阿爾山地區(qū)線路方案研究

馮 亮

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

1 既有鐵路概況

既有白(白城)阿(阿爾山)鐵路1941年11月1日正式運(yùn)營(yíng),是在當(dāng)時(shí)歷史環(huán)境條件下日軍為了掠奪南興安地區(qū)資源，加強(qiáng)對(duì)該地區(qū)控制，向諾門罕地區(qū)輸送軍用物資而修建的。既有鐵路線路標(biāo)準(zhǔn)低,路基病害多,質(zhì)量差,列車運(yùn)行速度低,個(gè)別構(gòu)筑物甚至已失去設(shè)計(jì)功能。

1.1 線路平縱技術(shù)條件差

阿爾山地區(qū)既有線最小曲線半徑294 m,最短夾圓線長(zhǎng)30.28 m,最短夾直線長(zhǎng)23.17 m,最大坡度21.5‰。

1.2 到發(fā)線有效長(zhǎng)短、牽引質(zhì)量小、輸送能力小

阿爾山地區(qū)內(nèi)既有車站有白狼、阿爾山、伊爾施站。到發(fā)線有效長(zhǎng)均不足650 m,車站正線不貫通,影響列車通過(guò)能力。現(xiàn)狀DF4機(jī)車牽引質(zhì)量1 200 t,目前輸送能力只有1.53 Mt。白阿線是兩伊鐵路重要后方運(yùn)煤通道,其現(xiàn)狀輸送能力與兩伊鐵路輸送能力極不匹配。

1.3 運(yùn)行速度低

本段既有鐵路走行于洮兒河和阿爾善高勒河谷內(nèi),曲線分布廣泛,且小于400 m半徑曲線占50%以上,嚴(yán)重影響列車運(yùn)行速度。旅行速度不高嚴(yán)重影響了白阿線客車開行和鐵路在該地區(qū)的競(jìng)爭(zhēng)能力。

1.4 基礎(chǔ)設(shè)施陳舊落后

既有橋梁大部分為鋼梁,鋼梁老齡化及油漆失效銹蝕嚴(yán)重,孔徑不足,橋梁多為淺基,承載能力低。

既有線穿越南興安山脈的南興安隧道是既有白阿線唯一一座隧道,長(zhǎng)3 218.5 m,系1934年建成,不能滿足電化限界要求。歷經(jīng)70余年風(fēng)雨,現(xiàn)襯砌混凝土腐蝕嚴(yán)重,局部漏水嚴(yán)重,且凍害引起的混凝土開裂、酥裂等現(xiàn)象造成材料強(qiáng)度的降低,成為結(jié)構(gòu)安全隱患。冬季存在襯砌掛冰、道床結(jié)冰等現(xiàn)象,威脅列車的安全運(yùn)行。

1.5 與自然人文環(huán)境干擾嚴(yán)重

阿爾山地區(qū)周邊分布數(shù)量眾多、溫度不同、功能各異的礦泉而中外聞名,為中國(guó)內(nèi)陸綜合性旅游度假區(qū)和國(guó)際型旅游名城。既有鐵路自東而西穿城而過(guò),有35 km線路位于阿爾山國(guó)家地質(zhì)公園內(nèi),其中3.5 km進(jìn)入地質(zhì)公園溫泉保護(hù)區(qū)范圍。

2 項(xiàng)目功能定位

本項(xiàng)目為東北路網(wǎng)干線主骨架組成部分,是諾門罕煤田重要的煤炭外運(yùn)通道,是沿線和相關(guān)口岸對(duì)外交流的重要通道。從運(yùn)輸性質(zhì)分析,本項(xiàng)目是一條以貨為主、客貨兼顧的鐵路干線。阿爾山地區(qū)貨流密度及客車對(duì)數(shù)見表1。

表1 區(qū)段貨流密度及客車對(duì)數(shù)匯總

3 線路方案研究

3.1 總體思路

阿爾山地區(qū)線路方案研究應(yīng)結(jié)合本地區(qū)獨(dú)特的自然、地理、水文、地質(zhì)、環(huán)保等特征,根據(jù)項(xiàng)目的功能定位,綜合考慮工程地質(zhì)、環(huán)境保護(hù)、運(yùn)輸組織等因素,選用適宜的線路平縱技術(shù)參數(shù),確定合理的線路技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。在可能的走向通道內(nèi)，從技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)、主要工程費(fèi)、運(yùn)營(yíng)費(fèi)和方案的社會(huì)意義及影響等方面做多方案比較。

3.2 線路方案控制因素分析

本段線路方案研究從自然、人文和社會(huì)各方面找出對(duì)線路方案可能產(chǎn)生影響或控制線路方案的因素,逐個(gè)分析、落實(shí),以期確定的線路方案對(duì)各方的不良影響降至最低,并使線路工程在保證安全性、功能性的前提下更好的服務(wù)于運(yùn)營(yíng),盡量有助于增大運(yùn)營(yíng)的效率和效益。

(1)區(qū)域地形因素

本地區(qū)處于南興安嶺地區(qū),以低中山為主,該地區(qū)主要有三條較大的河谷：洮兒河河谷、阿爾善高勒河河谷以及勃爾姑高勒河河谷。洮兒河河谷自然縱坡在5‰～15‰之間,阿爾善高勒河河谷自然縱坡在8‰～11‰之間,勃爾姑高勒河河谷自然縱坡在8‰～11‰之間。洮兒河河谷與阿爾善高勒河河谷及勃爾姑高勒河河谷之間被興安嶺山脈阻斷,如何選擇合適的越嶺隧道位置和洞口高程是本地區(qū)線路平縱方案研究的重點(diǎn)。

(2)阿爾山市火山溫泉國(guó)家地質(zhì)公園

阿爾山火山溫泉國(guó)家地質(zhì)公園具有極大的旅游開發(fā)價(jià)值,是阿爾山市的經(jīng)濟(jì)命脈所在。既有白阿鐵路阿爾山車站附近發(fā)育有48個(gè)溫度各異的泉水組成的溫泉群。如何避免鐵路工程(尤其是隧道工程)對(duì)阿爾山市溫泉的影響,是本段線路方案研究需解決的重要問(wèn)題之一。

為此,研究過(guò)程中采用各種地質(zhì)勘探手段明確溫泉區(qū)域內(nèi)的地質(zhì)組成情況：結(jié)合以往研究結(jié)論分析溫泉的成因機(jī)制，大膽、謹(jǐn)慎的推測(cè)地?zé)釁^(qū)域范圍，詳細(xì)分析阿爾山市溫泉的地下水補(bǔ)給、徑流、排泄條件，利用水均衡法估算出溫泉區(qū)域內(nèi)的地下水補(bǔ)給量，進(jìn)而采用合理數(shù)學(xué)模型預(yù)測(cè)各方案隧道工程在施工期地下水涌水量,為線路方案的確定提供有力支撐。

根據(jù)地質(zhì)工作研究,將阿爾山地區(qū)按照對(duì)溫泉的影響大小劃分為四個(gè)區(qū)域(見圖1)。

圖1 阿爾山溫泉補(bǔ)水區(qū)域劃分

Ⅰ區(qū)域：對(duì)溫泉影響極大,禁止新建隧道工程。

Ⅱ區(qū)域：對(duì)溫泉影響較大,隧道工程不應(yīng)進(jìn)入該區(qū)域。

Ⅲ區(qū)域：對(duì)溫泉影響較小,為確保溫泉涌水量不受隧道工程影響,隧道應(yīng)遠(yuǎn)離此區(qū)域。

Ⅳ區(qū)域：此區(qū)域隧道工程對(duì)溫泉基本無(wú)影響。

(3)人文社會(huì)因素

阿爾山市正傾力打造國(guó)際知名的旅游城市,而本線功能定位為以煤炭貨運(yùn)為主兼顧客運(yùn)鐵路,改造后的線路若從市區(qū)通過(guò),勢(shì)必對(duì)城市環(huán)境造成不良影響,同城市發(fā)展規(guī)劃和周邊自然、人文環(huán)境不能協(xié)調(diào)和統(tǒng)一。因此阿爾山市政府明確要求本線繞避阿爾山市區(qū)。

3.3 線路方案研究

根據(jù)以上主要控制因素,本段線路方案著重研究了13‰限坡阿爾山南繞行方案、13‰限坡利用既有通道方案、6‰限坡沿勃爾姑高勒河谷方案、6‰限坡阿爾山南取直方案、6‰限坡阿爾山南繞行方案和9‰限坡沿勃爾姑高勒河谷方案六個(gè)方案(見圖2)。

(1)13‰限坡阿爾山南繞行方案(Ⅰ方案)

圖2 阿爾山地區(qū)方案示意

線路方案分別以9 730 m、5 300 m和12 265 m隧道翻越大興安嶺,采用線路展長(zhǎng)的方式尋找合適的隧道洞口高程,避免產(chǎn)生超過(guò)15 km的特長(zhǎng)隧道工程,繞避了白狼洮兒河國(guó)家濕地公園及阿爾山火山地質(zhì)公園及阿爾山市區(qū)。線路長(zhǎng)度54.526 km,橋梁長(zhǎng)3.558 km,隧道長(zhǎng)28.925 km,橋隧比59.57%,換算工程運(yùn)營(yíng)費(fèi)430 139.44萬(wàn)元。

(2)6‰限坡阿爾山南取直方案(Ⅱ方案)

線路方案以長(zhǎng)23 750 m的雙洞單線隧道翻越大興安嶺,繞避了白狼洮兒河國(guó)家濕地公園及阿爾山火山地質(zhì)公園及阿爾山市區(qū)。線路長(zhǎng)度57.404 km,橋梁長(zhǎng)3.782 km,隧道長(zhǎng)41.295 km,橋隧比78.53%,換算工程運(yùn)營(yíng)費(fèi)506 520萬(wàn)元。

(3)6‰限坡阿爾山南繞行方案(Ⅲ方案)

線路方案分別以9 960 m、5 300 m和12 265 m隧道翻越大興安嶺,同時(shí)繞避了白狼洮兒河國(guó)家濕地公園及阿爾山火山地質(zhì)公園及阿爾山市區(qū)。線路長(zhǎng)度71.173 km,橋梁長(zhǎng)3.558 km,隧道長(zhǎng)53.35 km,橋隧比79.96%,換算工程運(yùn)營(yíng)費(fèi)598 072萬(wàn)元。

(4)13‰限坡利用既有通道方案(Ⅳ方案)

線路方案以14 700 m隧道穿越大興安嶺,之后線路走行于既有線所在的阿爾善高勒河谷內(nèi)。線路長(zhǎng)度47.176 km,橋梁長(zhǎng)2.615 km,隧道長(zhǎng)14.7 km,橋隧比36.7%,換算工程運(yùn)營(yíng)費(fèi)324 518萬(wàn)元。

(5)6‰限坡沿勃爾姑高勒河谷方案(Ⅴ方案)

線路方案以9 695 m隧道穿越大興安嶺,出隧道后沿阿爾善高勒河谷西南側(cè)走行至距阿爾山市區(qū)約1.6 km處折向西以9 515 m隧道繞行至勃爾姑高勒河谷,之后連續(xù)以隧道展線至比較終點(diǎn)。該方案線路長(zhǎng)度63.779 km,橋梁長(zhǎng)3.738 km,隧道長(zhǎng)36.755 km,橋隧比63.49%,換算工程運(yùn)營(yíng)費(fèi)477 195萬(wàn)元。

(6)9‰限坡沿勃爾姑高勒河谷方案(Ⅵ方案)

線路方案以8 530 m隧道穿越大興安嶺,出隧道后沿阿爾善高勒河谷西南側(cè)走行至距阿爾山市區(qū)1.6 km處折向西以9 220 m隧道繞行至勃爾姑高勒河谷,之后沿勃爾姑高勒河谷行走至比較終點(diǎn)。線路長(zhǎng)度55.9 km,橋梁長(zhǎng)3.838 km,隧道長(zhǎng)19.4 km,橋隧比41.57%,換算工程運(yùn)營(yíng)費(fèi)355 703萬(wàn)元。

3.4 方案比選

線路方案的比選要把國(guó)家整體利益放在首位。方案的選定要從全局出發(fā),服務(wù)于國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展的需要,講求社會(huì)和環(huán)境綜合效益。

Ⅳ、Ⅴ、Ⅵ線路方案進(jìn)入阿爾山地區(qū)I、Ⅱ、Ⅲ區(qū)域,對(duì)阿爾山火山溫泉國(guó)家地質(zhì)公園的影響較大,故予以舍棄,主要對(duì)I、Ⅱ、Ⅲ方案進(jìn)行技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較。

(1)工程技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較

三方案工程經(jīng)濟(jì)比較見表2。

(2)優(yōu)缺點(diǎn)綜合比較

表2 阿爾山地區(qū)主要線路方案比較

從多方面綜合比較三方案,見表3。

(2)研究結(jié)論

綜合地質(zhì)選線、環(huán)保選線、經(jīng)濟(jì)選線原則,認(rèn)為三個(gè)方案均位于Ⅳ區(qū)域,對(duì)阿爾山溫泉基本無(wú)影響,對(duì)自然資源的破壞風(fēng)險(xiǎn)小。6‰阿爾山南繞行方案(Ⅲ方案)因展線過(guò)長(zhǎng),工程大,換算工程運(yùn)營(yíng)費(fèi)最高,先予以舍棄；13‰阿爾山南繞行方案(Ⅰ方案)具有工程難度較小,工程投資最省等優(yōu)點(diǎn),但需雙機(jī)牽引,運(yùn)輸組織不便；而6‰限坡阿爾山南取直方案(Ⅱ)雖然工程投資較高,隧道長(zhǎng)、工期長(zhǎng)等,但考慮到運(yùn)輸組織需要,運(yùn)營(yíng)方便,能形成順暢運(yùn)的煤運(yùn)通道,故采用6‰限坡阿爾山南取直方案(Ⅱ)。

表3 阿爾山地區(qū)主要方案優(yōu)缺點(diǎn)分析匯總

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

[2]TB10003—2005 鐵路隧道設(shè)計(jì)規(guī)范[S]

[3]TB 10068—2010 鐵路隧道運(yùn)營(yíng)通風(fēng)設(shè)計(jì)規(guī)范[S]

[4]中鐵第一勘察設(shè)計(jì)院.鐵路工程地質(zhì)手冊(cè)[M].北京：中國(guó)鐵道出版社,2010