展志成

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

我國地域遼闊，地形地貌變化大，總的地貌輪廓是西高東低，形成以西藏高原為最高，自西向東逐級下降的梯狀斜面(分為三級階梯)，其中山區(qū)面積約占全國面積的三分之二[4]。山區(qū)越嶺選線是鐵路選線設(shè)計(jì)的重難點(diǎn)之一，越嶺地段地形地質(zhì)條件復(fù)雜，線路克服高程大，工程艱巨，影響項(xiàng)目的主要技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和線路走向，控制項(xiàng)目的建設(shè)工期及總投資。牟瀚林對衢寧鐵路鷲峰山越嶺方案進(jìn)行了研究，主要從工程難易程度、工程地質(zhì)條件、工程投資以及對地方經(jīng)濟(jì)發(fā)展的帶動(dòng)作用等方面進(jìn)行比選并得出結(jié)論[7]。林海波對京張鐵路八達(dá)嶺越嶺方案進(jìn)行了研究，研究的重點(diǎn)為越嶺段最大坡度和車站埋深、站位的選址等方面[17]。越嶺選線的主要影響因素為:越嶺埡口、越嶺高程和越嶺隧道長度的確定[13]。隨著社會(huì)的發(fā)展和技術(shù)的進(jìn)步，進(jìn)一步研究總結(jié)越嶺選線的經(jīng)驗(yàn)，提高選線水平，對后續(xù)的鐵路勘察設(shè)計(jì)工作有重要的意義。

1 概述

伊寧至阿克蘇鐵路位于新疆維吾爾自治區(qū)西部伊犁哈薩克自治州和阿克蘇地區(qū)境內(nèi)，北起伊犁哈薩克自治州境內(nèi)的精霍鐵路伊寧站，沿線途經(jīng)鞏留、特克斯、昭蘇后穿越南天山，經(jīng)阿克蘇地區(qū)的拜城、南疆鐵路羊塔克庫都克站至阿克蘇站，線路正線全長565.98 km。本線是國家中長期鐵路網(wǎng)的重要組成部分，是新疆西部南北疆地區(qū)及沿邊口岸間的便捷連接通道，是區(qū)域路網(wǎng)干線鐵路，主要區(qū)段以客為主、兼顧貨運(yùn)。

本項(xiàng)目對國家實(shí)施“一帶一路”倡議，打造絲綢之路經(jīng)濟(jì)帶新疆核心區(qū)，實(shí)施區(qū)域協(xié)調(diào)發(fā)展戰(zhàn)略，落實(shí)精準(zhǔn)扶貧，實(shí)現(xiàn)全面建設(shè)小康社會(huì)，支持民族邊疆地區(qū)建設(shè)，維護(hù)新疆穩(wěn)定，支持沿線地區(qū)資源開發(fā)，推進(jìn)生態(tài)文明建設(shè)等具有重要意義和作用。在路網(wǎng)中，本項(xiàng)目是亞歐大陸橋精霍至蘭新和南疆兩大鐵路通道間的便捷連接線，通過精霍線、蘭新線、南疆線，串聯(lián)阿拉山口、霍爾果斯、伊爾克什坦、紅其拉甫等沿邊各大口岸，對完善區(qū)域綜合交通運(yùn)輸體系，填補(bǔ)區(qū)域路網(wǎng)空白，優(yōu)化區(qū)域路網(wǎng)格局，增強(qiáng)區(qū)域路網(wǎng)機(jī)動(dòng)靈活性等具有重要意義和作用[1]。

2 影響線路走向的主要因素

2.1 沿線既有及規(guī)劃路網(wǎng)概況

沿線既有鐵路包括精霍鐵路和南疆鐵路。精霍鐵路現(xiàn)狀為單線內(nèi)燃，限制坡度20‰，旅客列車行車速度120 km/h，牽引質(zhì)量4 000 t，規(guī)劃年度增二線并電化。南疆鐵路庫車至阿克蘇現(xiàn)狀為雙線內(nèi)燃，限制坡度6‰，旅客列車行車速度160 km/h，規(guī)劃年度將實(shí)現(xiàn)雙線電氣化。規(guī)劃鐵路有伊寧至巴倫臺(tái)鐵路、新和至拜城鐵路和烏魯木齊至伊寧高速鐵路。

2.2 重要經(jīng)濟(jì)據(jù)點(diǎn)

研究范圍內(nèi)經(jīng)濟(jì)據(jù)點(diǎn)有伊寧市、鞏留縣、特克斯縣、昭蘇縣、拜城縣、阿克蘇市等。

2.3 自然保護(hù)區(qū)、風(fēng)景名勝區(qū)等環(huán)境敏感點(diǎn)

沿線有眾多環(huán)境敏感區(qū)，主要包括：新疆托木爾峰國家級自然保護(hù)區(qū)、新疆昭蘇天山圓柏自然保護(hù)區(qū)、新疆拜城木扎提河自然保護(hù)區(qū)、托木爾世界自然遺產(chǎn)地、喀拉峻草原風(fēng)景名勝區(qū)、昭蘇夏塔古道國家森林公園(保護(hù))、新疆特克斯縣太極島森林公園、昭蘇特克斯河國家濕地公園、新疆天山阿合牙孜國家濕地公園、溫宿大峽谷國家級地質(zhì)公園、鐵熱克溫泉等。沿線文物眾多，分布大量的古墓葬、古遺址、石窟寺及石刻，如著名的克孜爾石窟、姑墨古城遺址、細(xì)君公主墓、圣佑廟、小哄納海草原石人等。

2.4 國防要求

《鐵路建設(shè)貫徹國防要求技術(shù)規(guī)程》(試行)(鐵計(jì)〔2005〕23號)3.0.1規(guī)定：“鐵路線路走向宜避免平行國境線，當(dāng)無法避免時(shí)，兩者相距不宜小于45 km。確因特殊情況不足45 km時(shí)，可降低至30 km”。

2.5 地形地貌

伊寧至鞏留為伊犁河沖洪積平原，地勢東高西低，地形平坦開闊，南北兩側(cè)山前均發(fā)育有二、三級階地，海拔高程600～820 m；鞏留至特克斯為烏孫山中山區(qū)，地形起伏較大，山谷多呈“V”字形，溝谷地形較陡峻，海拔高程1 100～2 200 m；特克斯至昭蘇為特克斯河沖洪積平原，發(fā)育有山前多級階地和沼澤，海拔高程1 100～1 800 m；昭蘇至拜城為南天山高山、極高山區(qū)，河床溝谷較陡，下切作用強(qiáng)烈，兩岸地形陡峻，海拔高程3 000～5 500 m，相對高差1 000～2 500 m。區(qū)內(nèi)人跡罕至，極高山區(qū)遍布常年積雪和冰川；拜城至阿克蘇段為典型的山前沖洪積傾斜平原，整體地勢自北向南傾斜，海撥高程1 100～2 000 m，南北向溝谷發(fā)育，局部河溝有常年流水，地表以荒漠戈壁為主。

2.6 工程地質(zhì)

(1)地層巖性

線路位于塔里木-南疆地層分區(qū)內(nèi)，途經(jīng)中南天山與塔里木兩大地層分區(qū)，沿線地層混雜多變，地層時(shí)代從元古代至新生代均有分布。主要巖性有以花崗巖、安山巖等為主的侵入巖，以片巖、大理巖、板巖、千枚巖為主的變質(zhì)巖，以砂巖、泥巖、礫巖、凝灰?guī)r等為主的沉積巖，以灰?guī)r、白云質(zhì)大理巖等為主的可溶巖，以及以黏性土、粉土、黃土、砂類土、碎石類土為主的第四系松散堆積層。

(2)地質(zhì)構(gòu)造

線路由伊犁盆地引出，向南橫穿中南天山山脈后進(jìn)入塔里木盆地北緣，在區(qū)域范圍內(nèi)主要涉及二個(gè)一級大地構(gòu)造單元：北部為天山-興安嶺地槽的西南天山褶皺系，南部為塔里木地臺(tái)。受地質(zhì)構(gòu)造影響，褶皺、斷裂發(fā)育，主要褶皺有依邊哈比爾尕復(fù)向斜、闊爾庫背斜、烏孫山復(fù)向斜、阿克牙孜-巴斯卡恰復(fù)向斜、哈里克套復(fù)背斜等大型褶皺，主要斷裂有特克斯河斷裂、那拉提北麓深斷裂、那拉提斷裂、托木爾峰-庫爾干深斷裂、庫爾勒斷裂、卻勒塔格斷裂等大斷裂。

2.7 本線主要技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)

本線為標(biāo)準(zhǔn)國鐵I級，單線，速度目標(biāo)值為160 km/h，從貨流特征、區(qū)域路網(wǎng)運(yùn)輸組織、沿線地形條件、機(jī)車性能、工程運(yùn)營費(fèi)用等角度進(jìn)行綜合比選，本線最大坡度采用20‰，牽引種類為電力，機(jī)車類型為HXD系列，牽引質(zhì)量為3 000 t、部分4 000 t，到發(fā)線有效長度為880 m，閉塞類型為自動(dòng)站間閉塞。

3 南天山越嶺方案研究

本線需翻越東西向的天山主脈—南天山。根據(jù)南天山水系分布以及山體寬度分布情況(見圖1、圖2)，研究具備引線條件的河谷，進(jìn)而選取合適的越嶺埡口。南天山自西向東(直線距離280 km) 的山脊線中，埡口海拔高程在3 500～4 400 m之間。結(jié)合線路走向和山體寬度，選取了四個(gè)越嶺埡口方案：東都果爾河-木扎提河(西方案)；阿克牙孜河-喀普斯朗河(中方案)；闊克蘇河-瓊果勒河(東方案)，沿國道217通道越嶺方案。沿國道217通道越嶺方案線路運(yùn)營長度為607.58 km，其中巴音布魯克至庫車段與規(guī)劃奎庫鐵路共線，新線長度292.98 km，既有線改建長度314.6 km(改建庫俄線85.9 km，南疆線228.7 km)，繞行距離過長，南天山越嶺隧道長達(dá)38.4 km，工程可實(shí)施性差，且線路未經(jīng)過特克斯縣、昭蘇、拜城等重要經(jīng)濟(jì)據(jù)點(diǎn)，社會(huì)效益差，研究后予以舍棄。重點(diǎn)研究東、中、西三大越嶺線路走向方案。

圖1 南天山水系及山體寬度示意

圖2 南天山山脊線及埡口示意

3.1 方案說明

中方案：線路自比較起點(diǎn)精霍線布列開站引出，經(jīng)鞏留縣、特克斯縣、昭蘇縣后向南，經(jīng)喀夏加爾鎮(zhèn)，沿阿克牙孜溝向南穿越南天山(越嶺隧道27.9 km，所在區(qū)間雙線)。出隧道后，線路繼續(xù)向南，經(jīng)鐵熱克至拜城，后向南穿越卻勒塔格山接軌于既有南疆線羊塔克庫都克站，之后，南疆線雙線電化至阿克蘇站。線路長522.385 km，其中既有線電氣化109.27 km，新線長413.115 km，橋梁總長43.73 km，隧道總長103.63 km，橋隧比為28.21%。

西方案：線路自比較起點(diǎn)精霍線布列開站引出，經(jīng)鞏留縣、特克斯縣、昭蘇縣后，線路折向西南，至夏特柯爾克孜族鄉(xiāng)后沿東都果兒溝(西方案如果沿夏特河谷地形條件最好，但夏特河谷已經(jīng)開發(fā)為景區(qū)，地方政府堅(jiān)決反對)穿越南天山(越嶺隧道16.7 km，所在區(qū)間雙線)，出隧道后向南沿木扎提河谷走行，經(jīng)溫宿縣破城子，穿越卻勒塔格山，至南疆線喀拉玉爾滾站，之后雙線電氣化至阿克蘇站。線路長493.576 km，其中既有線電化47.266 km，新線長446.31 km，橋梁總長36.52 km，隧道總長99.49 km，橋隧比為27.56%。

東方案：線路自比較起點(diǎn)精霍線布列開站引出， 經(jīng)鞏留縣、特克斯縣折向南，上跨特克斯河，沿闊克蘇河谷行進(jìn)穿越南天山(越嶺隧道28.34 km，所在區(qū)間雙線)。出隧道后，線路經(jīng)黑英鄉(xiāng)西側(cè)向西南走行，經(jīng)拜城縣后向南，接軌于既有南疆線羊塔克庫都克站，之后雙線電氣化至阿克蘇站。線路全長490.093 km，其中既有線電化109.27 km，新線長380.823 km，橋梁總長33.52 km，隧道總長131.79 km，橋隧比為33.73%。

各方案主要工程數(shù)量及投資比較見表1。

表1 主要工程數(shù)量及投資比較

3.2 方案優(yōu)缺點(diǎn)分析

(1)從路網(wǎng)銜接方面分析

中、東方案較西方案利用既有南疆線長62 km，南疆線速度目標(biāo)值與本線一致，限制坡度小于本線，僅需電化，新建長度短，節(jié)省投資，中方案可以兼顧規(guī)劃新和至拜城鐵路運(yùn)量，推遲新拜鐵路建設(shè)時(shí)機(jī)。

(2)從沿線經(jīng)濟(jì)據(jù)點(diǎn)分布分析

中方案串聯(lián)了沿線所有經(jīng)濟(jì)據(jù)點(diǎn)，西方案未經(jīng)拜城縣，東方案未經(jīng)昭蘇縣。

(3)從國防要求分析

西方案89 km段落距離國境線不足45 km，不滿足《鐵路建設(shè)貫徹國防要求技術(shù)規(guī)程》中不宜小于45 km的規(guī)定，中、東方案滿足要求。

(4)從工程地質(zhì)條件分析

中方案：天山北側(cè)阿克牙孜溝溝谷寬闊，地形相對較緩，不良地質(zhì)以危巖落石、崩塌為主，有防護(hù)條件，工程地質(zhì)條件相對較好；天山南側(cè)地形陡峻，受構(gòu)造和風(fēng)化影響，危巖落石、崩塌等不良地質(zhì)發(fā)育，地層巖性以片巖、片麻巖等變質(zhì)巖為主，工程地質(zhì)條件較差；南天山越嶺隧道橫穿南天山主脊，地層以志留系大理巖、片巖、片麻巖等變質(zhì)巖為主，受構(gòu)造、埋深及冰川影響，洞內(nèi)地應(yīng)力、地溫、水壓高，局部發(fā)育有巖溶，工程地質(zhì)條件相對較好。

西方案:天山北側(cè)東都果兒溝溝谷較窄，地形較陡，不良地質(zhì)以危巖落石、崩塌、泥石流為主，工程地質(zhì)條件一般；天山南側(cè)木扎提河河谷寬闊，局部發(fā)育有危巖落石、崩塌、泥石流等不良地質(zhì)，有防護(hù)條件，工程地質(zhì)條件相對較好；南天山越嶺隧道：橫穿南天山主脊，地層以志留系大理巖、片巖、片麻巖等變質(zhì)巖和花崗巖為主，受構(gòu)造、埋深及冰川影響，洞內(nèi)地應(yīng)力、地溫、水壓高，局部發(fā)育有巖溶。隧道及可溶巖最短，構(gòu)造相對簡單，工程地質(zhì)條件相對最好。

東方案:天山北側(cè)闊克蘇河河谷最窄，地形陡峻，危巖落石、崩塌最發(fā)育，其中克孜勒闊拉村附近第三系泥巖滑坡發(fā)育，對線路影響較大，工程地質(zhì)條件最差；天山南側(cè)地形陡峻，受構(gòu)造和風(fēng)化影響，危巖落石、崩塌、泥石流等不良地質(zhì)發(fā)育，地層巖性以片巖、片麻巖、花崗巖等為主，工程地質(zhì)條件較差；南天山越嶺隧道橫穿南天山主脊，地層以志留系大理巖、片巖、片麻巖等變質(zhì)巖為主，受構(gòu)造、埋深影響，洞內(nèi)地應(yīng)力、地溫、水壓高，發(fā)育有巖溶，隧道及可溶巖最長，構(gòu)造應(yīng)力復(fù)雜，工程地質(zhì)條件最差。

(5)從隧道工程條件分析

中方案：隧道18座，總長103.63 km，越嶺主隧道長27.9 km，工期約60個(gè)月；20 km以上的隧道一座，需設(shè)置救援站工程，隧道工程量較大；越嶺隧道及埋深較大的隧道基本為南北向，與最大主應(yīng)力方向相交角度為6°，對隧道結(jié)構(gòu)有利。溝谷相對寬闊，運(yùn)輸條件較好，南天山隧道進(jìn)口場地相對開闊，施工條件較好，出口便道條件差。

西方案：隧道21座，總長99.49 km，越嶺主隧道長16.695 km，工期約52個(gè)月；越嶺隧道與最大主應(yīng)力方向角度為13°，最大埋深為2 115 m；隧道埋深較大，地應(yīng)力較高，對隧道通風(fēng)和結(jié)構(gòu)不利；線路沿夏特古道行走，溝谷寬闊，運(yùn)輸條件好。南天山隧道進(jìn)口高程較高，距離冰川較近，溝內(nèi)水流較大，場地條件較差；出口場地開闊，施工條件好。

東方案：隧道17座，總長131.79 km，越嶺主隧道長28.34 km，工期約65個(gè)月；有20 km以上的隧道一座，需設(shè)置救援站工程，隧道工程量較大；越嶺隧道與最大主應(yīng)力方向角度為8°，最大埋深為1 720 m；隧道埋深較大，隧道走向與最大主應(yīng)力呈大角度相交，地應(yīng)力較高，對隧道結(jié)構(gòu)不利；線路沿闊克蘇河谷行走，河谷狹窄、陡峭，運(yùn)輸條件差。南天山隧道進(jìn)、出口場地相對狹小，施工條件最差。

(6)從環(huán)保方面分析

中方案：線路穿越特克斯國家濕地公園合理利用區(qū)、拜城木扎提河濕地自然保護(hù)區(qū)實(shí)驗(yàn)區(qū)。

西方案：線路穿越特克斯國家濕地公園合理利用區(qū)、托木爾世界自然遺產(chǎn)地緩沖區(qū)(28 km)，尤其是穿越夏塔古道國家級森林公園(47 km)，審批通過難度大，建設(shè)工期不可控。東方案線路從拜城木扎提河濕地自然保護(hù)區(qū)的實(shí)驗(yàn)區(qū)通過。

(7)從工程投資分析

中方案投資最高，較西方案高4.45億元，較東方案高0.98億元。

3.3研究結(jié)論

綜上分析，東、中、西三個(gè)方案越嶺段工程條件均較復(fù)雜，但主要影響因素不同。西方案較中方案雖南天山越嶺隧道短11.2 km，工期短8個(gè)月，投資省4.45億元，但該方案未經(jīng)拜城縣，且天山北端部分線路位于夏塔古道國家級森林公園內(nèi)，審批困難，建設(shè)工期不可控。有89 km段落距離國境線不足45 km，不滿足《鐵路建設(shè)貫徹國防要求技術(shù)規(guī)程》中不宜小于45 km的規(guī)定；東方案線路長度最短，但工程量大，越嶺隧道最長，且線路未經(jīng)過昭蘇縣，如考慮修建昭蘇縣支線(約65 km)，綜合投資較中方案增加25.02億元；中方案經(jīng)過了較多的經(jīng)濟(jì)據(jù)點(diǎn)，有利于推動(dòng)當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)發(fā)展，新建線路長度較短，滿足環(huán)保和國防要求，可以承擔(dān)新拜鐵路運(yùn)量，推遲新拜鐵路的建設(shè)時(shí)機(jī)，工程投資較省，故推薦中方案。

4 結(jié)束語

越嶺選線是山區(qū)鐵路選線的重中之重，選線過程中建議注意以下幾點(diǎn)。

(1)加強(qiáng)總體設(shè)計(jì)，充分考慮與周邊路網(wǎng)的銜接、政治經(jīng)濟(jì)據(jù)點(diǎn)的分布、地形地質(zhì)條件、環(huán)保及國防要求、越嶺工程實(shí)施條件等，在大區(qū)域范圍內(nèi)研究線路越嶺方案，逐步縮小方案研究范圍，深化、細(xì)化方案。

(2)選擇合適的越嶺埡口：埡口是選擇越嶺方案的主要控制點(diǎn)，應(yīng)在基本符合路線走向的較大范圍內(nèi)選擇，全面考慮埡口的位置、高程、地質(zhì)條件和展線條件等。一般應(yīng)選擇基本符合路線走向、高程較低、地質(zhì)條件較好、兩側(cè)山坡利于展線的埡口。

(3)結(jié)合技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)中限坡的選擇以及越嶺兩側(cè)引線的條件，做好不同越嶺高程、不同隧道長度方案的比選。隨著科技的進(jìn)步、勘察設(shè)計(jì)手段以及施工技術(shù)的提高，應(yīng)該重視長隧道方案的研究，以降低兩端引線的工程風(fēng)險(xiǎn)，提高鐵路技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，節(jié)省運(yùn)營費(fèi)用。

(4)高度重視地質(zhì)條件：地質(zhì)條件復(fù)雜的地區(qū)，建議超前開展大范圍的地質(zhì)加深工作，查明區(qū)域工程地質(zhì)條件、水文地質(zhì)條件和各種不良地質(zhì)，為越嶺埡口的選擇、長短隧道的選擇以及兩側(cè)引線河谷左右側(cè)的選擇提供支撐，做到繞有依據(jù)、治有措施，一次根治，不留后患[4]。

(5)堅(jiān)持“多跨、長隧、棧橋繞避，減少高填、深挖和小隧道群”的原則，規(guī)避建設(shè)風(fēng)險(xiǎn)和運(yùn)營隱患，保證工程的安全性、可靠性。