向莆鐵路選線的總體思路

趙忠保

(中鐵第四勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司,武漢 430063)

1 新建向莆鐵路的構(gòu)思和功能定位

目前福建省與江西省及中西部地區(qū)聯(lián)系的鐵路通道主要有鷹廈、橫南、贛龍線,均為山區(qū)單線鐵路,技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)低、運(yùn)輸能力小、旅行速度低,難以滿足不斷增長的客貨運(yùn)輸需要;即使對(duì)相關(guān)既有鐵路適當(dāng)加強(qiáng)改造,預(yù)測(cè)福建至中西部地區(qū)的鐵路運(yùn)輸能力缺口:2020年為貨運(yùn)量 1 963萬 t,2030年為客車 20對(duì)、貨運(yùn)量3310萬 t。同時(shí),利用相關(guān)既有通道改擴(kuò)建不僅工程投資巨大、列車迂回運(yùn)輸,而且路網(wǎng)布局不合理,也不利于地方經(jīng)濟(jì)發(fā)展。因此,研究提出贛閩兩省間必須新建一條大能力、高標(biāo)準(zhǔn)的快速鐵路,才能適應(yīng)未來福建至江西等中西部地區(qū)的客貨交流需要,才能滿足未來經(jīng)濟(jì)發(fā)展的需要。

根據(jù)運(yùn)量預(yù)測(cè),向莆鐵路近期(2020年)客車 50對(duì) /d,貨運(yùn) 1 260萬 t/年 ;遠(yuǎn)期 (2030年 )客車 75對(duì) /d,貨運(yùn) 1 773萬 t/年;遠(yuǎn)景年輸送能力為客車 100對(duì)、貨運(yùn)量 2 000萬 t。

因此向莆鐵路是以客為主兼顧貨運(yùn)的快速鐵路干線,主要承擔(dān)福建省大部分地區(qū)與內(nèi)地中西部地區(qū)的旅客、貨物和雙層集裝箱交流以及省內(nèi)城際客流運(yùn)輸。是全國快速鐵路運(yùn)輸網(wǎng)的重要組成部分,是福建省通往中西部地區(qū)的快捷大能力通道,也是福建沿海港口通達(dá)內(nèi)陸腹地的后方通道。

2 建設(shè)項(xiàng)目起訖點(diǎn)研究

2.1 起點(diǎn)方案研究

南昌地區(qū)為江西省經(jīng)濟(jì)、政治、文化中心,南昌樞紐為我國京九、浙贛兩大通道的交匯點(diǎn),是路網(wǎng)上重要樞紐,因此項(xiàng)目起點(diǎn)定為南昌地區(qū)。

2.2 終點(diǎn)方案研究

2.2.1 線路終點(diǎn)選擇的初步意見

根據(jù)福建海峽西岸經(jīng)濟(jì)區(qū)的生產(chǎn)力布局和沿海城市經(jīng)濟(jì)特征,重點(diǎn)研究了福州、莆田、泉州、廈門(漳州)、寧德等 5個(gè)終點(diǎn)方案進(jìn)行比選(表1)。

表1 江西至福建快速鐵路通道終點(diǎn)方案比較

廈門、泉州、寧德終點(diǎn)方案分別位于福建沿海的南部或北部,客貨流吸引范圍較小,部分客貨流繞行距離長,不能解決鷹廈、外福線能力緊張狀況。福州、莆田終點(diǎn)方案位于福建沿海的中部地區(qū),客貨流吸引范圍大,能徹底打通福建省與中西部地區(qū)間運(yùn)輸“瓶頸”,與鷹廈、橫南、贛龍線分工合理、協(xié)調(diào);與相關(guān)路網(wǎng)協(xié)調(diào)性較好,投資較省,但中西部地區(qū)至福州、廈門的客貨流兩方案均有不同程度的繞行,福州終點(diǎn)方案和莆田終點(diǎn)方案各有優(yōu)勢(shì)。因此,線路終點(diǎn)可在福州或莆田終點(diǎn)方案中選擇,也可選擇同時(shí)連接福州和莆田方案。

2.2.2 南昌至福州、莆田接軌方案研究(表2)

單獨(dú)引入福州方案新建線路最短,工程投資最省,充分考慮了省會(huì)城市的核心地位,存在的主要問題是與同時(shí)引入福州、莆田方案相比,人口最稠密、經(jīng)濟(jì)最發(fā)達(dá)、客貨運(yùn)輸需求最旺盛的福廈城市帶的大量客貨流(客車 35對(duì),貨運(yùn) 960萬 t)均需繞行 67.51 km。

單獨(dú)引入莆田方案新建線路較短,工程投資較省,接點(diǎn)位置適中,也有利于湄洲灣港貨物的大進(jìn)大出;但主要問題是福州及以北方向占本線 54%的客運(yùn)量(客車 40對(duì))和 44%的貨運(yùn)量(750萬 t)均需繞行 72.02 km,同時(shí)沿海方向客貨列車全部擠占福廈線能力,加速沿海通道中最繁忙區(qū)段福廈線客貨分線工程提前實(shí)施。

線路同時(shí)引入福州、莆田方案兼容了單獨(dú)引入福州和單獨(dú)引入莆田兩個(gè)方案的優(yōu)點(diǎn),克服其不足,可較好地滿足福建沿海地區(qū)的客貨運(yùn)輸需求,突出中心城市的輻射作用,有利于沿海中部港口群的開發(fā)和發(fā)展,最大限度地為福建全省尤其是沿海地區(qū)的經(jīng)濟(jì)發(fā)展提供優(yōu)質(zhì)的運(yùn)力支持;同時(shí),可大大減少不合理迂回運(yùn)輸,節(jié)省大量運(yùn)營支出和降低社會(huì)成本。但該方案由于增建永泰至莆田段 59.08 km,致使工程投資大,財(cái)務(wù)效益稍遜,但國民經(jīng)濟(jì)效益、社會(huì)效益和路網(wǎng)整體效益較好。

表2 南昌至福州、莆田接軌方案技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)

推薦意見:同時(shí)引入福州、莆田方案雖然工程投資最大,但從有利于鐵路運(yùn)輸、提高社會(huì)效益、緩解沿海通道運(yùn)輸壓力、延遲福州樞紐擴(kuò)建工程、促進(jìn)港口及其后方通道建設(shè)、有利于沿海城市發(fā)展等方面都具有優(yōu)勢(shì),建設(shè)路網(wǎng)作用明顯。因此,推薦線路同時(shí)接福州、莆田方案。

3 地形、地質(zhì)及工程概況

3.1 沿線地形特征

向莆鐵路西起江西省的南昌市,途經(jīng)宜春市、撫州市,福建省的三明市,在永泰分岔同時(shí)引入莆田市和福州市,正線全長 635km,橫穿贛閩交界的武夷山脈和閩中的戴云山脈及其縱橫交錯(cuò)的許多支脈和峰嶺,橫跨贛江水系和閩江水系及其眾多支流,山高坡陡,河谷深切。

3.2 工程特征

向莆鐵路南昌至省界 240 km為贛撫平原和丘陵區(qū),福建省境內(nèi)為中低山區(qū),全線橋梁比重 70%,其中福建省境內(nèi)高達(dá) 90%,再加上山體厚重,導(dǎo)致線路方案形成眾多的特長或超長隧道,全線大于 10 km的隧道 9座 136.72 km,其中大于 15 km的隧道 4座73.23 km。

主要不良地質(zhì):膨脹土、軟土、巖溶、危巖落石、崩坍錯(cuò)落、堆積體、小型滑坡、溜坍、小型泥石流,深埋隧道高地應(yīng)力、高地溫、巖爆、軟巖大變形等。因此向莆鐵路是一條“地形非常之困難、地質(zhì)非常之復(fù)雜、工程非常之艱巨”的山區(qū)鐵路。

4 限制坡度的研究

本線旅客列車采用電動(dòng)車組,其對(duì)坡度有很強(qiáng)的適應(yīng)能力,因此,本線限制坡度的選擇主要從貨物列車組織方式的角度,對(duì)不同限制坡度進(jìn)行技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較。

4.1 相鄰鐵路限制坡度、牽引質(zhì)量簡(jiǎn)述

與本線相鄰鐵路的到發(fā)線有效長均為 850m,浙贛線限制坡度為 7.2‰,牽引質(zhì)量 4 000 t;正在進(jìn)行電化改造的京九鐵路限制坡度為 6‰,牽引質(zhì)量為4 000 t及以上;在建的沿海鐵路限制坡度為 6‰,具備運(yùn)行 4 000 t的條件。因此,在選擇本線限制坡度時(shí),盡量與相鄰線路技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)協(xié)調(diào)一致,保證運(yùn)輸組織的通暢。

4.2 限制坡度與地形適應(yīng)性分析

本線所經(jīng)江西省境內(nèi)地形以平原、低丘區(qū)為主,采用 6‰能夠適應(yīng)地形;所經(jīng)福建省境內(nèi)地形以中、低山區(qū)為主,地形起伏較大,區(qū)域整體地貌呈馬鞍形。沿線武夷山脈、戴云山脈及其余脈為起伏的高點(diǎn),主要城市多位于溝谷底部為起伏的低點(diǎn),因此,本線所經(jīng)沿線城市站位高程為影響縱斷面的主要控制因素。

從適應(yīng)地形地貌分析:江西省境內(nèi)約 210 km線路采用 6‰能夠適應(yīng)地形,加大限制坡度作用并不明顯;福建省境內(nèi)以城市車站為控制,平均自然坡度均不大于 6‰,采用 6‰及以上的限制坡度均能適應(yīng)地形,加大限坡雖然對(duì)整體工程影響較少,但對(duì)縮短特長隧道、降低橋梁高度有一定的效果。

4.3 方案構(gòu)成

結(jié)合本線運(yùn)輸特點(diǎn),與相鄰線路技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)相協(xié)調(diào),并盡可能減少越嶺長大隧道工程,降低施工難度和工程風(fēng)險(xiǎn),本項(xiàng)目對(duì)限制坡度 6‰、9‰、13‰、局部 13‰共計(jì) 4個(gè)方案進(jìn)行了研究比選。

4.4 限制坡度的選擇

4.4.1 方案比選說明(表3)

6‰限坡方案:雖然線路長度最短,運(yùn)營費(fèi)最省,但橋隧工程最多,工程最艱巨,長度大于 10 km的特長隧道有 9座 155.073 km,最長隧道達(dá) 27 558 m。工程投資最大,折合工程運(yùn)營費(fèi)現(xiàn)值最貴。

表3 不同限制坡度方案技術(shù)經(jīng)濟(jì)

9‰限坡方案:橋隧工程相對(duì)較艱巨,最長隧道 22 175m,與 6‰方案相比,線路展長 1.865 km,橋梁長度減少 4 951m,隧道長度減少 3 678m,工程靜態(tài)投資節(jié)省 121 890萬元,換算工程運(yùn)營費(fèi)現(xiàn)值減少27 146萬元。

13‰雙機(jī)方案:與其他限坡方案相比較,橋梁長度和隧道長度最小,縮短了部分特長隧道的長度,降低了施工難度和工程風(fēng)險(xiǎn),工程靜態(tài)投資最省,換算工程運(yùn)營費(fèi)現(xiàn)值較省,但需采用雙機(jī)牽引,增加機(jī)車車輛購置費(fèi)和運(yùn)營費(fèi)用,路網(wǎng)適應(yīng)性和運(yùn)營靈活性較差。

局部 13‰雙機(jī)方案:縮短了雙機(jī)坡地段的長度,相對(duì)于全線雙機(jī)而言可節(jié)省機(jī)車車輛購置費(fèi)和運(yùn)營費(fèi);換算工程運(yùn)營費(fèi)現(xiàn)值最小。但該方案需增設(shè)補(bǔ)機(jī)點(diǎn),增加運(yùn)營作業(yè)時(shí)分,對(duì)運(yùn)營產(chǎn)生不利影響,路網(wǎng)適應(yīng)性和運(yùn)營靈活性較差。

4.4.2 研究結(jié)論

根據(jù) 4個(gè)方案的優(yōu)缺點(diǎn)分析比較,9‰限坡方案雖然需采用大功率機(jī)車牽引 4 000 t,增加機(jī)車車輛購置費(fèi)和運(yùn)營費(fèi)用,但隨著機(jī)車車輛的發(fā)展,該方案的路網(wǎng)適應(yīng)性和運(yùn)營靈活性將更加靈活;而且該方案可有效地縮短部分特長隧道的長度,降低了施工難度和工程風(fēng)險(xiǎn),其中戴云山隧道由 27.7 km縮短至 15.6 km,大部分特長隧道采用人字坡,較 6‰方案節(jié)省投資 12.2億元、工程運(yùn)營費(fèi)節(jié)省 2.7億元,故研究推薦 9‰限坡方案。

5 環(huán)保水保選線

向莆鐵路沿線自然保護(hù)區(qū)、風(fēng)景名勝區(qū)、水源保護(hù)區(qū)、文物保護(hù)單位等環(huán)境敏感點(diǎn)和軍事敏感點(diǎn)眾多,研究區(qū)域分布有國家級(jí)環(huán)境敏感點(diǎn) 35個(gè)、省級(jí) 164個(gè)。環(huán)保選線是根本解決鐵路對(duì)生態(tài)敏感目標(biāo)影響的最有效手段,設(shè)計(jì)對(duì)可能通過生態(tài)敏感目標(biāo)的線路在各方面因素協(xié)調(diào)統(tǒng)一的情況下,通過生態(tài)環(huán)境、水土保持、土地資源、拆遷安置及城市規(guī)劃、社會(huì)經(jīng)濟(jì)等多種因素的分析比較,采取最大限度的繞避措施。向莆鐵路推薦的線路走向避開了所有森林公園、飲用水源一級(jí)保護(hù)區(qū)及絕大多數(shù)的生態(tài)環(huán)境保護(hù)目標(biāo)。但受線路走向及城市設(shè)站等因素的控制,通過了泰寧世界地質(zhì)公園的外圍生態(tài)保護(hù)區(qū);以長隧道(青云山隧道)下穿青云山國家級(jí)風(fēng)景名勝區(qū)及藤山和老鷹尖省級(jí)自然保護(hù)區(qū)。設(shè)計(jì)的泰寧車站繞避了地質(zhì)公園的二級(jí)保護(hù)區(qū)及金湖風(fēng)景名勝區(qū),僅通過地質(zhì)公園的外圍生態(tài)環(huán)境保護(hù)區(qū),最大限度地減少了對(duì)地質(zhì)環(huán)境影響。泰寧站占地類型主要為林地、農(nóng)田和荒地,受人類活動(dòng)的影響,植被遭到不同程度的破壞,水土流失比較嚴(yán)重。由于站址現(xiàn)狀環(huán)境質(zhì)量一般,工程建設(shè)不會(huì)對(duì)該區(qū)域的生態(tài)環(huán)境和景觀造成質(zhì)的影響。設(shè)計(jì)中采取對(duì)橋梁、路基、隧道洞口進(jìn)行綠化、植物防護(hù)等景觀設(shè)計(jì),施工結(jié)束后隨著植被的恢復(fù)以及綠化工程的實(shí)施,原來被破壞的景觀將被另一種景觀所替代。

由于受永泰設(shè)站和線路走向的控制,線路以長隧道形式下穿青云山國家級(jí)風(fēng)景名勝區(qū)、藤山、老鷹尖省級(jí)自然保護(hù)區(qū)。由于隧道埋深 150～890m,工程運(yùn)營不會(huì)對(duì)環(huán)境產(chǎn)生影響,影響主要表現(xiàn)為在施工期斜井開挖對(duì)景區(qū)、保護(hù)區(qū)產(chǎn)生的影響。設(shè)計(jì)中在加強(qiáng)景觀、綠化設(shè)計(jì)的同時(shí),重點(diǎn)加強(qiáng)施工方案優(yōu)化,使得隧道進(jìn)出口、斜井等施工作業(yè)均在保護(hù)區(qū)之外,對(duì)隧道洞身斷層帶施工采取徑向注漿或超前帷幕注漿,防止地下水流失,施工結(jié)束后,對(duì)施工便道和斜井洞口進(jìn)行植樹綠化和景觀設(shè)計(jì),將其改造為旅游通道;景觀綠化樹種選擇與景區(qū)植被景觀規(guī)劃相協(xié)調(diào),增加植物的觀賞價(jià)值,優(yōu)化景觀效果,青云山隧道施工期環(huán)境影響可控;綜合社會(huì)、經(jīng)濟(jì)、環(huán)境多因素考慮,環(huán)境評(píng)價(jià)設(shè)計(jì)方案可行。因此建設(shè)部、國家環(huán)保總局、福建省同意線路以隧道形式穿過青云山風(fēng)景名勝區(qū)、藤山、老鷹尖省級(jí)自然保護(hù)區(qū)。

6 結(jié)語

選線設(shè)計(jì)是鐵路運(yùn)輸?shù)撵`魂,更是鐵路建設(shè)優(yōu)劣成敗之命脈,又是一項(xiàng)涉及因素多、牽及面廣、區(qū)域范圍大的系統(tǒng)性工程,如何結(jié)合當(dāng)?shù)氐淖匀粭l件,發(fā)掘最合適的路線,確有其深邃的價(jià)值。結(jié)合向莆鐵路的選線設(shè)計(jì),總結(jié)的“路網(wǎng)選線、城市選線、地形選線、地質(zhì)選線、環(huán)保選線”基本含概了選線的基本原則和方法。

(1)路網(wǎng)選線主要根據(jù)《中長期鐵路網(wǎng)規(guī)劃(2008年調(diào)整)》,依據(jù)預(yù)測(cè)的客貨運(yùn)量,研究比選項(xiàng)目的起訖點(diǎn)方案,并確定項(xiàng)目的功能定位。

(2)隨著我國經(jīng)濟(jì)建設(shè)的發(fā)展,城市布局已成為制約線路走向的重要因素。城市選線主要結(jié)合城市的現(xiàn)狀、工農(nóng)業(yè)布局、交通體系和總體規(guī)劃及區(qū)間城鎮(zhèn)的分布,研究項(xiàng)目起訖點(diǎn)的鐵路總圖布置和引入方案,區(qū)間城鎮(zhèn)作為經(jīng)濟(jì)據(jù)點(diǎn)的經(jīng)由比選和車站站址方案的研究。

(3)地形選線、地質(zhì)選線是日常設(shè)計(jì)中最常用的兩種方法,地形選線主要結(jié)合隧道長度、橋渡方案和引線條件,選擇適宜當(dāng)?shù)刈匀粭l件的線位方案和限制坡度;地質(zhì)選線重點(diǎn)關(guān)注區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造,繞避大型滑坡、區(qū)域或活動(dòng)斷裂、巖溶強(qiáng)發(fā)育區(qū)等大中型不良地質(zhì),對(duì)小型不良地質(zhì)做到“繞有依據(jù)、治有措施”,宜最短距離通過為原則。

(4)環(huán)境保護(hù)、節(jié)約土地、拆遷安置是鐵路選線設(shè)計(jì)需高度關(guān)注的一項(xiàng)關(guān)鍵課題,而環(huán)保選線是根本解決鐵路對(duì)生態(tài)敏感目標(biāo)影響的最有效手段,通過環(huán)保選線,采取最大限度的繞避措施,保護(hù)環(huán)境,節(jié)約用地,減少拆遷安置工程是環(huán)保選線的目的。對(duì)必須通過的環(huán)境敏感點(diǎn),必須繞避其核心區(qū)、緩沖區(qū)等二級(jí)以上保護(hù)區(qū),宜選擇在外圍保護(hù)地帶或邊緣通過,在設(shè)計(jì)中盡量考慮隧道、橋梁工程,減少對(duì)地表和植被的破壞,在工程方案中必須考慮符合當(dāng)?shù)刈匀画h(huán)境的綠化景觀設(shè)計(jì)。

[1] GB50090— 2006,鐵路線路設(shè)計(jì)規(guī)范[S].

[2] 鐵建設(shè)[2005]285號(hào),新建時(shí)速 200 km客貨共線鐵路設(shè)計(jì)暫行規(guī)定[S].

[3] 鐵道部第一勘測(cè)設(shè)計(jì)院.鐵路工程設(shè)計(jì)技術(shù)手冊(cè)?線路[M].北京:中國鐵道出版社,1994.

[4] 中鐵第四勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司.向莆鐵路可行性研究報(bào)告[R].武漢:2007.