邊立虎

(鐵道第三勘察設(shè)計院集團(tuán)有限公司，天津 300142)

1 概述

新建蒙西至華中地區(qū)鐵路煤運通道工程線路北起東烏鐵路浩勒報吉站，途經(jīng)內(nèi)蒙古自治區(qū)鄂爾多斯地區(qū)，陜西省榆林、延安地區(qū)，山西省運城地區(qū)，河南省三門峽、南陽地區(qū)，湖北省襄陽、荊門、荊州地區(qū)，湖南省岳陽地區(qū)，終點到達(dá)江西省吉安，線路全長1 815 km。

2 區(qū)域自然特征

沿線大的地貌單元為毛烏素沙漠、黃土高原、呂梁山脈、黃龍山—南呂梁山，臨汾盆地—峨眉臺地—運城盆地，中條山脈、靈三盆地、東秦嶺山脈。

靖邊—無定河—榆林一線以北為毛烏素沙漠，以南至宜川為黃土高原區(qū)，宜川至河津—韓城一線為黃龍山山脈、呂梁山山脈，河津至運城為臨汾盆地—峨眉臺地—運城盆地，運城至三門峽西為中條山脈及靈三盆地，三門峽西以南為東秦嶺山脈的崤山。

沿線所經(jīng)區(qū)域大部分屬黃河水系，除分布黃河及其一級支流洛河、汾河、渭河外，毛烏素沙漠區(qū)還分布少量內(nèi)陸河流和湖泊。沿線水庫主要有巴圖灣水庫、三門峽水庫。黃河及其一級支流基本常年有水，水量隨季節(jié)變化，小的河流部分為季節(jié)性河流。

3 功能定位

本項目連接蒙陜甘寧“金三角”地區(qū)與鄂湘贛等華中地區(qū)，是“北煤南運”新的國家戰(zhàn)略運輸通道，是銜接多條煤炭集疏運線路、點網(wǎng)結(jié)合、鐵水聯(lián)運的大能力、高效煤炭運輸系統(tǒng)和國家綜合交通運輸系統(tǒng)的重要組成部分。

4 鐵路選線設(shè)計

4.1 技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的確定

技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的選擇既要滿足項目功能定位需求，又要受到沿線地形、地質(zhì)條件制約，技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的選擇影響到鐵路的服務(wù)水平，同時影響到線路方案的選擇。蒙華通道作為北煤南運戰(zhàn)略運輸通道，其技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的確定如牽引質(zhì)量、限制坡度對線路選線、工程投資均影響較大，同時結(jié)合本通道具有線路長、隧道多等特點，對設(shè)計活載和隧道內(nèi)的軌下基礎(chǔ)類型進(jìn)行了深入研究。

4.1.1 牽引質(zhì)量和到發(fā)線長度

結(jié)合通道運量特征、與相鄰線技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)適應(yīng)性、能力適應(yīng)性等因素，對萬噸列車開行范圍及其預(yù)留問題進(jìn)行研究，據(jù)此確定牽引質(zhì)量和到發(fā)線有效長度。

(1)萬噸列車開行必要性分析

蒙華鐵路為大能力高效重載煤運通道，通道遠(yuǎn)景輸送能力建議為客車15對、貨運量2億t，從滿足遠(yuǎn)景運輸能力和項目功能定位，本通道開行萬噸列車是必要的。

(2)萬噸列車開行范圍

本通道全長1 815 km，通道區(qū)段運輸功能不同，區(qū)段運輸量差異較大，因此有必要對萬噸列車開行范圍進(jìn)行研究。

從運量特點分析，通道來源為蒙西的納林河、呼吉爾特、上海廟和納林河地區(qū)，寧夏的寧東地區(qū)、陜西的榆林地區(qū)、山西晉中南地區(qū)，通道煤炭來源較為集中，煤炭供應(yīng)以襄陽為節(jié)點向南分散，由襄渝線、漢丹線、武九線、焦柳線、通道荊門至岳陽段等向湘鄂贛三省地區(qū)疏運。大宗煤炭經(jīng)本線至襄陽的運輸距離為410～1 000 km，襄陽以北通道運量水平高，萬噸列車運輸距離長，具有較強的經(jīng)濟合理性，適于開行萬噸列車。

從相鄰線技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)分析，通道北段集運區(qū)段相鄰線多具備開行萬噸列車開行條件，襄陽以南的疏運線路的牽引質(zhì)量均為5 000 t及以下，不具備組織萬噸列車條件。因此襄陽以北具備開行萬噸列車的條件。

從能力適應(yīng)性分析，本通道只開行5 000 t列車，經(jīng)能力檢算，近期各區(qū)段能力滿足運輸需求，遠(yuǎn)期運城至三門峽段能力不足，其他區(qū)段滿足運輸需求，因此從能力適應(yīng)性分析，襄陽以北宜開行萬噸列車。

(3)預(yù)留萬噸列車開行條件的必要性

通道襄陽至吉安段開行5 000 t列車，根據(jù)沿線經(jīng)濟發(fā)展特征、客貨運量變化態(tài)勢、牽引種類發(fā)展趨勢、近遠(yuǎn)期路網(wǎng)構(gòu)成的變化及所承擔(dān)的直通運量的特點，并考慮留有適當(dāng)發(fā)展的余地，該段應(yīng)預(yù)留萬噸列車開行條件。

綜上所述，通道襄陽以北為煤炭集運和疏運區(qū)段，運量水平高;襄陽以南為煤炭疏運區(qū)段，運量水平低且去向較為分散。浩勒報吉至襄陽段牽引質(zhì)量為10 000 t，部分5 000 t，到發(fā)線有效長為1 700 m;襄陽至吉安段牽引質(zhì)量為5 000 t，到發(fā)線有效長為1 050 m，部分車站預(yù)留1 700 m。

4.1.2 限制坡度

本通道研究年度輕重方向貨流量之比為1∶5～1∶20，重空車方向較為明顯，因此該通道宜分方向選擇限制坡度，為更好適應(yīng)通道開行10 000 t重載列車的需要，通道重車方向限制坡度選擇為6‰。

通道沿線地形條件復(fù)雜，通道北段為沙漠地貌，地形平坦，采用6‰坡度標(biāo)準(zhǔn)適應(yīng)地形變化。納林河至山西河津段為黃土高原、中低山區(qū)高差達(dá)到950 m，地形陡峭，自然縱坡為13‰～16‰;河津至三門峽為“兩高三低”態(tài)勢，相對高差為680～800 m，自然縱坡為17.5‰～20‰;三門峽至襄陽段線路穿越東秦嶺，自然縱坡在10‰以上，因此納林河至襄陽段采用6‰/13‰限制坡度。襄陽至吉安段沿線地勢起伏不大，采用6‰限制坡度。

4.2 集運區(qū)段選線

集疏運系統(tǒng)是蒙華鐵路的重要支撐，銜接多條煤炭集疏運線路、點網(wǎng)結(jié)合、鐵水聯(lián)運、鐵公聯(lián)運的高效煤炭集疏運系統(tǒng)，可以充分利用煤運通道運輸能力，對發(fā)揮通道整體效益，優(yōu)化煤炭運輸結(jié)構(gòu)，完善鐵路網(wǎng)布局，構(gòu)建大能力、高效煤運通道具有重要意義和作用。

本項目集運區(qū)段為浩勒報吉至靖邊東，集運系統(tǒng)包括路網(wǎng)相關(guān)線集運、沿線車站集運和專用線集運，且結(jié)合通道運輸需求預(yù)測對集運系統(tǒng)進(jìn)行了專題研究。以本通道為高效煤炭運輸系統(tǒng)的功能定位為著眼點，確定該段落選線思路為:線路應(yīng)短直，節(jié)省工程投資、集疏運便捷，最大限度減少壓覆礦產(chǎn)資源為原則。

4.2.1 集運區(qū)段線路方案選擇

本通道在蒙西、陜北地區(qū)吸引煤炭來源為納林希里礦區(qū)、呼吉爾特礦區(qū)、上海廟礦區(qū)、納林河礦區(qū)和榆橫礦區(qū)。

浩勒報吉至烏審旗段本通道主要吸引納林希里和呼吉爾特礦區(qū)，在集運系統(tǒng)中配套建設(shè)浩勒報吉北集運線吸引納林希里礦區(qū)煤炭上線。浩勒報吉至烏審旗段主要吸引呼吉爾特礦區(qū)煤炭上線，該段落線路方案宜便于煤炭集運且減少對煤炭資源的占壓，本段落線路方案選擇走行于礦區(qū)預(yù)查區(qū)且設(shè)置煤炭集運站便于煤炭上線。

烏審旗至靖邊東段通道吸引上海廟礦區(qū)、納林河礦區(qū)和榆橫礦區(qū)煤炭上線，為協(xié)調(diào)處理好三礦區(qū)的煤炭集運問題，從路網(wǎng)布局、工程地質(zhì)條件、工程投資、壓覆礦產(chǎn)資源等方面進(jìn)行西、中、東方案研究，見圖1。

西方案線路較為順直，工程投資最省，線路沿探明礦界邊緣通過，線路既可為東部具有開采權(quán)的煤礦提供外運服務(wù)，又可兼顧西側(cè)規(guī)劃煤礦的開發(fā)，工程的可實施性強。

4.2.2 集運區(qū)段選線思路淺析

縱觀集運區(qū)段線路方案選擇始終秉承線路順直、節(jié)省工程投資、減少壓覆礦產(chǎn)資源和與集運系統(tǒng)規(guī)劃協(xié)調(diào)這一原則，在蒙華通道建設(shè)和運營過程中需高度重視集運系統(tǒng)建設(shè)，保證通道運輸需求，發(fā)揮通道最大運輸效率。

4.3 復(fù)雜山區(qū)綜合選線

蒙華鐵路烏審旗至宜川段位于內(nèi)蒙和陜西省境內(nèi)，沿線地形地貌為毛烏素沙漠和黃土高原溝壑區(qū)，地貌單元分界以太中銀鐵路為界，線路方案的主要控制因素為路網(wǎng)布局、壓覆礦產(chǎn)資源、工程地質(zhì)條件、地方意見以及工程投資，線路方案選擇需要綜合多方面因素確定。

4.3.1 線路方案選擇

該段落線路走向南北走向，與包西通道和黃河流向一致，線路布線位于黃河西側(cè)，線路橫穿該段落黃河支流。蒙華鐵路烏審旗至宜川段研究了經(jīng)靖邊、延安至宜川和經(jīng)魏家樓、延川至宜川兩大走向方案，見圖2。

圖1 烏審旗至楊橋畔段線路方案示意

圖2 烏審旗至宜川段線路方案示意

兩方案主要工程數(shù)量見表1。

首先從通道功能分析本段落為煤炭輸送段落，選線應(yīng)優(yōu)先考慮新建線路長度短的方案，縮短運輸距離。經(jīng)魏家樓、延川方案更靠近航空線，選線是應(yīng)優(yōu)先考慮的方案，但從以下方面分析本方案不可取。

比較范圍內(nèi)線路基本走行于黃土高原，基本與黃河并行，與眾多支溝交叉。越靠近黃河，支溝下切越深，支溝兩側(cè)黃土滑坡越多，鐵路橋梁越高，建設(shè)工程投資越大;遠(yuǎn)離黃河或從支流的源頭區(qū)通過，線路方向地形起伏較小，河流下切小，黃土滑坡少，工程投入亦少。經(jīng)魏家樓、延川方案穿越支流下切較深，黃土滑坡較為發(fā)育;經(jīng)靖邊、延安方案較多地段走行于黃土高原上黃河支流的源頭區(qū)域，黃土滑坡相對少，相對地形地質(zhì)條件好，工程難度小、投資少。從路網(wǎng)布局分析經(jīng)魏家樓、延川方案更靠近包西通道，路網(wǎng)布局不盡合理，同時與太中銀鐵路的運輸組織不協(xié)調(diào)。從壓覆礦產(chǎn)資源分析經(jīng)魏家樓、延川方案存在壓煤問題，工程可實施性差。在以往建設(shè)項目中存在壓煤難以協(xié)調(diào)而導(dǎo)致方案反復(fù)的先例，線路選線應(yīng)慎重考慮。

表1 烏審旗至宜川段方案比較主要工程數(shù)量

經(jīng)過多方論證，該段落線路走向選擇經(jīng)靖邊、延安方案，該方案路網(wǎng)布局合理，與太中銀鐵路運輸組織順暢，沿線工程地質(zhì)條件相對較好，工程投資節(jié)省。

4.3.2 選線思路淺析

該段落線路方案作為本通道的重大線路走向方案，經(jīng)過多番論證最終確定?？梢钥闯觯瑥?fù)雜山區(qū)鐵路選線需要綜合多方面因素抉擇，復(fù)雜山區(qū)選線應(yīng)從以下幾方面予以考慮，一是結(jié)合項目功能定位及經(jīng)濟運量水平確定選線原則;二是確保工程安全，對不良地質(zhì)予以繞避減少工程安全隱患;三是處理好鐵路建設(shè)與占壓煤礦資源的關(guān)系;四是解決好鐵路建設(shè)與地方交通規(guī)劃的關(guān)系。

4.4 復(fù)雜地質(zhì)段地質(zhì)選線

蒙華鐵路陜西段的線路方案選擇中，除完成必要的勘察工作外，還針對地質(zhì)情況特別復(fù)雜地段進(jìn)行了超前和加深地質(zhì)勘察，安排了專項地質(zhì)勘察子階段，用勘察結(jié)論指導(dǎo)選線。

蒙華鐵路由陜西省跨越黃河進(jìn)入山西省，該區(qū)域分布陜西渭北煤田和山西河?xùn)|煤田橫亙東西，是本線必須經(jīng)過的地區(qū)。渭北煤田和河?xùn)|煤田開采歷史悠久，礦區(qū)存在大面積采空區(qū)，由于大面積煤礦開采等人為活動為主導(dǎo)因素造成的存在人工坑洞、壓礦、有害氣體等不良地質(zhì)。該區(qū)域采空區(qū)具有以下特點:(1)均為大型煤礦采空區(qū)，采空面積大且連續(xù);(2)采空區(qū)埋深較深，處理困難;(3)大部分煤礦仍在開采，巷道仍在使用。安全可靠的地質(zhì)通道決定本段落線路方案選擇，為此在設(shè)計過程中安排了專項地質(zhì)勘察子階段。

4.4.1 專項地質(zhì)勘察

初測前針對該區(qū)域地質(zhì)情況安排了專項地質(zhì)勘察，通過加深調(diào)查、大面積物探和地質(zhì)勘探，基本查清本地礦區(qū)、采空區(qū)的邊界范圍、采空深度、煤層厚度、巷道分布，為線路選線提供依據(jù)。

渭北煤田包含蒲白礦區(qū)、澄合礦區(qū)、韓城礦區(qū)，河?xùn)|煤田主要為鄉(xiāng)寧礦區(qū)。西部蒲白礦區(qū)、澄合礦區(qū):與既有包西鐵路和黃韓侯鐵路共線的2個通道;鄉(xiāng)寧礦區(qū):線位大繞到王家?guī)X礦東部吉縣塬附近再下穿煤礦;韓城礦區(qū):存在桑樹坪通道、后洞溝通道。

4.4.2 線路方案選擇

結(jié)合專項地質(zhì)勘察成果為本段線路選線提供了依據(jù)，與包西鐵路和黃韓侯鐵路共線的地質(zhì)通道與蒙華通道的整體走向不符，經(jīng)研究后予以舍棄。繞避到王家?guī)X礦區(qū)吉縣塬下穿煤礦方案，由于呂梁山脈地形條件控制，黃河橋和隧道工程實施難度巨大，研究后予以舍棄。對桑樹坪通道和后洞溝通道進(jìn)行了重點研究，見圖3。

針對兩個地質(zhì)通道方案進(jìn)行了工程地質(zhì)、水文地質(zhì)、環(huán)保因素和工程經(jīng)濟等綜合比選，并結(jié)合地質(zhì)勘察的專項成果確定了安全、可靠、經(jīng)濟合理的沿鑿開河通過桑樹坪地質(zhì)通道方案。

4.4.3 選線思路淺析

在大多數(shù)山區(qū)鐵路選線設(shè)計中都存在線路穿越復(fù)雜工程地質(zhì)地段，在以往工程建設(shè)中出現(xiàn)過諸多問題，歸咎原因為對地質(zhì)勘察工作的重視程度不夠。對于復(fù)雜工程地質(zhì)地段不單以常規(guī)勘察手段，需安排專項地質(zhì)勘察工作摸清區(qū)域地質(zhì)情況，通過大量的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)分析論證，以區(qū)域地質(zhì)勘察結(jié)論指導(dǎo)選線，提出合理工程處理措施。蒙華通道通過山陜礦區(qū)，經(jīng)過大量地質(zhì)勘察、資料收集、專家論證等工作后確定桑樹坪地質(zhì)通道，充分顯示地質(zhì)選線工作的重要性。

4.5 環(huán)水保選線

蒙華鐵路始終將環(huán)保選線理念貫穿于整個項目設(shè)計過程，在從環(huán)境保護(hù)角度論證線路方案的環(huán)境合理性方面做了大量的工作，力求線路方案盡量繞避和減小對沿線重要環(huán)境敏感區(qū)的影響，確保線路的環(huán)境可行性。特別是蒙華鐵路作為重載煤運通道，由于運煤列車產(chǎn)生的煤塵飄散對周圍環(huán)境有影響，采用噴淋粘結(jié)劑技術(shù)，將噴淋粘結(jié)劑噴至運煤車煤塵表面進(jìn)行固結(jié)，可以有效控制煤塵污染。

在工程設(shè)計中，對于自然保護(hù)區(qū)、地下水型水源地、濕地范圍內(nèi)盡量采用橋梁的形式通過，既減少了占地數(shù)量，同時避免了項目建設(shè)對敏感區(qū)的阻隔效應(yīng)。設(shè)置足夠的橋梁孔跨，用于滿足線路兩側(cè)生態(tài)水系及營養(yǎng)成分循環(huán)要求，盡可能減小工程建設(shè)對敏感區(qū)的影響。對于長城，按照《長城保護(hù)條例》工程設(shè)計應(yīng)以橋梁形式跨明長城、秦長城，同時要求橋墩外邊緣與長城基礎(chǔ)外邊緣不小于15 m。

圖3 集義至臨猗段線路走向方案示意

設(shè)計中貫徹有關(guān)環(huán)境保護(hù)、節(jié)約資源和能源的相關(guān)要求，遵循國家相關(guān)法律法規(guī)及地方相關(guān)法律法規(guī)的要求，合理優(yōu)化方案，線路遠(yuǎn)離居民區(qū)、學(xué)校、醫(yī)院等地;盡量減少占用基本農(nóng)田;加強對沿線文物、水源地及環(huán)境保護(hù)區(qū)的調(diào)查;合理優(yōu)化平縱斷面，減少路基填挖方和用地數(shù)量;合理調(diào)配土石方，加密取棄土場，減少土石方運距;根據(jù)沿線植被特點，選擇適宜的防護(hù)措施，減少水土流失、土地沙化，保護(hù)生態(tài)環(huán)境。

5 結(jié)語

蒙華鐵路前期方案論證工作基本結(jié)束，馬上進(jìn)入到工程實施階段，在大量前期方案研究論證過程中，體會和建議如下。

(1)項目的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)確定應(yīng)以項目功能定位為出發(fā)點，結(jié)合考慮各段落的地形、地質(zhì)自然條件進(jìn)行工程經(jīng)濟比選后確定。

(2)煤運通道作為長大干線，不同段落承擔(dān)功能不同，應(yīng)分段合理確定選線思路及原則，對線路方案進(jìn)行綜合比選。

(3)復(fù)雜地質(zhì)地段應(yīng)高度重視地質(zhì)選線，安排專項地質(zhì)勘察階段，采取多種勘探手段深入分析地質(zhì)資料，為線路方案選擇提供依據(jù)。

(4)高度重視環(huán)保選線，對于環(huán)境敏感點首先考慮繞避方案，并進(jìn)行多方案論證比選，做到工程建設(shè)與生態(tài)環(huán)境和諧統(tǒng)一。

［1］鐵道第三勘察設(shè)計院集團(tuán)有限公司.新建蒙西至華中地區(qū)鐵路煤運通道浩勒報吉至三門峽段可行性研究報告［R］.天津:2013.

［2］鐵道第三勘察設(shè)計院集團(tuán)有限公司.新建蒙西至華中地區(qū)鐵路煤運通道浩勒報吉至三門峽段初步設(shè)計［Z］.天津.2014.

［3］GB50090—2006 鐵路線路設(shè)計規(guī)范［S］.

［4］白孝勇.芻議鐵路選線設(shè)計樹立安全選線的設(shè)計理念［J］.鐵道標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計，2012(7):33-37.

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