōu) 于CⅡK 方案。雖然 CⅠK ( 9.89 km ) 隧道長(zhǎng)度略優(yōu)于CK ( 13.573 km ) 和 CⅡK ( 11.495 km ) 方案，但是從長(zhǎng)隧道地質(zhì)和水文條件進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)分析，CK 方案優(yōu)于 CⅠK、CⅡK 方案。②從線路技術(shù)條件分析。CK 方案越嶺主隧道出口高程比 CⅡK 低128 m，比 CⅠK 低 229 m。該方案線路短、順直，平、縱斷面條件最好，線路長(zhǎng)度比 CⅡK 短 4.362 km，比 CⅠK 短 8.358 km，運(yùn)營(yíng)養(yǎng)護(hù)成本低，年運(yùn)營(yíng)費(fèi)最省。CK 方案還基本解決了蘇布臺(tái)雙回頭曲線迂回展線的問題，減少雪害影響地段，較好利用了蘇布臺(tái)以南山前臺(tái)地的有利地形[2]。

綜上所述，精伊鐵路越嶺段線路方案的理想方案為 CK 方案。該方案的選線表明，山區(qū)鐵路選線時(shí)必須全面規(guī)劃、逐步接近。

2 山區(qū)鐵路地質(zhì)選線

地質(zhì)是鐵路工程的基礎(chǔ)，尤其是地質(zhì)復(fù)雜的山區(qū)鐵路，加強(qiáng)各階段的地質(zhì)工作是山區(qū)鐵路選線的關(guān)鍵。重視地質(zhì)工作、摸清地質(zhì)條件、采取可靠的工程措施將事半功倍。

精伊鐵路在方案研究報(bào)告與初測(cè)間邀請(qǐng)地質(zhì)專家、學(xué)者采用綜合勘探手段，重點(diǎn)查清越嶺地區(qū)的區(qū)域工程地質(zhì)和水文地質(zhì)，為越嶺方案選擇提供可靠的地質(zhì)資料。隨著精伊鐵路地質(zhì)選線工作的深入，設(shè)計(jì)人員對(duì)沿線區(qū)域地質(zhì)的認(rèn)識(shí)也日益加深，在無法繞避的不良地質(zhì)地段采取周密的工程措施對(duì)線路方案進(jìn)行先期處理，避免隱患。例如，精伊鐵路蘇布臺(tái)—尼勒克段線路位于天山山脈山前黃土臺(tái)地，不僅地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜，不良地質(zhì)如滑坡、錯(cuò)落、泥石流、巖崩、雪害等也較多，其中克茲克闊茲滑坡屬于特大型深層滑坡，布滿整個(gè)肯薩依溝的右岸，2003 年初測(cè)時(shí)，地質(zhì)人員結(jié)合線路走向，在小比例圖上進(jìn)行大面積 ( 40 km2) 區(qū)域地質(zhì)調(diào)查，查清構(gòu)造及地層分布情況，并在大比例航測(cè)圖上確認(rèn)，查明各類不良地質(zhì)的位置、分類、大小，對(duì)影響選線的重點(diǎn)不良地質(zhì)進(jìn)行詳細(xì)調(diào)查及勘探，較好地掌握了該地區(qū)的地質(zhì)資料，最終形成定測(cè)方案。實(shí)例表明，地質(zhì)選線對(duì)線路方案穩(wěn)定實(shí)施影響重大，鐵路選線必須重視和加強(qiáng)地質(zhì)工作，并在不同地質(zhì)勘探階段，解決不同規(guī)模、不同深度的問題。

3 山區(qū)鐵路牽引種類

我國(guó)鐵路牽引動(dòng)力目前為電力、內(nèi)燃及蒸汽3 種并存，以內(nèi)燃牽引為主。電力機(jī)車與蒸汽、內(nèi)燃機(jī)車相比具有牽引性能好、熱效率高、速度快、污染小、成本低等優(yōu)點(diǎn)，特別是在山區(qū)長(zhǎng)大坡道和多隧道線路上，電力牽引的優(yōu)越性更為顯著。對(duì)于新建山區(qū)線路，由于地形地質(zhì)十分復(fù)雜，縱坡大，橋隧多，設(shè)站困難，采用電力牽引可以有效解決運(yùn)能與造價(jià)的矛盾，達(dá)到低成本、低造價(jià)、高運(yùn)能的目的。為適應(yīng)運(yùn)量增長(zhǎng)的需要，合理利用和節(jié)約能源，提高社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益，通過對(duì)各種牽引方式的技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較，明確我國(guó)大力發(fā)展電力牽引、合理發(fā)展內(nèi)燃牽引的牽引動(dòng)力現(xiàn)代化方向。

精伊鐵路全長(zhǎng) 210 km，設(shè)計(jì)限制坡度為20‰，跨越天山，地形、地質(zhì)條件十分復(fù)雜，并且橋高隧道長(zhǎng)。①采用電力牽引方案時(shí)，線路長(zhǎng)度為 210.80 km，大中橋?yàn)?18 090 m/72 座，隧道為 52 942 m/28 座( 其中越嶺主隧道長(zhǎng) 13.573 km )，路基土石方為1 432.6 萬m3，砌體為 63.634 m3，靜態(tài)投資為 51.742億元。②采用內(nèi)燃牽引方案時(shí)，線路長(zhǎng)度為247.88 km，路基土石方為 1 391.654 萬m3，砌體為 117.653 m3，大中橋?yàn)?23 887 m/98 座，隧道為66 475 m/48 座 ( 其中越嶺主隧道長(zhǎng)為 6.88 km )，靜態(tài)投資為 55.706 億元。電力牽引與內(nèi)燃牽引方案相比，電力牽引方案具有線路短直、投資較省的明顯優(yōu)勢(shì)，內(nèi)燃牽引方案雖然可以節(jié)省外部電源和電化投資，但是近期需要全部開站，并且增加越嶺長(zhǎng)隧道通風(fēng)運(yùn)營(yíng)設(shè)備等費(fèi)用[3]。

綜上所述，電力機(jī)車與內(nèi)燃機(jī)車相比，具有牽引力大、起動(dòng)加速快、制動(dòng)性能好，計(jì)算速度高、輸送能力大、運(yùn)輸成本低等優(yōu)點(diǎn)，因而在長(zhǎng)大坡道及長(zhǎng)隧道、高海拔山區(qū)鐵路一般優(yōu)先選用電力機(jī)車。

4 山區(qū)鐵路最小曲線半徑的選擇

鐵路旅客列車行車速度與最小曲線半徑應(yīng)根據(jù)鐵路等級(jí)，結(jié)合地形、地貌、地質(zhì)等條件比選確定[4]。鐵路的速度目標(biāo)值是行車的核心技術(shù)指標(biāo)，也是鐵路設(shè)計(jì)的決定性參數(shù)。影響旅客列車最高設(shè)計(jì)行車速度的最基本要素是曲線半徑，而不同曲線半徑的選擇直接影響著工程投資。根據(jù)現(xiàn)行規(guī)范及有關(guān)規(guī)定，與不同速度相匹配的曲線半徑如表 1 所示。

4.1 影響因素分析

表1 與設(shè)計(jì)速度相匹配的最小曲線半徑

選擇最小曲線半徑首先應(yīng)滿足各級(jí)鐵路規(guī)定的旅客列車最高行車速度的要求，按旅客列車通過曲線的最大允許速度計(jì)算公式進(jìn)行計(jì)算。《 鐵路線路設(shè)計(jì)規(guī)范 》規(guī)定的最小曲線半徑一般能夠滿足上述條件下行車速度的要求；在地形困難地段如果采用小半徑曲線，比較容易順應(yīng)地形，減少路基土石方、橋隧和擋護(hù)工程，節(jié)省工程費(fèi)用；而如果過多采用小半徑曲線，會(huì)增加曲線數(shù)目，使總的轉(zhuǎn)向角增大，線路延長(zhǎng)，增加工程費(fèi)。

4.2 最小曲線半徑選擇

新建鐵路行經(jīng)地區(qū)按困難程度可以分為一般、困難及特殊困難地段。線路的最小曲線半徑應(yīng)結(jié)合地形分地段選擇，因地制宜地采用不同標(biāo)準(zhǔn)以提高行車速度，取得較好的經(jīng)濟(jì)效果[5-6]。例如，精伊鐵路一般地段最小曲線半徑為 1 600 m， 分為精河—敖包 40.5 km、敖包—塔爾 132.85 km、塔爾—霍爾果斯 141.65 km 3 段。困難地段的最小曲線半徑采用 1 200 m，敖包—塔爾特殊困難地段最小曲線半徑采用 800 m。由于線路在困難地段坡度較陡，行車速度受機(jī)車牽引力和制動(dòng)條件限制，而較少受到曲線限制，為了適應(yīng)地形，減少工程，可以采用小于一般地段的最小曲線半徑標(biāo)準(zhǔn)，但是一般應(yīng)與下坡限制速度相適應(yīng)。當(dāng)線路位于地形困難地段而縱斷面為自由坡度時(shí)，不宜使用列車限制速度通過的小半徑。

5 山區(qū)鐵路最大限制坡度的選擇

線路的限制坡度應(yīng)根據(jù)鐵路等級(jí)、地形條件、牽引種類和運(yùn)輸要求進(jìn)行比選確定，同時(shí)考慮與鄰線的牽引定數(shù)相協(xié)調(diào)[7]。最大坡度是影響全局的主要技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，不僅對(duì)線路走向、線路長(zhǎng)度、車站分布有較大影響，而且直接影響牽引質(zhì)量、運(yùn)輸能力、行車安全、工程投資和運(yùn)營(yíng)指標(biāo)。在一定的限制坡度下，車站分布和運(yùn)輸能力可以通過牽引動(dòng)力進(jìn)行調(diào)整，最大坡度的選擇應(yīng)結(jié)合牽引質(zhì)量、行車速度及行車密度綜合確定，并且保證在行車安全的前提下，盡量與自然地形相適宜，以縮短線路長(zhǎng)度，減少工程投資。

選擇限制坡度應(yīng)綜合考慮坡度與地形、運(yùn)量與牽引動(dòng)力等的關(guān)系，合理確定牽引質(zhì)量和行車速度，以降低行車密度、減少車站設(shè)置和開站數(shù)目，通過綜合選擇取得最佳經(jīng)濟(jì)效果。在高程障礙比較集中的越嶺展線地段，采用加力牽引坡度可以縮短線路，大量減少工程，節(jié)省投資。例如，精伊鐵路翻越天山采用 20‰ 限制坡度，取得了較好的技術(shù)經(jīng)濟(jì)效果。當(dāng)輕重車方向貨流量顯著不平衡并且長(zhǎng)期穩(wěn)定時(shí)，可以考慮分方向選擇最大限制坡度。

6 結(jié)束語

通過精伊鐵路勘測(cè)設(shè)計(jì)的實(shí)踐，從山區(qū)鐵路選線原則、地質(zhì)選線、牽引種類、最小曲線半徑的選擇及最大限制坡度的選擇等方面對(duì)山區(qū)鐵路選線方法進(jìn)行分析，提出山區(qū)鐵路選線時(shí)必須全面規(guī)劃、逐步接近；重視地質(zhì)選線；優(yōu)先選用電力機(jī)車；根據(jù)地形合理選擇最小曲線半徑；綜合考慮選擇最大限制坡度等建議，為相關(guān)山區(qū)鐵路選線提供一定借鑒作用。

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

[2] 鐵道第一勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司. 新建鐵路精伊線預(yù)可行性研究總說明[R]. 蘭州：鐵道第一勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司，2002.

[3] 鐵道第一勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司. 新建鐵路精伊線可行性研究總說明[R]. 蘭州：鐵道第一勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司，2003.

[4] 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.

[5] 中華人民共和國(guó)鐵道部. TB10082-2005 鐵路軌道設(shè)計(jì)規(guī)范[S]. 北京：中國(guó)鐵道出版社，2005.

[6] 中華人民共和國(guó)鐵道部. TB10003-2005 鐵路隧道設(shè)計(jì)規(guī)范[S]. 北京：中國(guó)鐵道出版社，2005.

[7] 魏永宏. 提高列車平均總重的措施探討[J]. 鐵道運(yùn)輸與經(jīng)濟(jì)，2011，33(10)：17-19.