孫立勇，閻建斌2（鐵道第三勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司，.碩士研究生，2.高級工程師　天津　30042）

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復(fù)雜地形地質(zhì)條件的山區(qū)鐵路站場設(shè)計(jì)

孫立勇1，閻建斌
2
（鐵道第三勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司，1.碩士研究生，2.高級工程師天津300142）

摘要：鐵路發(fā)展日新月異，復(fù)雜地形條件的山區(qū)礦藏資源豐富，待需要更多的鐵路運(yùn)輸建設(shè)延伸至此。而這一條件下的鐵路站場設(shè)計(jì)遇到很多問題都是相似的。通過留譽(yù)集運(yùn)站設(shè)計(jì)過程中所解決的實(shí)例經(jīng)驗(yàn)，總結(jié)計(jì)算處理設(shè)計(jì)過程遇到的因地制宜的進(jìn)行站位選擇的總體設(shè)計(jì)、自編收斂公式進(jìn)行站場內(nèi)曲線加寬計(jì)算、利用環(huán)境進(jìn)行進(jìn)站道路設(shè)計(jì)等問題，為以后類似地質(zhì)條件下山區(qū)鐵路設(shè)計(jì)提供借鑒。

關(guān)鍵詞：山區(qū)；鐵路站場；設(shè)計(jì)；探討

10.13572/j.cnki.tdyy.2016.01.003

復(fù)雜地形地質(zhì)條件的山區(qū)，鐵路站場設(shè)計(jì)有其不同平原地區(qū)的特殊性，特殊的條件需要有特點(diǎn)的解決方式。本文以留譽(yù)鐵路集運(yùn)站為例，探討山區(qū)鐵路設(shè)計(jì)的一些問題，進(jìn)而進(jìn)行了相關(guān)的技術(shù)總結(jié)，可以為類似鐵路專用線工程提供一定的借鑒。

1　工程概況

留譽(yù)鐵路線路所經(jīng)地區(qū)土石界面以及新黃土、老黃土、上第三系粉質(zhì)黏土接觸面為軟弱面，受表水下滲影響都將成為不利結(jié)構(gòu)面，這些不利結(jié)構(gòu)面受工程活動的影響，極易產(chǎn)生滑坡。如開挖路塹面，破壞了山體平衡，巖體沿不利結(jié)構(gòu)面下滑，都可能會造成滑坡。沿線滑坡、溜塌不良地質(zhì)主要發(fā)育在黃土峁梁斜坡地段。

留譽(yù)集運(yùn)站于晉中南鐵路通道上的留譽(yù)站接軌，分上下行疏解線接軌引出，沿留譽(yù)川東側(cè)山麓行進(jìn)設(shè)置寨子灣裝車站，寨子灣裝車站按貨物線兼到發(fā)線3條，裝車環(huán)線1條布置，有效長不小于1 700 m，設(shè)置快速定量裝車系統(tǒng)裝車，滿足萬噸整列裝車條件。

2　站位選擇的總體設(shè)計(jì)

留譽(yù)鐵路線路所經(jīng)區(qū)域?qū)冱S河?xùn)|岸呂梁山西坡黃土丘陵區(qū)。擬建鐵路位于黃河支流留譽(yù)川河?xùn)|岸黃土丘陵前緣，地勢東高西低，海拔810～1 050 m，一般高差60～160 m。測區(qū)黃土深切沖溝發(fā)育，上覆厚層黃土，下伏第三系粉質(zhì)黏土及基巖，沖溝壁出露粉質(zhì)黏土，基巖以條帶狀出露于溝谷兩側(cè)。擬建鐵路處于山西臺背斜西部呂梁山斷裂隆起與鄂爾多斯臺向斜的陜北拗陷接壤部?？刂蒲鼐€的構(gòu)造型式主要為山西經(jīng)向構(gòu)造體系的黃河?xùn)|岸—呂梁山西坡南北向撓褶帶。沿線構(gòu)造形跡多屬微弱，構(gòu)造簡單，地層總體為單斜構(gòu)造，向西及南西緩傾。巖層產(chǎn)狀247° ∠10°。

受專用線所處位置地形條件限制，結(jié)合線路縱坡設(shè)置，盡量避免高填深挖的情況下，提出了留譽(yù)川東側(cè)設(shè)站方案及留譽(yù)川西側(cè)設(shè)站方案進(jìn)行比較分析。

2.1留譽(yù)川東側(cè)設(shè)站方案留譽(yù)川東側(cè)設(shè)站方案是位于留譽(yù)川東側(cè)山麓，線路自汾西、榮欣鐵路專用線劉家棱站大里程端引出，設(shè)置500 m半徑曲線，拉開與汾西、榮欣專用線間距，向西南經(jīng)胡家峁至惠家坪，于惠家坪東部通過，轉(zhuǎn)向南，沿留譽(yù)川東側(cè)河岸設(shè)置留譽(yù)鐵路集運(yùn)站，于集運(yùn)站末端設(shè)置筒倉裝車環(huán)線，曲線半徑300 m。集運(yùn)站內(nèi)設(shè)到發(fā)線3條，配套快速裝車系統(tǒng)進(jìn)行裝車作業(yè)。線路長度8.78 km，其中橋梁9座，總長1 913 m，隧道5座，總長4 255 m，橋隧占線路長度比例70.25%。

2.2留譽(yù)川西側(cè)設(shè)站方案留譽(yù)川西側(cè)設(shè)站方案是位于留譽(yù)川西側(cè)山麓，留譽(yù)站南側(cè)，線路自汾西、榮欣鐵路專用線引出，設(shè)置500 m半徑曲線，拉開與汾西專用線間距，向西南經(jīng)胡家峁至惠家坪，于惠家坪東部通過，轉(zhuǎn)向南，至佛壽寺轉(zhuǎn)向西，上跨賀惠公路，017鄉(xiāng)道，沿留譽(yù)川西側(cè)河灘設(shè)置留譽(yù)鐵路集運(yùn)站，于集運(yùn)站末端設(shè)置筒倉裝車環(huán)線，曲線半徑300 m。集運(yùn)站內(nèi)設(shè)到發(fā)線3條，配套快速裝車系統(tǒng)進(jìn)行裝車作業(yè)。線路長度8.78 km，其中橋梁6座，總長1 557 m，隧道5座，總長5 250 m，橋隧占線路長度比例71.65%。

2.3方案優(yōu)缺點(diǎn)分析及推薦意見兩方案主要工程數(shù)量及投資見表1，各方案優(yōu)缺點(diǎn)分析見表2。通過分析比較，留譽(yù)川東側(cè)設(shè)站與村莊交叉較少，投資小，優(yōu)勢明顯，本可研推薦留譽(yù)川東側(cè)設(shè)站方案。

表2方案優(yōu)缺點(diǎn)分析比較表

3　站場內(nèi)曲線加寬計(jì)算

方案選用留譽(yù)川東側(cè)設(shè)站方案，車站沿山脊而設(shè)，山脈走線彎曲，引起車站設(shè)計(jì)呈曲線站，這不同于平原地區(qū)受地形影響的因素小，曲線站就需要進(jìn)行站場內(nèi)曲線加寬的詳細(xì)計(jì)算。3.1曲線加寬計(jì)算公式以車體長C=26 m；轉(zhuǎn)向架中心銷距Z=18 m為例，進(jìn)行曲線加寬示例。曲線加寬值由兩部分組成，一是內(nèi)側(cè)加寬，另一個是外側(cè)加寬，而內(nèi)側(cè)加寬包括內(nèi)側(cè)平面加寬和內(nèi)側(cè)超高引起的加寬。

1）曲線內(nèi)側(cè)加寬W內(nèi)的計(jì)算。曲線內(nèi)側(cè)加寬示意見圖1。

圖1曲線內(nèi)側(cè)加寬示意圖

由于ΔAOD與ΔBOD相似，因而

W2所以可知

即W內(nèi)=（mm）

由于車輛線路外軌超高（h）而引起的車體內(nèi)傾（見圖2所示），距軌面高度（H）處所需的內(nèi)側(cè)加寬量（d），近似地取兩鋼軌踏面中心線間距離為1 500 mm，則所以曲線內(nèi)側(cè)需要的總加寬量W內(nèi)為：

圖2曲線外軌超高示意圖

2）曲線外側(cè)加寬W外的計(jì)算公式。曲線外側(cè)加寬示意見圖3。

圖3曲線外側(cè)加寬示意圖

由上述可知，曲線的加寬值是曲線內(nèi)側(cè)加寬W內(nèi)和曲線外側(cè)加寬W外之和〔1〕。

3.2曲線加寬的相關(guān)要素之間關(guān)系曲線中的緩和曲線是調(diào)整曲線內(nèi)偏移量的。

圖4站線位于正線內(nèi)側(cè)位置圖

圖5站線位于正線外側(cè)位置圖

由圖4可知，在外側(cè)曲線設(shè)置緩和曲線的情況下，NM為既有兩曲線間的距離，當(dāng)加入緩和曲線后，既有圓曲線將產(chǎn)生內(nèi)偏移量ME，進(jìn)而曲線間的為NE。反之如圖5所示，當(dāng)設(shè)置緩和曲線在內(nèi)側(cè)，則由于緩和曲線內(nèi)側(cè)偏移量的原因，曲線距離將增大，增大量為ME。設(shè)正線緩和曲線的移動量為P正，正線與站線間的曲線剛需加寬值為W，當(dāng)站線位于內(nèi)側(cè)時，P=P正+W；當(dāng)站線位于外側(cè)P正>W時，P=P正-W；當(dāng)站線位于外側(cè)，而P正

3.3曲線加寬的計(jì)算方法曲線的加寬值可由鐵路工程設(shè)計(jì)技術(shù)手冊之站場及樞紐中根據(jù)對應(yīng)列車設(shè)計(jì)行車速度查表得到，以速度為100 km/h為例，表的內(nèi)容參考表3。

有了加寬W，之后就需要構(gòu)建曲線的相關(guān)要素，通過計(jì)算滿足各個曲線為同心圓的原則。經(jīng)研究曲線相關(guān)要素之間的關(guān)系，設(shè)計(jì)如下表格公式（見圖6）。

使用方法如下：一般情況下，正線的曲線半徑R和緩和曲線l、正線與站線的直線段間距已知，站線的曲線半徑取值可由直線的線間距初步填寫，需要站線緩和曲線的理論值E6可得，于是站線的緩和曲線長參考值G5可求出作為C5緩和曲線的的參考，由第一階段的B5、C5可以推算出J5，B5、C5的取值應(yīng)在判別條件J5>H5下進(jìn)行才有效，曲線段線間距M5即可由J5和L5求和得出，然后得出所要的站線曲線半徑取值N5，第一階段過后B5≠N5，然后循環(huán)試填B5、C5數(shù)值，B5、C5的取值始終在判別條件J5> H5下進(jìn)行，一般情況下第一階段即可確定C5，然后循環(huán)試填B5，第二階段B5可直接填N5數(shù)值，這樣最終同樣可求出N5，下一階段還是繼續(xù)讓B5可直接填N5數(shù)值，直至B5=N5，最終精確計(jì)算出所需要的站線曲線半徑，使得曲線均為同心圓，滿足舒適度的要求。

留譽(yù)集運(yùn)站的曲線加寬計(jì)算，在利用以上公式的方法后，在方案比選的過程節(jié)約了大量時間，并且確保了計(jì)算的準(zhǔn)確性，更好、快速地穩(wěn)定了方案。

4　進(jìn)站道路設(shè)計(jì)

復(fù)雜地形地質(zhì)條件的山區(qū)鐵路進(jìn)站道路的設(shè)計(jì)也很有學(xué)問，受整個站位的填挖平衡控制，站中心一般在山頭挖方處，進(jìn)站道路的選位與展線，需要適應(yīng)現(xiàn)場地形，利用已有條件經(jīng)濟(jì)地選擇進(jìn)站道路。

4.1進(jìn)站道路線位初選站中心位置選定后，進(jìn)站道路肯定是利用既有道路作為起點(diǎn)引連至站中心位置，山區(qū)的進(jìn)站道路的最大縱坡一般為8%，工程特殊艱巨的山嶺區(qū)，Ⅳ級道路最大縱坡可增加1%，但在海拔2 000 m以上地區(qū)不得增加，在積雪冰凍地區(qū)，不應(yīng)大于8%。根據(jù)既有道路起點(diǎn)和站中心高程，留譽(yù)集運(yùn)站的進(jìn)站道路按照8%的縱坡，可以計(jì)算進(jìn)站道路的最少需要長度，這樣可以粗略的勾勒進(jìn)站道路的形狀與位置，主要是觀察控制進(jìn)站道路所需展線的長度限制情況。粗略展線應(yīng)盡量躲避滑坡等不良地質(zhì)災(zāi)害，還應(yīng)避免減少土方調(diào)配的工作量。

4.2因地制宜利用既有道路開辟新的進(jìn)站道路，肯定帶來重新的填挖過程，利用既有道路，改造成進(jìn)站道路可以節(jié)約投資，在復(fù)雜山區(qū)，站中心與利用既有道路起點(diǎn)的高程差較大的，工程量一般都比較大，利用既有道路對投資的節(jié)約是相當(dāng)可觀的；天然便利條件對施工也有利，有利于是施工機(jī)械的入場；改造后的既有道路還可以更好的為原有功能服務(wù)。留譽(yù)集運(yùn)站的進(jìn)站道路就是利用站中心附近的進(jìn)站道路，很好地項(xiàng)目投資和方便工程地施工〔2〕。

4.3詳細(xì)設(shè)計(jì)進(jìn)站道路的詳細(xì)設(shè)計(jì)相當(dāng)于一個單股道的拉坡定線設(shè)計(jì)，合理利用橫斷面選線方法，確保蛇形道路的邊坡在空間上的相互影響，即一個路基面的刷坡影響另一個路基面的構(gòu)造甚至刷到另一路基面上，見圖7所示。

平面設(shè)計(jì)中的最小圓曲線半徑、視距和超高要滿足相應(yīng)道路等級的要求，縱斷面設(shè)計(jì)中的縱坡限制坡長見表4。

表4縱限制坡長

還需注意小半徑圓曲線路段的縱坡：當(dāng)圓曲線半徑小于等于20 m時，不應(yīng)大于7.5%，圓曲線半徑大于20 m，而不大于40 m時不應(yīng)大于8.5%。

留譽(yù)集運(yùn)站的進(jìn)站道路設(shè)計(jì)就是在平面與縱斷面不斷的平衡中最終確定所需要的線位方案。

5　結(jié)論

鐵路以其運(yùn)力大、運(yùn)費(fèi)經(jīng)濟(jì)的獨(dú)特優(yōu)勢，逐漸引起了山區(qū)礦藏資源豐富之地的廣泛關(guān)注，需求量猛增，復(fù)雜地形地質(zhì)條件的山區(qū)鐵路站場設(shè)計(jì)會使設(shè)計(jì)人員遇到很多同類問題。本文研究了站位選擇的總體設(shè)計(jì)、站場內(nèi)曲線加寬計(jì)算、進(jìn)站道路設(shè)計(jì)幾個有代表性方面問題，提出了具體的解決方案，尤其是利用常用Excel自編收斂公式精確計(jì)算站場內(nèi)曲線加寬是種有效率的創(chuàng)新，對類似工程項(xiàng)目的技術(shù)經(jīng)濟(jì)性有一定參考作用。

參考文獻(xiàn)：

〔1〕中華人民共和國鐵道部. GB50091-2006鐵路車站及樞紐設(shè)計(jì)規(guī)范〔S〕.北京:中國計(jì)劃出版社.2006.

〔2〕賈曉魯.淺談山區(qū)鐵路站場設(shè)計(jì)〔J〕.甘肅科技縱橫，2010 （39）5.

中圖分類號：U212.35

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

文章編號：1006-8686（2016）01-0006-06