張 哲 程軼波 徐文浩 白葦杭

(中鐵工程設計咨詢集團有限公司,北京 100055)

1 概述

線路方案直接決定工程的難易程度、投資大小和后期施工及運營的安全,所以鐵路選線是鐵路項目設計中最基本、最重要的工作,也是影響全局的總體性工作[1]。山區(qū)鐵路選線涉及面廣、工程條件復雜,許多鐵路設計工作者對其進行深入研究。姬燕男結合合肥市城市規(guī)劃及綜合交通規(guī)劃,運用對比法、指標分析法等方法對引入肥東站并還建普速場方案、經肥東引入合肥南站以及經合新高鐵新站區(qū)引入新合肥西站方案3種方案進行綜合比選[2];趙志明等分析橋隧相連部位的工程連接形式以及可能出現(xiàn)的問題,并提出優(yōu)化措施[3];陳明浩等結合成渝客運專線地質選線經驗,提出地質選線定線原則[4];丁朋朋等提出采用貢獻權重法對山區(qū)滑坡區(qū)域進行危險性評價,并在此基礎上確定線路走向的方法[5-6];蔣鈺峰等基于地形地貌參數(shù),采用熵權法評價山區(qū)地質情況,并以此確定最優(yōu)方案的方法[7];柏青等結合灰色關聯(lián)法與變權理論,構建地質選線模型[8-10]。張鵬研究了復雜山區(qū)不同限制坡度對線路縱斷面高程的影響[11];陳雷等以成達萬高鐵假角山巖溶區(qū)線路方案為例,闡述巖溶地區(qū)高速鐵路選線定線的原則和思路[12];魏永幸等提出基于全生命周期、系統(tǒng)工程、風險管理理論的艱險復雜山區(qū)防災減災選線理念[13-14]。

不難看出,關于山區(qū)鐵路選線的研究較多,但針對西南地區(qū)川東平行嶺谷低山區(qū)的鐵路線路方案的研究則相對較少。為此,以成達萬高鐵明月山至峨層山區(qū)段為例,對該區(qū)段內高速鐵路線路走向方案進行研究。

2 項目概況

2.1 工程背景

成達萬高鐵位于我國西南地區(qū),新建正線全長478.957km。本線東端與在建鄭萬高鐵溝通,是國家中長期鐵路網“八縱八橫”高速鐵路主通道之沿江通道的重要組成部分,也是成渝城市群城際鐵路網的重要組成部分[15]。

2.2 自然條件特征

成達萬高鐵橫貫四川盆地,主要經過川東平行嶺谷、川中丘陵、龍泉山低山區(qū)、川西成都平原四大地貌特征單元,同時跨越長江水系沱江、涪江、嘉陵江等江河及其支流,以及龍泉山山脈及川東一系列的平行嶺谷;線路沿線地質構造復雜,斷裂帶發(fā)育,不良地質和特殊性巖土分布較廣泛。本研究區(qū)段川東平行嶺谷低山區(qū),地形起伏較大;線路主要跨越嘉陵江支流明月江,沿線不良地質主要為煤層采空區(qū)、危巖落石和滑坡,特殊巖土主要為膨脹土。

3 影響因素

3.1 沿線經濟據(jù)點

明月山至峨層山區(qū)段位于四川省達州地區(qū),沿途經達州市達川區(qū)、開江縣,計劃設開江南站。根據(jù)客流預測,開江南站設計為兩臺四線,三等客運站規(guī)模。在本次研究區(qū)段內,開江南站站位將影響線路的整體走向。

3.2 不良地質

線路經過四川盆地東部,沿線所經地貌類型為川東平行嶺谷低山區(qū)。背斜兩翼屬侵蝕構造地形,多為淺切脊狀低山,背斜核部屬侵蝕、溶蝕構造地形,地形起伏大,地貌復雜。區(qū)域內新構造活動不強,以大面積褶皺為主要特征。沿線不良地質主要有采空區(qū)、巖溶、有害氣體、危巖落石、順層、滑坡;特殊巖土主要為軟土、膨脹(巖)土、石膏、鹽溶角礫巖、人工填土等。在本次研究區(qū)段內,峨層山區(qū)域煤層采空區(qū)將影響線路的整體走向。

3.3 公鐵交叉

明月山至峨層山區(qū)段沿線主要有達萬高速、G542國道、在建達開快速路、S202省道、包茂高速、在建營達高速、在建機場大道等公路。在本次研究區(qū)段內,線路與公路交叉位置的選擇將影響交叉跨越方案。

3.4 燃氣管線

四川盆地天然氣儲量極為豐富,大型輸氣管線的走向和分布也將對線路的走向產生較大影響。明月山至峨層山區(qū)段分布的大型燃氣管線共有3條,分別是川氣東送管線(管道外徑1016mm)、沙達線(管道外徑273mm)和金達線(管道外徑273mm)。根據(jù)相關規(guī)定,新建建(構)筑物必須滿足與地埋管線中心線最小間距不小于5m[16];因此,線路與大型燃氣管線交叉位置的選擇將影響線路的局部走向和交叉跨越方案。

3.5 重大廠礦企業(yè)

達川區(qū)檀木鎮(zhèn)附近有1座大型采石場,年生產能力約10萬m3,開采方式為爆破式開采?！陡咚勹F路安全管理辦法》中明確指出:高速鐵路線路建筑物外側1000m范圍內應避免出現(xiàn)從事露天采礦、采石或者爆破作業(yè)的活動。因此,在本次研究中,為保證線路的穩(wěn)定和運營的安全,線路以繞避方式通過。

3.6 環(huán)境敏感區(qū)域

明月山至峨層山區(qū)段沿線的環(huán)境敏感區(qū)域主要有花紅鄉(xiāng)瓦寨邊水源保護區(qū)、亭子鎮(zhèn)明月江飲用水保護區(qū)、宣漢森林公園保護區(qū)、深溝子水庫、陳家溝水庫和龜石水庫。在本次研究區(qū)段內,線路以遠距離繞避方式通過。

4 線路走向方案

4.1 線路通道方案

在本此研究區(qū)段內,不良地質峨層山煤層采空區(qū)和開江南站位方案將直接影響線路的整體走向,因此首先結合以上兩種控制性因素,對線路的通道方案進行研究。為此對楊家灣通道方案和明月將通道方案進行比選分析。通道方案示意如圖1所示。

(1)方案說明

①楊家灣通道方案

線路自比較起點引出,向北經石筍子村、白楊坪村、龜石村后,于羅家坡村設開江南站,出站后經深溝子村、花紅鄉(xiāng)北側后,折向西北,以隧道形式穿過楊家灣采空區(qū)通道,再先后上跨達萬鐵路和明月江,經亭子鎮(zhèn)南側后向西,穿越碾子灣采空區(qū)通道后進入達州南站,出站后上跨在建營達高速,下穿在建機場大道后,至比較終點。

該段線路全長50.595km,其中,橋梁長16.81 km,隧道長23.74km,橋隧比80.17%。

②明月江通道方案

線路自比較起點引出,經楊柳溝村南側向北經清泉村、石板村東側,于安仁鄉(xiāng)南側設開江南站,出站后以隧道形式穿越明月江采空區(qū)通道,而后上跨明月江,再向西北經亭子鎮(zhèn)穿越碾子灣采空區(qū)通道后進入達州南站,出站后上跨在建營達高速,下穿在建機場大道后至比較終點。

該段線路全長48.238km,其中,橋梁全長19.55km,隧道全長19.39km,橋隧比80.74%。

(2)通道情況

①楊家灣通道概況

線路以隧道形式從峨層山背斜西翼的高益煤礦與大坑煤礦之間穿過,經背斜軸部后,再從背斜東翼七里峽煤礦南部礦區(qū)外穿過。現(xiàn)狀楊家灣通道寬度較寬,約為1.1km,且通道附近煤礦采空區(qū)標高較高,通道條件相對較好。

②明月江通道概況

線路以隧道形式兩次上跨峨層山背斜西翼的民信煤礦。由于民信煤礦采空區(qū)范圍較大,且采空區(qū)底板位于隧底以下56～135m,需對采空區(qū)進行注漿加固處理。

(3)方案投資對比

兩方案工程投資對比如表1所示。

(4)方案優(yōu)缺點對比

兩方案優(yōu)缺點對比如表2所示。

表2 楊家灣通道方案和明月江通道方案優(yōu)缺點對比

(5)推薦意見

明月江通道方案線路長度較短,投資節(jié)省約3.58億元(不含采空區(qū)處理費用),但是處理采空區(qū)存在一定的施工風險和運營安全隱患,且線路隧道工程可實施性較差;另外,明月江通道方案的開江南站位方案距離開江縣城較遠,與地方城市規(guī)劃目標不符,且線位正穿亭子鎮(zhèn),拆遷費用較大;此外,明月江通道方案線路經亭子鎮(zhèn)明月江飲用水保護區(qū),需要環(huán)保部門變更水源地規(guī)劃,存在不確定風險。綜上分析,本次研究推薦楊家灣通道方案。

4.2 線路局部走向方案

在確定經楊家灣通道和開江南站位的前提下,對開江南站至峨層山段的局部方案進行比選研究。為此,初步確定了對經梓銅觀村方案和經白巖村方案。開江南站至峨層山段局部方案示意如圖2所示。

圖2 開江南站至峨層山段局部方案示意

(1)方案說明

①經梓銅觀村方案

線路于開江南站引出,向西北方向走行,上跨深溝子水庫和G542國道后,經梓桐觀村北側,于峨層山至比較方案終點。線路長20.37km,其中,橋梁長3.556km,隧道長13.799km,橋隧比85.20%。

②經白巖村方案

線路起自明月山隧道,于龜石水庫西側30m以隧道形式通過,后至開江南站,出開江南站后向西北方向走行,于深溝子水庫北側通過,上跨G542國道,經白巖村后,于峨層山至比較方案終點。線路長20.688 km,其中,橋梁長3.461km,隧道長14.073km,橋隧比84.75%。

(2)方案投資對比

兩方案工程投資對比如表3所示。

表3 經梓銅觀村方案和經白巖村方案工程投資比較

(3)方案優(yōu)缺點對比

兩方案優(yōu)缺點對比如表4所示。

表4 經梓銅觀村方案和經白巖村方案優(yōu)缺點對比

(4)推薦意見

通過對經梓銅觀村方案和經白巖村方案的工程投資及優(yōu)缺點對比分析,經梓銅觀村方案線路稍短,投資低0.4億元,且橋隧工程無明顯的惡化,施工風險較小,工程可實施性較強。因此,本次研究認為,經梓銅觀村方案更為合理。

4.3 局部方案優(yōu)化

經梓銅觀方案檀木鎮(zhèn)馬鞍梁隧道北側有1處采石場,采石場南側邊界距離隧道結構邊緣平面距離僅24m。由于采石場目前仍在生產狀態(tài),為保證線路后期的穩(wěn)定,在經梓銅觀村方案研究的基礎上,對比研究了梓銅觀村北側方案和梓銅觀村南側方案,進而對當前經梓銅觀村方案作進一步優(yōu)化。梓銅觀村北側方案和梓銅觀村南側方案示意如圖3所示。

圖3 梓銅觀村北側方案和梓銅觀村南側方案示意

(1)方案說明

①梓銅觀村南側方案

線路于開江南站引出,向西北方向走行,上跨深溝子水庫后以隧道形式經采石場南側(距邊界112m),于梓桐觀村南側通過至比較方案終點。線路長度17.780km,其中,橋梁長6.443km,隧道長6.253km,橋隧比71.41%。

②梓銅觀村北側方案

線路于開江南站引出,向西北方向走行,上跨深溝子水庫后以隧道形式經采石場南側邊界24m,于梓桐觀村北側通過至比較方案終點。線路走向與局部走向方案研究中的經梓銅觀村方案走向一致。其中,線路長度17.738km,橋梁長6.415km,隧道長6.290km,橋隧比71.62%。

(2)方案投資對比

兩方案工程投資對比如表5所示。

表5 梓銅觀村南側方案和梓銅觀村北側方案工程投資比較

(3)方案優(yōu)缺點分析

兩方案優(yōu)缺點對比如表6所示。

表6 梓銅觀村南側方案和梓銅觀村北側方案優(yōu)缺點對比

(4)推薦意見

相較于梓銅觀村北側方案,雖然梓銅觀村南側方案線路長42m,但遠離采石場,線路方案更為穩(wěn)定,且隧道出口地段圍巖落石有明顯改善;此外,梓銅觀村南側方案投資節(jié)省約0.16億元,經濟效益顯著。綜上分析,本次研究推薦梓銅觀村南側方案。

5 結論

(1)明月山至峨層山區(qū)段線路穿越楊家灣采空區(qū)通道后,經梓銅觀村南側,于開江縣城南側設開江南站。該方案線路線形平順,工程投資較低,且線路沿線無重大不良地質,工程可實施性較強,予以推薦。

(2)鐵路選線首先應明確重大經濟據(jù)點、不良地質區(qū)域、環(huán)境敏感區(qū)域、重大廠礦企業(yè)、公鐵交叉位置及方式等影響因素,同時充分考慮地方規(guī)劃和意見,在此基礎上制訂相關方案,并從安全性、經濟性、工程可實施性等角度進行比選和分析,最終確定推薦意見。

(3)在復雜山區(qū)高速鐵路選線過程中,應充分考慮影響線路走向的控制性因素和相關影響因素,采用由整體至局部、分段優(yōu)化比選的方法。