白 云, 石振明, 石雪飛

(1. 同濟大學地下建筑與工程系， 上海 200092； 2. 同濟大學橋梁工程系， 上海 200092)

“中—尼—印鐵路通道”線路設計及建設可行性分析

白 云1, 石振明1, 石雪飛2

(1. 同濟大學地下建筑與工程系， 上海 200092； 2. 同濟大學橋梁工程系， 上海 200092)

隨著我國“一帶一路”倡議的推進，跨國運輸通道的建設成為倡議實施的關(guān)鍵環(huán)節(jié)之一，而我國建設復雜地質(zhì)條件下跨國基礎設施的經(jīng)驗尚不豐富。“中—尼—印鐵路通道”是一條途經(jīng)尼泊爾，連接中國和印度2個大國的運輸通道，基于實地考察，分析該通道建設的必要性及建成后的效益，對線路進行初步規(guī)劃，并總結(jié)該通道建設的難點： 鐵路軌道坡度大； 沿線區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造復雜； 周邊基礎設施落后，施工條件惡劣； 大量深長隧道以及大跨徑高橋梁； 環(huán)境以及氣候條件復雜。同時對沿線隧道以及橋梁的建設可行性進行分析，并給出施工建議： 沿線隧道采用以TBM法為主、鉆爆法為輔的施工方法； 橋梁建設則因地制宜，根據(jù)不同區(qū)間的地質(zhì)特點，采用相應的建設方法。

一帶一路； 中—尼—印鐵路通道； 線路設計； 可行性分析； 隧道； 橋梁

0 引言

近期我國“一帶一路”倡議實施的實體項目主要落地于交通、能源管線、電信、港口等基礎設施共建和互聯(lián)互通，致力于提高貿(mào)易和投資便利化程度，而我國建設復雜地質(zhì)條件下跨國基礎設施的經(jīng)驗尚不太豐富。

南亞是建設“一帶一路”的重點方向之一，中國與印度的貿(mào)易關(guān)系是拓展南亞市場的關(guān)鍵。中國、尼泊爾、印度之間的地理位置關(guān)系見圖1，尼泊爾位于中印之間，與中國的大規(guī)模經(jīng)濟交流由于喜馬拉雅山這道天然屏障而被阻隔。

中國與印度之間的貨物運輸90%是通過海運完成的。雖然位于中印邊境上的乃堆拉山口岸于2006年重新開通，但由于貿(mào)易物品數(shù)量有限、輔助基礎設施較差、公路只有夏季才能開通，使得該口岸的貿(mào)易額和貨運量均十分有限。中國的大部分貨物是通過天津港或上海港運輸?shù)接《让腺I港，反之亦然。雖然海運運輸能力較大，長途運輸成本較低，但運輸時間較長，容易受臺風和颶風等極端惡劣天氣的影響，且中國廣大的西部與印度地理接壤，海運將會無謂地增加運輸時間和成本。

圖1 中國、尼泊爾、印度地理位置關(guān)系

尼泊爾作為一個內(nèi)陸國，其特殊的地理位置和地形導致了交通的極不便性。目前，中國與尼泊爾之間的貨運主要通過中尼公路完成，因為該公路在尼泊爾境內(nèi)部分路況較差(見圖2)，在雨季時極易受滑坡、泥石流等自然災害的侵襲，致使事故頻發(fā)，且該公路的運力也已接近飽和。因此，尼泊爾迫切需要一條通往中國和外界的便利通道，以解決目前面臨的困境。若穿越喜馬拉雅山脈的鐵路能從尼泊爾通過，在促進中印貿(mào)易的同時，既能避免中印兩方爭議領(lǐng)土帶來的爭端，又能消除或緩解尼泊爾的貧困，實現(xiàn)三方共贏的良好局面。

圖2 中尼公路現(xiàn)狀

1 研究現(xiàn)狀

同濟大學白云研究團隊[1]早在2012年就提出了“中—尼—印鐵路通道”的設想，規(guī)劃了3條線路(見圖3)，并實地考察了中線與東線的基本地質(zhì)情況。根據(jù)國家鐵路規(guī)劃，到2020年，會將拉日(拉薩—日喀則)鐵路延伸支線到吉隆口岸，成為日吉鐵路，共同成為中尼鐵路的中國路段(見圖4)。國家鐵路規(guī)劃的線路與圖3中的西線線路大致相同。

圖3 從日喀則到加德滿都的3條可行線路

圖4 中尼鐵路規(guī)劃路線(實線為已建部分，虛線為待建部分)

喜馬拉雅地區(qū)地形條件特殊，并且當?shù)厝狈﹁F路建設的工程實例，無法提供同類工程的建設經(jīng)驗。因此，在前期的可行性考察以及規(guī)劃設計階段，實地踏勘必不可少。目前關(guān)于尼泊爾境內(nèi)的線路研究還較少，本文將初步規(guī)劃“中—尼—印鐵路通道”線路，并分析相關(guān)工程建設的可行性。

2 工程特征分析

通過實地考察，并調(diào)查沿線區(qū)域的地質(zhì)資料，總結(jié)“中—尼—印鐵路通道”工程建設5個主要特點，其中最為直觀的工程難點是如何在吉隆縣至吉隆口岸60 km不到的距離內(nèi)完成海拔下降1 400 m左右的線路設計，同時還要符合鐵路設計坡度的要求； 該區(qū)域地質(zhì)條件復雜，地質(zhì)災害易發(fā)，給工程的設計施工造成較大困難； 此外，沿線區(qū)域基礎設施條件落后，在山谷地區(qū)狹窄區(qū)間內(nèi)修建施工便道的難度也較大。

2.1大坡度鐵路軌道

吉隆縣海拔4 200 m，沿著吉隆藏布峽谷至吉隆鎮(zhèn)，海拔陡將至2 800 m，進入尼泊爾境內(nèi)后海拔繼續(xù)下降，加德滿都海拔為1 400 m，沿線海拔變化幅度大。鐵路的坡度是有限制的，建議“中—尼—印鐵路通道”采用電力牽引，限制坡度15‰，加力坡30‰。吉隆縣城至吉隆鎮(zhèn)口岸目前僅有1條公路通道沿著吉隆藏布峽谷連接，將來的鐵路勢必要以此峽谷和公路為基礎進行建設，2點間公路距離約為60 km，若鐵路通道完全沿著峽谷，則坡度會達到23‰，根據(jù)沿線的地質(zhì)資料，部分區(qū)段的坡度甚至會大于30‰。同時，進入尼泊爾境內(nèi)后，坡度依然比較大，并且加德滿都是一個凸臺地形城市，因此到加德滿都的坡度是先下降后上升。如何解決“中—尼—印鐵路通道”的大坡度是一個首要的問題。

吉隆藏布峽谷部分區(qū)間狹窄，公路和鐵路不適宜同時布置于峽谷中，鐵路需作適當避讓，并且公路(峽谷)中有較多急彎，而鐵路對曲線半徑也有要求，初步建議最小曲線半徑為300 m，因此鐵路線也不可能完全沿著峽谷，適當?shù)剡M行展線是必須的，即修建一定量的隧道和橋梁使鐵路線路足夠長以滿足坡度的設計要求，同時也解決最小曲線半徑的問題。因此，以吉隆藏布峽谷和現(xiàn)有的公路線為基礎，以滿足坡度限制為目標，適當展線，選擇地質(zhì)條件較為適宜的區(qū)間建設隧道和橋梁。

2.2沿線區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造復雜

沿線工程地質(zhì)條件復雜，需要處理的地質(zhì)問題包括軟巖和高巖石應力、斷層和剪切帶、喀斯特地貌、凍脹土、透水、巖崩、滑坡、泥石流和高地震風險等。沿線部分區(qū)域內(nèi)的地質(zhì)條件造成工程難度加大，需詳細勘察各類地質(zhì)災害的發(fā)育情況和影響范圍，根據(jù)一定的原則仔細斟酌局部的線路布置，尤其在鐵路展線路段，應盡量避免隧道線路與斷層平行布置。

2.3周邊基礎設施落后，施工條件惡劣

鐵路沿線的高原地區(qū)因氣候相對惡劣，人口較少，當?shù)氐幕A設施條件比較落后，對工程的選線造成限制。此處最為緊要的基礎設施是指運輸通道的便捷性，在沒有現(xiàn)狀道路的群山深處修建隧道橋梁等，面臨建設所需物料無法運抵工點，同時也找不到平坦的位置布設工點的問題。

日喀則至定日、定日至吉隆縣城的2段區(qū)間基礎設施條件相對較好。這2段區(qū)間途徑一些中小城鎮(zhèn)，相應的國道和省道完善，為設備以及建材的運輸創(chuàng)造了良好條件，同時在這2段區(qū)間內(nèi)，地勢開闊，布設工點也相對較為容易。

吉隆縣城沿著吉隆藏布峽谷至吉隆口岸的區(qū)間，僅在峽谷中有1條現(xiàn)狀道路，且在狹窄處僅能容許1輛車通過。在靠近吉隆口岸的一段區(qū)間內(nèi)均為高山峽谷地貌，山谷狹窄，工點布置困難。同時該區(qū)間內(nèi)會有一些深長隧道的建設，如何將運輸通道從峽谷中延伸至山嶺深處也是需要考慮的問題。

在進入尼泊爾境內(nèi)后，初始地貌也為高山峽谷，但山谷之間較為開闊，巖石均以硬巖為主，施工困難程度應小于吉隆藏布峽谷區(qū)間段。

2.4大量深長隧道以及大跨徑高橋梁的建設

“中—尼—印鐵路通道”沿線途經(jīng)多個不同的地質(zhì)區(qū)域，在喜馬拉雅山南麓山嶺密集，無法避讓高山，因此大量的隧道和橋梁建設不可避免。同時出于軌道坡度的考慮，隧道的埋深也會較大，橋梁跨徑也會相應的增大。論單個工程，我國現(xiàn)有的技術(shù)完全可以完成相應的建設，但其挑戰(zhàn)在于整個工程涉及的隧橋數(shù)量多，周圍的建設條件惡劣，部分區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造復雜，涉及大量斷層及地震帶，并且相同區(qū)域內(nèi)同類工程經(jīng)驗少，缺乏參考，會增加該工程的難度和造價。

2.5環(huán)境和氣候條件復雜

喜馬拉雅地區(qū)氣候極其惡劣，由于季風對山地氣候的影響，冬季來自青藏高原的寒風，加上西風急流的擾動，經(jīng)常形成寒冷多強風的惡劣天氣。夏季來自印度洋的西南季風又給山脈的迎風側(cè)帶來大量降水，使得喜馬拉雅山脈南北側(cè)山坡的降水量形成鮮明對比。

尼泊爾地勢北高南低，相對高度差之大為世界罕見。北部山地地區(qū)山高谷深，云霧繚繞，高山終年積雪。另外，全年90%的降雨量集中在雨季(7—10月)，給施工帶來較大困難。

3 通道線路設計

3.1選線原則

參考青藏高原地區(qū)青藏鐵路以及拉日(拉薩—日喀則)鐵路的相關(guān)設計參數(shù)，依據(jù)《鐵路線路設計規(guī)范》，推薦部分鐵路技術(shù)標準如下： 1) 正線數(shù)目，單線； 2) 速度目標值，凍土地段80 km/h，非凍土地段120 km/h； 3) 最小曲線半徑， 300 m； 4) 限制坡度15‰，加力坡30‰； 5) 牽引種類，電力； 6) 閉塞方式，繼電半自動。

吉隆谷溝深谷窄，縱坡極大，從吉隆縣到加德滿都附近直線距離近130 km海拔下降約2 800 m，并且吉隆谷東西走向斷層發(fā)育，不適合東西向展線以緩解坡降。基于以上2方面原因，推薦電力牽引，限制坡度15‰，加力坡30‰。同時，線路需穿越喜馬拉雅山脈，不可避免出現(xiàn)大長度隧道，若為內(nèi)燃機牽引，需考慮通風問題，則隧道長度受限，因而也需要采用電力牽引的方式。

線路主體需靠近現(xiàn)有交通線路，作為施工便道(如318國道和214縣道等)，方便施工設備和人員的進場和轉(zhuǎn)移； 需靠近城鎮(zhèn)(如定日縣和吉隆縣等)，以方便施工人員的基本生活。隧道洞口和橋址的選取也要考慮施工的便利性，需要合適的作業(yè)面。線路盡可能途經(jīng)該區(qū)間內(nèi)的主要城市，以實現(xiàn)最大的經(jīng)濟效益。

3.2線路走向

日喀則至定日區(qū)間鐵路建設難度較小，在此不予分析。依據(jù)上文討論的選線原則，設計從定日縣至加德滿都的鐵路線路，其大致走向如下： 由定日縣一路向西，穿越馬拉山抵達吉隆縣，沿吉隆溝穿越喜馬拉雅山脈直抵中尼邊境吉隆鎮(zhèn)，由吉隆口岸附近進入尼泊爾境內(nèi)，順吉隆溝在尼泊爾境內(nèi)段抵達其首都加德滿都附近。根據(jù)地貌單元的差異，可將線路分為中山寬谷區(qū)段、中山窄谷區(qū)段、沖洪積扇區(qū)段、隧道穿越區(qū)段以及高山(中山)峽谷區(qū)段。標記起點定日縣線路樁號為AK0+000，整體路線以及區(qū)段劃分見圖5，整體線路高程變化見圖6。

圖5 整體路線以及區(qū)段劃分

圖6 整體線路高程變化圖

3.2.1 中山寬谷區(qū)段

起點至古措村區(qū)間(AK0～AK98)為中山寬谷區(qū)段，全長98 km，占線路總長度的27.45%。該段位于朋曲兩岸，線路高程為4 264～4 401 m，線路起伏不大，整體沿河谷單邊向上。河谷寬闊，寬度大部分為2～6 km。在崗嘎村附近有1處寬度約11.5 km的沖積扇(見圖7)，需加強路基排水及防護，臨河側(cè)需防河水沖刷，中部被溝谷河水沖開的路段以中、小橋的形式跨越。該段部分區(qū)域發(fā)育有泥石流，需詳細勘察其發(fā)育情況和影響范圍。

圖7 中山寬谷區(qū)沖積扇

3.2.2 中山窄谷區(qū)段

古措村至夏木德鎮(zhèn)區(qū)間(AK98～AK128)為中山窄谷區(qū)段，全長30 km，占線路總長度的8.40%，線路高程為4 400～4 592 m，線路起伏不大，整體沿河谷單邊向上。河谷寬度大部分為0.5～1 km，河谷部分狹窄處線路無法展布，需采用隧道穿越。

3.2.3 沖洪積扇區(qū)段

夏木德鎮(zhèn)至佩枯錯區(qū)間(AK128～AK194)為大范圍沖洪積堆積區(qū)段，全長66 km，占線路總長度的18.49%。該段南側(cè)是喜馬拉雅山脈，北側(cè)為浪強錯和佩枯錯，是由希夏邦馬峰等雪山冰雪融水形成的沖洪積扇。線路高程為4 594～4 735 m，線路起伏不大，開闊平坦，整體中間高兩邊低。建設過程中的注意事項基本與中山寬谷段類似。

3.2.4 隧道穿越區(qū)段

佩枯錯西南側(cè)至吉隆縣區(qū)間(AK194～AK215)被孔堂拉姆山橫斷，該段長21 km，占線路總長度的5.88%，主要地形地貌見圖8，線路高程變化見圖9。需修建特長隧道穿越，隧道長約19.0 km，是本線路第二長隧道。線路地表投影海拔為4 160～5 718 m，隧道高程為4 608～4 178 m，單邊下降，隧道最大埋深為1 290 m，隧道圍巖以中硬灰色泥晶灰?guī)r與砂巖為主。隧道軸線與褶曲軸線交角約為30°，盡量選擇褶曲兩翼通過，根據(jù)巖層情況適當調(diào)整隧道走向和埋深。馬拉山出露多條東西走向的斷層，地表出露延伸長度約為15 km，被西側(cè)出露東西走向斷層橫斷，地表出露延伸長度約為20 km。隧道不可避免需要穿越斷裂破碎帶，2組斷層幾乎正交，因而選擇斜交通過。

3.2.5 高山(中山)峽谷段

線路從吉隆縣沿吉隆藏布峽谷順勢而下，經(jīng)過吉隆口岸至尼泊爾Old Shaybru Besi，從此處遠離峽谷(若在尼泊爾Old Shaybru Besi處依然沿峽谷順勢而下，則坡降過大，并且不能直接到達加德滿都，需繼續(xù)繞遠約60 km)轉(zhuǎn)向加德滿都(AK215～AK357)，全長142 km，占線路總長度的39.78%。

圖8 隧道穿越區(qū)段地形地貌圖

圖9 隧道穿越區(qū)段高程變化圖

該區(qū)間主要地形地貌見圖10，線路高程變化見圖11，大部分為高山(中山)峽谷段，位于吉隆藏布兩岸，山高谷深，縱坡極大，從吉隆縣到加德滿都約130 km的直線距離海拔下降近2 800 m。該段峽谷寬度大部分小于100 m，線路依山傍水穿行于吉隆藏布峽谷兩側(cè)狹小的山腳或河漫灘，峽谷過窄處或彎曲過大處采用隧道穿越。線路高程為1 074～4 178 m，單邊向下至加德滿都南部地勢低洼處AK336，再從AK336處單邊向上至加德滿都，因而在AK260～AK336和AK345～AK357兩段最大坡降處分別采用方向相反的30‰加力坡。在AK241～AK285區(qū)間有8條以上東西走向斷層橫穿峽谷，同時該范圍峽谷兩側(cè)分布有海拔超過6 000 m的連綿雪山，因而東西向展線難免會出現(xiàn)大范圍與斷層平行以及隧道埋深過大等問題。所以沿峽谷而下，垂直穿越斷層，采用隧道穿越狹窄彎曲處，利用加力坡克服坡降是最好的選擇。同時線路穿行于峽谷，離河岸距離短，并且多次跨越吉隆藏布，因而建議在該區(qū)間采用以橋代路的方式通過，使橋面高度大于最高洪水位0.5～1 m。該段AK299～AK336處為一段長約27 km的隧道，隧道最大埋深接近2 000 m，為本段線路的最大工程難點。隧道圍巖以質(zhì)地堅硬的石英巖、片麻巖、大理巖等為主，極易發(fā)生巖爆。

圖10 高山(中山)峽谷區(qū)段地形地貌圖

圖11 高山(中山)峽谷區(qū)段高程變化圖

吉隆藏布峽谷山高谷窄，褶皺斷層發(fā)育，同時巖崩、滑坡和泥石流災害頻發(fā)，該段為整條線路中地質(zhì)條件最復雜、工程難度最大的區(qū)段。

3.3隧道與橋梁統(tǒng)計

本文建議線路中橋隧總長173.3 km，橋隧比48.54%。主要橋梁9座，最大橋長3.2 km，最大橋高320 m； 主要隧道11條，最大長度25 km，最大埋深約2 000 m。由于橋隧部分占比很高，以下針對沿線隧道與橋梁的建設可行性進行分析。

4 隧道建設可行性分析

4.1喜馬拉雅地區(qū)的工程地質(zhì)挑戰(zhàn)

喜馬拉雅地區(qū)巖圈構(gòu)成十分復雜，其巖石類型包括沉積巖、變質(zhì)巖，形成年代可追溯到第四紀之前。同時喜馬拉雅地震帶也是世界三大地震帶之一，長久以來都是世界科學家研究與監(jiān)測的對象。這對隧道建設提出了挑戰(zhàn)。

4.1.1 不良巖體與高巖石應力

喜馬拉雅地區(qū)巖體的2個主要特征是各向異性與夾層[2]。各向異性極大地降低了巖石的穩(wěn)定性，而軟巖與硬巖之間的夾層使得巖石之間缺乏有效的粘合更加加深了這種不穩(wěn)定性。在破碎巖層中進行深埋隧道掘進，設計與施工的主要問題與巖石應力有關(guān)，如擠壓性圍巖與巖爆。

擠壓性圍巖可能會導致大范圍甚至不可預計的變形和支護失效。如果采用傳統(tǒng)的盾構(gòu)開挖方法，高圍壓會導致盾構(gòu)外殼變形，發(fā)生卡盾事故，這也是盾構(gòu)法很少運用到這種地質(zhì)條件中的主要原因。盾構(gòu)法較其他施工方法在處理卡盾事故上需要耗費大量的時間與金錢，而對于傳統(tǒng)的開挖方法，如鉆爆法、新奧法等，更適合在該種地質(zhì)條件下進行施工，一般能夠允許運用更大變形的彈性支撐以避免襯砌背后應力的累積。此外，由于構(gòu)造運動或埋深產(chǎn)生的高應力會導致在破碎脆性硬巖中開挖發(fā)生巖爆的概率大大增加。

4.1.2 地震與剪切帶

喜馬拉雅地區(qū)是一個年輕的造山帶，造山運動仍在持續(xù)中。沿著這一構(gòu)造帶曾發(fā)生過18次8級及8級以上巨大地震、100余次7～7.9級地震[3]。因此，地震活動是本鐵路線建設和運營過程中監(jiān)測的重點。

喜馬拉雅地區(qū)修建的隧道幾乎都會遇到不同厚度的剪切帶，剪切帶是由于局部褶皺、沖斷作用形成的接近平行的墻體。隧道在剪切帶中掘進出現(xiàn)事故的嚴重程度與破碎帶的厚度、寬度、性質(zhì)以及剪切方向與線路的關(guān)系有關(guān)。在多數(shù)情況下，剪切帶都伴隨著涌水，會極大地延誤工期，甚至會導致洞室的完全破壞。因此，在路線設計中，可以通過路線盡量垂直穿過剪切帶走向的方法減輕此影響。

4.1.3 涌水與地熱

在修建隧道之前，由于高原地區(qū)條件等的限制不能對沿線進行詳細的水文地質(zhì)勘探，因此可以提前采取的預防措施較少。喜馬拉雅地區(qū)的地質(zhì)條件復雜，不可避免地要經(jīng)過含水構(gòu)造區(qū)域，如斷裂帶、侵入巖接觸帶等，隧道施工發(fā)生涌水不僅會破壞圍巖的穩(wěn)定性，影響支護的質(zhì)量，嚴重時甚至釀成重大事故或?qū)е戮€路重選。

從圍巖和構(gòu)造來看，在灰?guī)r、白巖等可溶性圍巖中隧道涌水較大，在泥質(zhì)巖、砂巖類圍巖中隧道涌水較小，而當各種破碎帶比較發(fā)育，無論什么樣的圍巖，隧道施工常會有大規(guī)模、高水壓的涌水，甚至伴隨突泥災害，在大的斷裂帶、區(qū)域斷裂帶、張性斷層附近，涌水會更嚴重。因此在高喜馬拉雅和低喜馬拉雅地區(qū)的涌水災害可能會比沿線另外2個構(gòu)造帶中的嚴重[4]。

喜馬拉雅地區(qū)圍巖的溫度受活動構(gòu)造和埋深極大影響。根據(jù)印度和尼泊爾水電項目的經(jīng)驗以及喜馬拉雅地區(qū)大量的溫泉，估計圍巖溫度將達到40～60 ℃，或者更高。印度Nathpa Jhakri水電項目的輸水隧道在建設過程中，巖體溫度從52 ℃到66 ℃不等[5]。人在高溫濕熱環(huán)境下進行作業(yè)時，會因為排汗受阻而無法進行正常散熱，進而影響人體的正常代謝，給施工人員造成傷害。因此，在隧道施工過程中，對圍巖溫度的監(jiān)測與預警、有效的通風以及降溫系統(tǒng)十分重要。在隧道埋深較大的高喜馬拉雅和低喜馬拉雅地區(qū)，更易受到地熱災害的影響。

4.1.4 巖爆

巖爆是地下工程在開挖過程中，脆性巖體在高應力的條件下，由于施工爆破擾動原巖，使其內(nèi)部存儲的彈性應變能急劇釋放，造成開挖空間周圍部分巖石產(chǎn)生爆裂松脫、剝落、彈射甚至拋擲的動態(tài)力學現(xiàn)象。巖爆一般發(fā)生在完整性好，裂隙發(fā)育少，質(zhì)地堅硬，巖性脆的巖體中。除了圍巖的物理性質(zhì)外，巖爆的發(fā)生還與隧道開挖方式有關(guān)，因為開挖方式影響了圍巖損傷帶或擾動帶的厚度，同樣地質(zhì)條件，TBM法施工比鉆爆法施工發(fā)生巖爆的概率低[6]。

4.1.5 凍土

按照決定多年凍土發(fā)育的主導條件，緯度地帶性和高度地帶性，喜馬拉雅屬于高海拔多年凍土。隧道圍巖發(fā)生凍害的基本條件是水和溫度，因此防凍脹時應主要考慮防排水、保溫隔熱、輔助加熱措施。保溫抗凍和防排水問題是決定寒區(qū)隧道是否發(fā)生凍害影響的關(guān)鍵技術(shù)難題。

在我國，隨著西部大開發(fā)的深入，在西北地區(qū)已有近10座鐵路及公路隧道修建，如大阪山隧道(海拔3 795 m)、風火山隧道(海拔4 900 m)、昆侖山隧道(海拔4 700 m)、鄂拉山隧道(海拔4 200 m)等。這些隧道為高海拔高寒地區(qū)修建隧道積累了豐富的經(jīng)驗。

4.2隧道建設方法比選

山嶺隧道施工方法受到對線路區(qū)域地質(zhì)調(diào)查局限性的影響，存在較多不確定性，因此要確保在復雜性圍巖下穩(wěn)定施工的方案。山嶺隧道施工技術(shù)主要有隧道掘進機(TBM)法和鉆爆法，2種方法的技術(shù)特點對比見表1。目前，國內(nèi)山嶺隧道多以鉆爆法施工為主，且近年來施工技術(shù)進步比較顯著，但在大埋深、長隧道開挖中存在的涌水、高巖石應力巖爆等一些技術(shù)問題仍待解決。

表1 TBM法和鉆爆法比選
Table 1 Comparison between TBM method and drilling and blasting method

施工方法優(yōu)點缺點適用條件經(jīng)濟性TBM法 機械挖掘，穩(wěn)定性優(yōu)秀，施工速度快，安全性好 地質(zhì)適應能力差，圓形斷面下面有死角，對施工地點場地交通有要求 深埋長隧道、地質(zhì)條件較為簡單 裝備昂貴，需要配套設備鉆爆法 施工組織復雜，工期較長，安全性較差 地質(zhì)適應能力較好 中、短隧道，地質(zhì)條件復雜 當單洞長度較小時，施工費用低廉

選擇山嶺隧道施工方法考慮的因素主要有地質(zhì)情況、隧道埋深、隧道長度、工期要求和環(huán)境情況等因素。在此前提下，跨喜馬拉雅鐵路線可以采用以TBM法為主、鉆爆法為輔的施工建設方法。

5 橋梁建設可行性分析

5.1橋梁選址原則

本工程為全線鐵路穿越，在鐵路橋梁設計中，橋梁高度越小，則越有助于鐵路實現(xiàn)較高的平順性、舒適性和安全性，同時還能減小國家對橋梁的投資。因此，在考慮地形地貌、橋隧銜接等多方面因素的前提下，盡量選擇最小橋高的施工方案，以減小施工難度和橋梁造價。

在深山峽谷內(nèi)施工橋梁時，需要修筑較長的施工便道，以方便材料的運輸。而對于比較狹窄的地區(qū)，施工場地的布置相對比較困難。位于山腰中間的橋梁，施工材料需要垂直運輸。因此出于施工考慮，應當將橋梁布置在地形適宜于材料運輸和施工便利的位置。

橋梁應選址在河床較窄、河道順直、河槽變遷不大、水流平穩(wěn)、兩岸地勢較高而穩(wěn)定的地段，避免選在具有遷移性(強烈沖刷的、淤積的、經(jīng)常改道的)河床，以及活動性大河灣、大砂洲或大支流匯處。橋基需選擇在基底巖體堅硬完整的河床或者山體處。同時，橋軸線法向、橋墩縱軸線也應與水流流向盡量一致, 這樣在相同的橋梁跨度下,可以減小橋梁墩臺對河道流場的影響。

出于工程地質(zhì)考慮，橋址選擇在區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造穩(wěn)定性條件好，地質(zhì)構(gòu)造簡單，斷裂不發(fā)育的地段。橋線方向應與主要構(gòu)造線垂直或大交角通過斷裂帶。橋墩和橋臺盡量不置于斷層破碎帶上。在山區(qū)應特別注意兩岸的不良地質(zhì)現(xiàn)象，如滑坡、崩塌、泥石流、巖溶等，應查明其規(guī)模、性質(zhì)和穩(wěn)定性，論證其對橋梁危害的程度，以做出合理的橋址位置選擇。

5.2沿線橋梁方案

根據(jù)已有的橋梁建造經(jīng)驗，常規(guī)橋梁結(jié)構(gòu)體系的使用跨徑和極限跨度見表2。參考表2，給出沿線的橋梁方案。

表2常規(guī)橋梁結(jié)構(gòu)體系的使用跨徑和極限跨度
Table 2 Use span and limit span of conventional bridge structure system

橋型經(jīng)濟適用范圍/m極限跨度/mR．C．板橋10～2050P．C．簡支梁橋(石拱橋)20～50100P．C．連續(xù)梁橋(R．C．拱橋)50～150200 P．C．連續(xù)剛架橋(鋼管混凝土拱橋)150～300400鋼連續(xù)梁橋(結(jié)合梁橋)200～300400P．C．斜拉橋(鋼箱拱橋)200～500600結(jié)合梁斜拉橋(鋼桁架拱橋)500～700800鋼斜拉橋、混合橋面斜拉橋700～12001500懸索橋、協(xié)作體系1000～50006000網(wǎng)索橋 >3000由材料強度決定

5.2.1 中山寬谷區(qū)段

該區(qū)段內(nèi)地勢平緩，鐵路應主要采用路基的方式進行穿越，以減少造價。橋梁主要應用在跨越窄河、道路、村莊、田野等區(qū)域內(nèi)。沿線所需橋梁跨越長度均不超過200 m，當遇到窄河、村莊等需要1跨跨越的情況時，單跨跨徑均不超過100 m。此時在這些區(qū)域均可采用P.C.連續(xù)梁橋方案。當單跨跨徑為60～100 m時，采用P.C.箱梁進行跨越； 當單跨跨徑在60 m以下時，可采用P.C.T梁進行連續(xù)跨越。由于該區(qū)域內(nèi)梁高有限，可采用懸臂澆注或滿堂支架逐跨現(xiàn)澆施工方式。

5.2.2 中山窄谷區(qū)段

在進入窄谷區(qū)域后，采用路基的方式需進行大量的挖填作業(yè)，將耗費大量的人力物力。當采用橋梁方案進行穿越時，由于這部分橋梁的高度較大，不適用于支架施工，因此主要采用懸臂澆注的方式。此時，一方面能夠適應多變的地形，保證線路順利通過； 另一方面能夠在多點同時采用懸臂澆注的方式進行掛籃施工，較大程度地縮短該區(qū)段的建造工期。為減小高墩的建造成本，應盡可能減少橋墩設置。

5.2.3 沖洪積扇區(qū)段

該區(qū)段地勢較為平穩(wěn)，總體特點與中山寬谷區(qū)段類似。穿越方案仍可采用路基為主、橋梁跨越的思路。橋型選擇和橋梁跨徑也可參考中山寬谷區(qū)段的方案。但對于沖洪積扇在不同區(qū)段的特點，橋梁應盡可能選擇大跨度進行跨越，并根據(jù)橋梁所在沖洪積扇的不同區(qū)段，相應地設置導流堤，減小橋梁水毀的概率。

5.2.4 高山峽谷區(qū)段

在高山峽谷區(qū)段，為同時滿足路線較短和坡降合理的要求，考慮采用隧道和橋梁的交替方案。因此，在這一區(qū)段橋梁主要應用在隧道口之間的峽谷部分。其主要特點是跨徑大、橋位高。此外，為適應鐵路的坡降要求，2個隧道口之間的距離較長，最長橋梁為3.2 km。在到達加德滿都前，沿線需要連續(xù)跨越2個較寬的峽谷，其中AK334+500～ AK337+700為前一座跨越寬谷的橋梁，其峽谷上方跨度和橋位高程均較大，難度較高。該橋位處地形的剖面見圖12。

圖12 AK335+200～AK337+200橋位處高程剖面圖Fig. 12 Elevation profile of bridge site at AK335+200～AK337+200

根據(jù)地形的剖面、寬谷跨越的要求、隧道埋深及橋高的影響，主要形成3種跨越方案： 方案1，隧道口之間1跨跨越寬谷； 方案2，根據(jù)隧道埋深和極限高墩建造能力確定橋梁主跨跨度，并采用合理橋型跨越； 方案3，采用連續(xù)剛構(gòu)橋，充分利用其跨越能力，盡可能減少墩數(shù)。從橋長、體系受力特點和施工性等方面對3種方案進行比較，見表3。

表3 橋梁方案比選

6 結(jié)論

“中—尼—印鐵路通道”的建設將極大促進中國與尼泊爾、印度之間的貿(mào)易往來，但其工程難度也非常大。在研究沿線區(qū)域地質(zhì)特點的基礎上，總結(jié)工程的建設難點，并根據(jù)一定的選線原則，對“中—尼—印鐵路通道”日喀則至加德滿都區(qū)間的線路設計如下： 穿越馬拉山抵達吉隆縣，沿吉隆溝穿越喜馬拉雅山脈直抵中尼邊境吉隆鎮(zhèn)，由吉隆口岸附近進入尼泊爾境內(nèi)，順吉隆溝在尼泊爾境內(nèi)段抵達其首都加德滿都附近。根據(jù)地貌單元的差異，可將線路分為中山寬谷區(qū)段、中山窄谷區(qū)段、沖洪積扇區(qū)段、隧道穿越區(qū)段以及高山(中山)峽谷區(qū)段。

沿線隧道建設會面臨不良巖體與高巖石應力、地震與剪切帶、涌水與地熱、巖爆、凍土等因素的挑戰(zhàn)，建議采用以TBM法為主、鉆爆法為輔的施工方法。沿線橋梁建設則應因地制宜，根據(jù)不同區(qū)間的地質(zhì)特點，采用相應的建設方法。

7 致謝

感謝同濟大學“一帶一路”交通與城市建設集成研討平臺為本次研究考察提供資助！西藏自治區(qū)交通運輸廳的工作人員和尼泊爾特里布文大學Megh Raj Dhital教授分別在西藏和尼泊爾陪同研究團隊進行考察，提供了大量幫助和技術(shù)交流，在此特別致謝！

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PreliminaryDesignandConstructionFeasibilityAnalysisofChina-Nepal-IndiaRailwayChannel

BAI Yun1, SHI Zhenming1, SHI Xuefei2

(1.DepartmentofGeotechnicalEngineering,TongjiUniversity,Shanghai200092,China; 2.DepartmentofBridgeEngineering,TongjiUniversity,Shanghai200092,China)

Along with the promoting of The Belt and Road initiative, the construction of transnational transportation channel becomes one of the key links in the implementation of the initiative. However, the existing experience can not fully meet the construction requirement of transnational transportation and urban infrastructure under complex geological conditions. The necessity and benefit of China-Nepal-India Railway Channel passing through Nepal and linking China and India are analyzed; and then the preliminary design of the railway is completed. The construction difficulties, including large slope, complex geological structure, poor infrastructure construction condition and bad construction environment, a large number of long and deep tunnels and large-span bridges and complex environment and climate conditions, are summarized. Furthermore, the construction feasibilities of tunnels and bridges along the line are analyzed; meanwhile, some construction advices, i. e. mainly TBM method and supplemented drilling and blasting method and proper construction method selection for bridge scheme, are proposed.

The Belt and Road; China-Nepal-India Railway Channel; route design; feasibility analysis; tunnel; bridge

2017-05-16;

2017-08-03

白云(1958—)，男，上海人，2003年畢業(yè)于同濟大學，隧道與地下工程專業(yè)，博士，教授，主要從事盾構(gòu)隧道設計與施工技術(shù)、非開挖施工技術(shù)、城市地下空間開發(fā)、地下工程風險管理等研究工作。 E-mail： baiyun1958@#edu.cn。

10.3973/j.issn.1672-741X.2017.10.001

U 45

A

1672-741X(2017)10-1201-08