山西中南部鐵路呂梁山越嶺方案研究

張雅琴

(鐵道第三勘察設(shè)計院集團有限公司,天津 300142)

1 山西中南部鐵路概述

山西中南部鐵路通道自山西省呂梁市興縣的瓦塘開始,經(jīng)臨縣、蒲縣、洪洞、長治、臺前、泰安南、萊蕪、沂源、沂水、莒縣至日照南站,線路正線長度1 259.57 km,線路先后翻越呂梁山、太岳山、太行山及沂蒙山,途徑山西省呂梁市、臨汾市、長治市，河南省安陽市、鶴壁市、濮陽市，山東省濟寧市、泰安市、萊蕪市、淄博市、臨沂市、日照市等3省12市。山西省境內(nèi)579.078 km；河南省境內(nèi)254.853 km；在山東省境內(nèi)425.639 km。

本項目地處華北地區(qū)南部,西起晉中南地區(qū),銜接南北向主要鐵路干線,東至山東沿海港口,形成了石太～石德～膠濟鐵路、邯長～邯濟～膠濟鐵路、侯月～新菏兗日鐵路間一條新的“西煤東運”的能源運輸動脈,也是我國東西向路網(wǎng)干線鐵路之一,對我國國民經(jīng)濟發(fā)展具有重要的能源安全保障作用。

2 呂梁山越嶺方案研究

隰縣至洪洞段為呂梁山脈越嶺地段,由蒲縣喬家灣鎮(zhèn)昕水河河谷(海拔1 220 m)至洪洞汾河河谷(海拔440 m),直線距離僅30 km,高差達780 m。地形十分困難,越嶺工程成為影響本段線路走向的重要因素之一。

2.1 主要控制因素

2.1.1 主要經(jīng)濟據(jù)點

本段沿線分布有隰縣、蒲縣和洪洞三縣,鐵路線路走向方案應(yīng)盡量經(jīng)過沿線重要的政治、經(jīng)濟據(jù)點,并與其規(guī)劃發(fā)展相適應(yīng),方便客流集散,帶動地方經(jīng)濟發(fā)展。

2.1.2 沿線主要煤田分布

本段線路處于霍州煤田國家規(guī)劃礦區(qū)及鄉(xiāng)寧煤炭國家規(guī)劃礦區(qū),煤炭埋藏深度1 100～900 m不等。其中北起克城經(jīng)喬家灣、黑龍關(guān)至鄉(xiāng)寧縣長約100多km、寬20多km范圍內(nèi)煤炭開采已達到一定規(guī)模,采空區(qū)分布較廣且多無詳細統(tǒng)計資料,因此本段規(guī)劃礦區(qū)和采空區(qū)是影響本段線路走向的又一重要因素。

2.1.3 泉域保護區(qū)

龍子祠泉域：位于山西省臨汾市西南13 km西山山前。西山屬呂梁山脈,泉水出露于西山與臨汾盆地交接處的坡積物中。泉水大多以散流形式溢出地表。泉水流向臨汾盆地,棄水入汾河。是臨汾市工業(yè)及飲用的主要水源。

2.1.4 自然保護區(qū)

本段范圍內(nèi)還有五鹿山國家級自然保護區(qū)1處,位于蒲縣北部,線路應(yīng)繞避該保護區(qū)。

2.1.5 汾河跨越條件

線路引入洪洞地區(qū)之前需跨越汾河,線路跨越汾河應(yīng)滿足法向角大于5°。

2.2 線路方案研究

綜合以上控制因素分析,本段主要研究了北繞采空區(qū)短隧道方案、經(jīng)鄉(xiāng)寧方案及經(jīng)蒲縣下鉆采空區(qū)長隧道方案。隰縣至洪洞段線路方案示意見圖1。

圖1 隰縣至洪洞線路方案示意

2.2.1 經(jīng)克城短隧道方案

線路北繞采空區(qū)范圍,于墓天地以西折向南至寨子鎮(zhèn),沿河谷兩側(cè)向東展線,線路走行于五鹿山國家級保護區(qū)北部邊緣,于下天廟村南進入長17.245 km越嶺隧道。線路長度102.650 km,其中橋梁工程23.068 km,隧道工程38.788 km,橋隧總長61.856 km,橋隧比例60.3%,工程投資838 324.2萬元。

2.2.2 經(jīng)鄉(xiāng)寧方案

結(jié)合鄉(xiāng)寧煤炭國家規(guī)劃礦區(qū)范圍,線路走行于規(guī)劃區(qū)中部,經(jīng)午城至星曲,向南越嶺至義亭河,順義亭河河谷南下至沃曲,自南越嶺至州川河,至吉縣折向東,越嶺后于鄉(xiāng)寧縣城東側(cè)、鄂河河谷設(shè)站,出站后向東越南呂梁山(32.700 km),出洞后沿山前沖擊扇向北,至韓家莊西側(cè)到達方案比較終點。線路長度177.600 km,其中橋梁工程23.924 km,隧道工程91.660 km,橋隧總長115.584 km,橋隧比例65.1%,工程投資1 445 696.1萬元。

2.2.3 下鉆采空區(qū)長隧道方案

蒲縣到洪洞段北起克城經(jīng)喬家灣、黑龍關(guān)至鄉(xiāng)寧縣南北長約100多km、東西寬20多km范圍內(nèi)受采空區(qū)影響。含煤地層高程1 100～900 m不等。本方案以長隧道越嶺呂梁山脈,采取早進洞(進洞高程1040.8 m),可以由含煤地層以下通過,完全躲避了采空區(qū)對線路走向的影響。線路長度79.604 km,其中橋梁工程13.597 km,隧道工程50.550 km,橋隧總長64.147 km,橋隧比例80.6%,工程投資695 866.3萬元。

2.2.4 方案優(yōu)缺點分析及推薦意見

隰縣至洪洞段線路走向方案工程數(shù)量及投資比較見表1。

優(yōu)缺點分析如下。

從與煤炭規(guī)劃礦區(qū)結(jié)合方面分析：本段煤炭規(guī)劃開采區(qū)主要位于蒲縣附近,下鉆采空區(qū)長隧道方案線路經(jīng)過蒲縣,沿昕水河河谷分布有蒲縣(萬噸)、南溝、龍馬(萬噸)3個車站,便于礦區(qū)專用線接軌,有利于帶動沿線煤炭開發(fā)特別是蒲縣煤炭開發(fā),但大寧、吉縣、鄉(xiāng)寧煤炭外運需輔以長大專用線；經(jīng)鄉(xiāng)寧方案線路經(jīng)過大寧、吉縣、鄉(xiāng)寧,有利于帶動大寧、吉縣和鄉(xiāng)寧等南部區(qū)域煤炭開發(fā),但蒲縣煤炭外運需沿昕水河修建專用線接大寧站。經(jīng)克城短隧道方案線路不經(jīng)過蒲縣,受五鹿山風景區(qū)及地形影響,蒲縣煤炭外運需再修建長約50 km專用線,連通本通道或經(jīng)由公路運輸,距離過長,不利于蒲縣煤炭規(guī)劃開發(fā),更不利于大寧、吉縣、鄉(xiāng)寧等南部區(qū)域煤炭開發(fā)。

表1 隰縣至洪洞段線路走向方案工程數(shù)量及投資比較

從線路長度、運營費用方面分析：下鉆采空區(qū)長隧道方案線路長度分別較經(jīng)克城短隧道方案及經(jīng)鄉(xiāng)寧方案縮短線路長度23.046 km與97.996 km,線路明顯短直,節(jié)省運營費用達6 013.1萬元/年與34 298.6萬元/年。

從對龍子祠泉域影響方面分析：經(jīng)克城短隧道方案、經(jīng)鄉(xiāng)寧方案走行于泉域流通區(qū)及補給區(qū)邊緣,對泉域影響最??；下穿采空區(qū)長隧道方案結(jié)合初測成果及專家論證意見,技術(shù)上可行,但需進一步論證,確保該方案不會對泉域造成較大影響。

從工程投資及近遠期結(jié)合方面分析：下鉆采空區(qū)長隧道方案線路長度分別較經(jīng)克城短隧道方案及經(jīng)鄉(xiāng)寧方案節(jié)省投資142 457.8萬元與749 829.8萬元,占工程投資的20.5%與107.8%。

從占壓資源方面分析：下鉆采空區(qū)長隧道方案線路走行于含煤地層以下,不存在占壓煤炭資源問題。而經(jīng)克城短隧道方案及經(jīng)鄉(xiāng)寧方案線路走行于煤炭規(guī)劃開采區(qū)范圍內(nèi),對煤炭資源占壓較多。

綜上所述,下鉆采空區(qū)長隧道方案雖越嶺工程較大,受沿線采空區(qū)及泉域影響較大,但通過選擇合理的線路設(shè)計，高程能夠保證越嶺長隧道工程的可靠性,同時該方案具有與煤炭規(guī)劃礦區(qū)結(jié)合較好,線路長度、綜合工程投資、資源占壓等多方面明顯優(yōu)勢,因此隰縣至洪洞段推薦方案為下鉆采空區(qū)長隧道方案。

3 結(jié)語

通過綜合研究區(qū)域地形、地質(zhì)條件,分別選擇了短隧道方案,長隧道方案和經(jīng)鄉(xiāng)寧的線路方案,從工程角度對越嶺方案進行了充分的論述,同時針對區(qū)域內(nèi)經(jīng)濟據(jù)點的分布,從方便沿線居民出行、發(fā)揮更佳的社會與經(jīng)濟效益出發(fā),選擇了合適的站點方案；還從環(huán)保的角度出發(fā),盡量減少對泉域保護區(qū)和自然保護區(qū)的影響；結(jié)合煤層的分布情況,選擇了下穿煤層的長隧道方案,不僅保證了鐵路的運營安全,還避免占壓煤炭資源,做到和諧統(tǒng)一。

從區(qū)域地形、地質(zhì)出發(fā),結(jié)合沿線經(jīng)濟據(jù)點、煤礦分布、泉域保護區(qū)及自然保護區(qū)分布,綜合經(jīng)濟、技術(shù)比選,確定了合理的越嶺方案,闡述了鐵路越嶺選線不僅受到地形、地質(zhì)條件限制,而且需要合理處理線路走向和地方經(jīng)濟發(fā)展、環(huán)境保護等全方位的關(guān)系,做到綜合社會效益最佳。本線的綜合選線思路也可為類似工程提供一定的借鑒作用。

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

[2]GB50091—2006,鐵路車站及樞紐設(shè)計規(guī)范[S].

[3]TB10001—2005,路基設(shè)計規(guī)范[S].

[4]趙清為，等.鐵路工程設(shè)計技術(shù)手冊·線路[M].北京：中國鐵道出版社,1994.

[5]鐵道第三勘察設(shè)計院集團有限公司.山西中南部鐵路通道可行性研究[R].天津：鐵道第三勘察設(shè)計院集團有限公司,2009.