石培澤

(中鐵第一勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司，陜西西安 710043)

1 概述

寶中鐵路位于陜西、甘肅和寧夏回族自治區(qū)境內(nèi)，南起隴海鐵路虢鎮(zhèn)站，途經(jīng)寶雞市、平?jīng)鍪?、翻越六盤山支脈大灣嶺、經(jīng)固原市、吳忠市和中衛(wèi)市，縱貫陜、甘、寧三省區(qū)十四個(gè)縣市，跨黃河后，于包蘭鐵路柳家莊站接軌，后利用包蘭鐵路引入迎水橋編組站。

寶中鐵路是新亞歐大陸橋的輔助通道，系陸橋通道的組成部分，在路網(wǎng)中東聯(lián)隴海鐵路，西經(jīng)包蘭、干武鐵路與蘭新鐵路相接，形成西北地區(qū)與西南、華東、華南的重要通路。既有線全長(zhǎng)498.54 km，其中陜西、甘肅、寧夏境內(nèi)分別為115.20 km、93.58 km和289.76 km。

2 自然地理及地質(zhì)環(huán)境特征

2.1 自然地理特征

寶中鐵路平?jīng)瞿现凉淘巫咝杏陔]東黃土高原和六盤山東側(cè)，整體呈東南西北走向，自西北向東南地貌單元可劃分為涇河、頡河階地后緣、黃土塬前緣、六盤山東側(cè)小關(guān)山中低山區(qū)、清水河階地后緣及黃土塬前緣。

本線地處內(nèi)陸，由南向北明顯由季風(fēng)氣候向大陸性氣候過渡，平?jīng)鲋凉淘瓰檫^渡帶，受六盤山影響，氣溫偏低，降雨較多。年平均氣溫1.3～8.8 ℃，極端最高氣溫23.7～36 ℃，極端最低氣溫-32.3～-24.3 ℃，年平均降水量420.8～590.5 mm，年平均蒸發(fā)量1 131～1 732.9 mm，平均相對(duì)濕度62.8～67 %，年平均風(fēng)速1.6～6.1 m/s，最大瞬時(shí)風(fēng)速18～28 m/s，年平均八級(jí)以上大風(fēng)日數(shù)5～20.7 d，最大積雪厚度14～31 cm。

2.2 地層巖性

沿線地層主要為第四系黃土堆積和沖洪積層、中生界內(nèi)陸湖相沉積以及第三系斷陷盆地內(nèi)河湖相沉積，同心以北受祁連山地槽影響，寒武系至石炭系有出露。第四系風(fēng)積、沖積的黃土廣泛分布于隴東黃土塬及全線各主要河流的階地、谷坡和部分山區(qū)地表；沖、洪積黏性土、粉土、砂土、卵礫石層分布在沿線各河谷中，以清水河、黃河河谷沉積最厚。

2.3 地質(zhì)構(gòu)造

線路位于華北陸塊鄂爾多斯地塊之西南緣與秦祁活動(dòng)帶之祁連—北秦嶺褶皺系東端的復(fù)合部位，寧夏南部弧形擠入推覆構(gòu)造帶西華山—六盤山弧形推覆構(gòu)造帶的南段。大地構(gòu)造位置特殊，褶皺、斷裂較為發(fā)育地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜，構(gòu)造運(yùn)動(dòng)強(qiáng)烈。主要構(gòu)造方向南北向?yàn)橹?，線路通過褶皺4個(gè)，全區(qū)域分布大小斷層8條，對(duì)線路影響最大的為F1小關(guān)山東麓大斷裂。

2.4 不良地質(zhì)

沿線不良地質(zhì)現(xiàn)象主要有：滑坡，平?jīng)鲋凉淘坞]東黃土高原，地形地質(zhì)條件復(fù)雜，溝梁相間，沖溝發(fā)育，滑坡沿溝谷帶狀分布，連續(xù)成群，規(guī)模大，工程處理困難。地震液化：沿線地處高烈度地震區(qū)，河谷中分布的飽和粉細(xì)砂及粉土有地震液化現(xiàn)象，須處理。風(fēng)沙：線路在清水河下游進(jìn)入半干旱地區(qū)，在清水河階地及香山洪積平原地表出現(xiàn)沙丘、沙地，且由南向北逐漸增多。水庫坍岸，沿線分布多處水庫，尤以六盤山區(qū)較多，但多距離線路較遠(yuǎn)，不考慮水庫坍岸問題對(duì)線路的影響。

2.5 特殊巖土

沿線特殊巖土主要有：濕陷性黃土，廣泛分布的第四系上更新統(tǒng)風(fēng)積砂、黏質(zhì)黃土和全新統(tǒng)沖、洪積砂、黏質(zhì)黃土均具有濕陷性，濕陷特征與地貌單元有關(guān)。膨脹巖：沿線分布的上第三系、下第三系及白堊系的泥巖具有膨脹性，普遍具有抗風(fēng)化能力差、強(qiáng)度低，易崩解，單軸抗壓強(qiáng)度小于5 MPa，屬極軟巖。

3 寶中二線平?jīng)瞿现涟矅?guó)段方案研究

寶中二線平?jīng)瞿现涟矅?guó)段方案研究，包括三方面：既有線速度目標(biāo)值研究，二線速度目標(biāo)值方案研究以及增建二線主要方案研究[1]。

3.1 既有線速度目標(biāo)值研究

寶中鐵路平?jīng)瞿现凉淘渭扔芯€自平?jīng)瞿险疽龊?，沿涇河溯源而上，以隧道穿越六盤山的支脈大灣嶺至固原站。段落內(nèi)既有線長(zhǎng)度38.79 km，其中曲線23處，曲線長(zhǎng)度10.36 km，占線路長(zhǎng)度的27.34 %，其中R<600 m的4處，長(zhǎng)度1.78 km，占總長(zhǎng)度4.60 %；600m≤R<800m的2處，長(zhǎng)度1.63 km，占總長(zhǎng)度4.20 %；800m≤R<1 600m的9處，長(zhǎng)度2.57 km，占總長(zhǎng)度6.63 %；R≥1 600m的8處，長(zhǎng)度3.42 km，占總長(zhǎng)度8.82 km。橋梁長(zhǎng)度1.33 km/16座；隧道長(zhǎng)度1.22 km/2座；橋隧占比6.57 %。本段落內(nèi)平?jīng)瞿现疗經(jīng)黾扔芯€長(zhǎng)度14.09 km，其中緊坡地段長(zhǎng)度2.55 km，緊坡地段占比18.10 %；平?jīng)瞿现涟矅?guó)既有線長(zhǎng)度24.71 km，緊坡地段長(zhǎng)度11.44 km，緊坡地段占比46.32 %。

3.1.1 維持既有線不變

根據(jù)上述統(tǒng)計(jì)可知，本段落平?jīng)瞿现涟矅?guó)既有線速度目標(biāo)值為80～120 km/h，維持既有速度目標(biāo)值不變，平面無需對(duì)既有線進(jìn)行改建，但因既有線存在病害，實(shí)際目前無法達(dá)速。隧道主要病害有揚(yáng)水站隧道及虎山隧道的襯砌壓潰，整治約需2 655×104元；路基病害主要為路基下沉，本段共14處，總長(zhǎng)度3.35 km。

3.1.2 既有線提速至120 km/h

本次對(duì)既有線提速考慮為先增后改，既有線提速至120 km/h，最小曲線半徑800 m[2]?？紤]到既有平?jīng)瞿险炯俺稣竞蟮臎芎哟髽?22-24 m梁橋)對(duì)應(yīng)的R=700 m、R=600 m兩處半徑的改建會(huì)引起涇河大橋的廢棄，且平?jīng)鲋疗經(jīng)瞿蠀^(qū)間僅有快客及貨車通過，該處速度目標(biāo)值基本滿足，故對(duì)該段落暫按維持既有線標(biāo)準(zhǔn)考慮。由于平?jīng)龀稣径嘶⑸剿淼兰皳P(yáng)水站隧道位于古滑坡滑面下方，近年來病害嚴(yán)重，故本次暫按雙線繞行明線布線考慮，廢棄局部既有線。詳細(xì)情況如表1所示：

表1 既有線提速至120km/h改建工程統(tǒng)計(jì)

3.1.3 既有線提速至160 km/h

本段落內(nèi)，考慮安國(guó)站進(jìn)站前采用兩個(gè)500 m反向曲線相連，且既有安國(guó)車站位于半徑為1000 m的曲線上，既有線提速至160 km/h，對(duì)既有安國(guó)車站改建工程量大。安國(guó)站至長(zhǎng)隧道越嶺地段，地面高差大，地質(zhì)復(fù)雜，考慮關(guān)閉安國(guó)車站，利用既有安國(guó)車站緩坡，增建二線時(shí)用足坡度，拔起高程，可使得二線長(zhǎng)隧道進(jìn)口位于地質(zhì)條件較好的合理標(biāo)高。綜上分析，在該段落內(nèi)，廢棄兩個(gè)500 m反向曲線，采用雙線繞行，并關(guān)閉安國(guó)車站。詳細(xì)情況如表2所示：

3.1.4 速度目標(biāo)值研究綜述

綜上所述，平?jīng)瞿现涟矅?guó)段，既有線維持不變，無法達(dá)速，既有線提速至160 km/h，廢棄工程量大，且對(duì)既有安國(guó)車站改建工程量較大，既有線提速120 km/h投資較省，工程設(shè)置較為簡(jiǎn)易。故推薦既有線提速至120 km/h方案。

表2 既有線提速至160km/h改建工程統(tǒng)計(jì)

3.2 二線速度目標(biāo)值方案研究

基于既有線提改建方案，著重對(duì)增二線120 km/h及160 km/h兩個(gè)方案進(jìn)行了重點(diǎn)研究。

3.2.1 120 km/h方案

該方案自平?jīng)瞿险疽鲅丶扔袑氈需F路右側(cè)布線至虎山隧道處明線雙繞，后繼續(xù)沿既有線右側(cè)布線經(jīng)安國(guó)車站，出站后于頡河北岸明線布線至三關(guān)口長(zhǎng)隧道進(jìn)口，取直以16.26 km隧道越嶺，設(shè)彭陽站，出站后以五里山一號(hào)、二號(hào)、興隆隧道繼續(xù)越嶺至三十里鋪村附近出露，后繼續(xù)沿既有線右側(cè)清水河階地布線至固原站前換側(cè)至左側(cè)引入固原站。

比較范圍內(nèi)線路長(zhǎng)度90.27 km，橋梁6.39 km/19座，隧道24.34 km/4座，橋隧比34.03 %，靜態(tài)投資48.88億元。

3.2.2 160 km/h方案

該方案自平?jīng)瞿险疽?，沿既有寶中鐵路右側(cè)布線至虎山隧道處明線雙繞，后繼沿既有線布線經(jīng)安國(guó)車站，出站后在既有寶中鐵路三關(guān)口展線前進(jìn)隧道通過，后跨過頡河后接入120 km/h方案六盤山越嶺長(zhǎng)隧道線位至比較終點(diǎn)。

比較范圍內(nèi)線路長(zhǎng)度90.64 km，橋梁長(zhǎng)度4.71 km/16座，隧道28.86 km/6座，橋隧比37.04 %，靜態(tài)投資49.31億元。

3.3 速度目標(biāo)值研究綜述

(1)增建二線:工程方面比選，120 km/h方案與160 km/h方案比較，工程設(shè)置合理，工程投資更省。

(2)既有線提速至120 km/h，廢棄既有線較少，工程投資增加較少。

3.4 增建二線主要線路方案研究

3.4.1 既有線左右側(cè)增建二線方案選擇

本段落內(nèi)的主要控制因素有：平?jīng)瞿铣稣径藳芎哟髽?，虎山滑坡等，既有車站站房位置等?/p>

右側(cè)增建方案(CYK)：增建二線自平?jīng)瞿险居覀?cè)引出，跨涇河后沿既有線右側(cè)布線至平?jīng)稣?，出站后與既有揚(yáng)水站隧道前雙線繞行，明線走行于既有虎山隧道南側(cè)后繼續(xù)沿既有線右側(cè)布線至安國(guó)站。

左側(cè)增建方案(CZK)：增建二線自平?jīng)瞿险咀髠?cè)引出，跨越?jīng)芎雍髶Q側(cè)至既有線右側(cè)，后沿既有線右側(cè)布線至揚(yáng)水站隧道前明線雙線繞行后繼續(xù)沿既有線右側(cè)布線至安國(guó)站

本段落內(nèi)既有線走行于涇河階地，既有線兩側(cè)地形平坦，地質(zhì)條件相當(dāng)，根據(jù)可研鑒修意見，平?jīng)瞿险径€暫考慮在既有線右側(cè)引出從而與西平線貫通，本段落內(nèi)開站平?jīng)瞿险?，平?jīng)稣?、新李站及關(guān)站的安國(guó)站既有站房均位于線路左側(cè)，為減少換側(cè)及減少對(duì)既有車站的改建，本段落內(nèi)暫推薦既有線右側(cè)增建二線方案。

3.4.2 虎山隧道局部方案比選

本段落內(nèi)的主要控制因素有：揚(yáng)水泵站、平?jīng)霰鄙缴止珗@、虎山滑坡及既有虎山隧道嚴(yán)重病害(襯砌壓潰病害11處)。綜合地形地質(zhì)條件、既有線病害情況及上述控制因素，著重研究了兩個(gè)方案：(1)明線繞行方案(CK)；(2)隧道繞行方案(C15K)。方案示意圖如圖1所示：

圖1 虎山隧道方案比選示意

3.4.2.1 明線繞行方案(CK)

線路自平?jīng)稣居覀?cè)引出，于揚(yáng)水泵站處雙線繞行沿涇河北路北側(cè)布線，繞避虎山滑坡，后接入既有線繼續(xù)沿既有線右側(cè)布線。

比較范圍內(nèi)線路長(zhǎng)度2.9 km，其中橋梁長(zhǎng)度0.86 km/2座，橋梁比29.80 %，靜態(tài)投資2.14億元。

3.4.2.2 隧道繞行方案(C15K)

線路自平?jīng)稣居覀?cè)引出，與揚(yáng)水站隧道處雙繞以隧道走行于虎山滑坡群后緣，后接入既有線繼續(xù)沿既有線右側(cè)布線至方案比較終點(diǎn)。

比較范圍內(nèi)線路長(zhǎng)度3.17 km，其中橋梁0.13 km/1座，隧道長(zhǎng)度1.8 km/1座，橋隧比61.08 %，靜態(tài)投資2.72億元。方案工程經(jīng)濟(jì)比較表如表3所示：

表3 虎山隧道方案工程經(jīng)濟(jì)比較表

3.4.2.3 方案比選

從工程地質(zhì)角度分析：CK方案主要工程為虎山特大橋，地層巖性主要為沖積砂類土、碎石類土，地層相對(duì)單一穩(wěn)定。CK方案線路走行于涇河河谷區(qū)低級(jí)階地，盡量遠(yuǎn)離滑坡前緣，留足安全距離，邊坡穩(wěn)定性對(duì)其基本無影響。既有線病害對(duì)CK方案無影響，工程地質(zhì)條件一般。C16K方案主要工程為新虎山隧道，洞身通過地層位第三系泥巖、砂巖，進(jìn)、出口以風(fēng)積黃土為主。圍巖級(jí)別Ⅳ(占比30 %)、Ⅴ(占比70 %)級(jí)為主，具膨脹性。1921年海原大地震后，滑坡頂部塬邊開裂，次年急劇下滑，堆積在一級(jí)階地后緣。雖線路從滑坡群后緣立體繞避通過，一旦滑坡變形，對(duì)隧道有較大的影響，可能會(huì)產(chǎn)生各種病害，存在安全隱患。既有虎山隧道病害嚴(yán)重，掉塊、襯砌開裂等，多次整治，效果不佳，若二線設(shè)置隧道工程，受滑坡、既有線隧道變形等影響，增建二線亦可能發(fā)生類似病害。工程地質(zhì)條件差。

從與環(huán)境敏感點(diǎn)關(guān)系分析：明線繞行方案繞避平?jīng)霰鄙缴止珗@，環(huán)境影響?。凰淼览@行方案，以隧道通過環(huán)境敏感點(diǎn)約1.8 km，對(duì)環(huán)境敏感點(diǎn)有一定影響。

從工程設(shè)置及投資分析：明線繞行方案以橋路工程為主，工程設(shè)置簡(jiǎn)易；雖拆遷較大，但經(jīng)比選仍較隧道繞行方案節(jié)省投資0.59億元。

4 比選結(jié)論

綜上述，考慮既有虎山隧道病害問題，考慮采用明線繞行方案，工程投資較省，地質(zhì)評(píng)價(jià)相對(duì)較好。

5 結(jié)束語

線路作為構(gòu)造物的中心線[3]，改建既有線及增建第二線線路設(shè)計(jì)制約因素多，尤其是早期建設(shè)的山區(qū)單線鐵路擴(kuò)能改造項(xiàng)目，受當(dāng)時(shí)經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平和設(shè)計(jì)、施工能力的限制，一般既有線標(biāo)準(zhǔn)較低，長(zhǎng)期超負(fù)荷運(yùn)營(yíng)，致使線路工程病害較多，運(yùn)營(yíng)速度低，運(yùn)輸能力小，抵御自然災(zāi)害能力弱，運(yùn)營(yíng)成本高。因此增建第二線，特別是地形、地質(zhì)復(fù)雜地段二線選線更應(yīng)該充分遵循“地質(zhì)選線、環(huán)保選線、工程選線”的綜合選線原則[4]。這樣才能夠選出一條經(jīng)濟(jì)、合理的鐵路線路，也能夠?yàn)樵撹F路以后的施工、運(yùn)營(yíng)安全打下良好的基礎(chǔ)。