鶴壁煤化工鐵路專用線與長風南路交叉方案研究及優(yōu)化

李宏偉

(鶴壁煤業(yè)集團公司鐵路運輸處,河南鶴壁 458030 )

1 問題的提出

為了滿足鶴壁煤電股份有限公司年產(chǎn)60萬t甲醇項目(簡稱鶴壁煤化工)建設和運輸生產(chǎn)需要,需配套新建鐵路專用線1條,該鐵路專用線設計等級為：單線工企Ⅰ級,從鶴壁礦區(qū)鐵路八礦站接軌,然后輾轉向西到老七礦位置新建煤化工站,正線長2.405 km,鋪軌總長6.234 km,最大限制坡度15‰。但由于鐵路專用線位于鶴壁市鹿樓工業(yè)區(qū)范圍之內(nèi),線路走向方案已經(jīng)確定,造成該鐵路專用線與鶴壁市城市道路—長風南路在專用線里程DK0+283.87處交叉。根據(jù)現(xiàn)代城市發(fā)展和一般設計思路,應采用立體交叉方案通過,但由于該交叉點又正好位于鶴壁市鹿樓煤礦采煤下沉區(qū)范圍之內(nèi),存在地面下沉的不確定性,且該交叉點公路方向又正好位于坡道之上,實測最大坡度4.3%,市政部門要求,公路方面改造設計坡度不能大于5%,由于受地面高程和線路縱坡等因素的限制,給該交叉方案的圖紙設計和方案選擇帶來了較大困惑。因此,仔細研究和優(yōu)化此處交叉通過方案成為了該鐵路專用線設計和建設的重要一環(huán)。

2 長風南路概況及交叉點限制因素

2.1 長風南路概況

長風南路位于鶴壁市山城區(qū),是連接鶴壁市老城區(qū)與鹿樓工業(yè)區(qū)的主要道路,道路規(guī)劃總寬度26 m,現(xiàn)有實際行車道路路面寬16 m,瀝青混凝土路面,兩側人行道寬5 m,屬城市主要道路。煤化工鐵路專用線線路走向及交叉位置見圖1。

圖1 煤化工鐵路專用線線路走向及交叉位置示意

2.2 交叉點附近的限制因素

(1)交叉點處建筑物限制。交叉點位于鶴壁市鹿樓工業(yè)區(qū)范圍之內(nèi),東側為鶴壁礦區(qū)鐵路八礦接軌站和居民區(qū),西側為鹿樓煤礦主井和生產(chǎn)區(qū)域,北側180 m處為鶴壁市主要河流泗河4-15 m小莊橋,受上述條件限制,鐵路專用線可以移動和調整的范圍非常有限。

(2)交叉點處地面高程和鐵路縱坡限制。八礦接軌點處地面高程152.00 m,煤化工站地面高程174.20 m,交叉點處距離八礦接軌站僅有283 m,距終點煤化工站僅有1 275 m,地面高差22.2 m,自然坡度已達17.4‰,而鐵路專用線批復的最大限制坡度15‰,交叉點處鐵路軌面設計高程為155.38 m,長風南路在該處的高程為154.24 m,高差為1.14 m,由于鐵路專用線區(qū)間距離太短,調整鐵路縱坡亦非常困難。

(3)交叉點處公路坡度限制。長風南路與設計的鐵路專用線交叉處的道路正好位于長大坡道上,坡道總長460 m,實測最大公路縱坡4.3%,坡頂位于交叉點南側既有小電廠運煤小鐵路道口處,該處距交叉點280 m,坡腳位于小莊橋南橋頭,距交叉點180 m,受橋面高程控制,公路方向縱坡調整也十分困難。

(4)鹿樓煤礦采煤下沉區(qū)的限制。該交叉點正好位于鹿樓煤礦采煤下沉區(qū)范圍之內(nèi),依據(jù)地測部門預測,最大預估下沉量在0.8 m左右,根據(jù)現(xiàn)場實際觀測,由于該礦采煤,現(xiàn)已造成附近小莊橋橋拱裂縫和公路路面下沉錯位達0.4 m左右,故在此處修建鐵路立交不僅十分困難且存在較大安全風險。

3 立交與平交方案的比較與選擇

根據(jù)城市發(fā)展和鐵路安全行車需要,首選方案一般應采用立交方案,但由于受地形和煤礦采空區(qū)影響,該處采用立交方案困難較大,對比分析如下。

3.1 立交方案

由于受接軌點高程、鐵路縱坡以及煤礦采空區(qū)等因素限制,采用立交方案時,只能是采用公路上跨鐵路的整體箱涵立交方式,并且還造成交叉點北側原4-15 m小莊橋抬高重建和長風南路660 m既有道路抬高改造,工程投資較大,約需資金3 156萬元。不僅如此,該方案雖然采用了獨立的框架橋結構,但在采空區(qū)上修建立交仍然存在如下風險。

(1)煤礦采空區(qū)埋深約120 m,橋涵基礎和公路路基都存在著下沉的危險,且下沉的具體時間及下沉量都難以準確預測。

(2)煤礦采空區(qū)的下沉還可能造成立交箱橋傾斜變形,下沉嚴重時可導致結構毀壞,且難以修復。

(3)煤礦采空區(qū)的不確定性下沉還將直接影響到鐵路、道路的正常通行安全。

(4)根據(jù)設計方案,鐵路下穿長風南路箱橋雖預留了80 cm的下沉量,但此恐難以滿足實際下沉的要求,如下沉量過大時將影響鐵路通行凈空高度。

3.2 平交方案

相對比較簡單,即在交叉點處按照鐵路道口設計相關規(guī)范要求設置有人看守鐵路平交道口1處即可。平交方案在道路暢通、交通安全方面雖不如立交,但由于煤化工鐵路專用線每天通過的列車僅有6對,對公路通行影響不大,設置有人看守平交道口并設置完善的道口報警系統(tǒng),能夠滿足鐵路及道路安全通行的需要,并具有以下優(yōu)點。

(1)相對安全可靠,因采煤下沉及其他原因道路、鐵路出現(xiàn)下沉問題時容易修復,直接起墊恢復路面、軌面高程即可。

(2)工程簡單,容易實施,不需要大量抬高公路、不需要新建、拆建原有橋涵；不需要施工便橋、便線等臨時通行措施,施工不中斷長風南路正常通行。

(3)拆遷范圍較小,不涉及公路兩側加油站、車管所、自來水主管等建筑物和管線的拆遷改移。

(4)工程投資相對較小,包括道口房、道口欄桿及其相關設備約需資金389萬元,僅是立交方案的將近1/8。

4 平交方案的具體優(yōu)化與管理

4.1 平交道口位置及平臺長度的確定

由于該道口位于長大坡道上,鐵路、公路交叉點處需設置道口平臺,根據(jù)《鐵路線路設計規(guī)范》的要求,鋼軌外側單側平臺最小長度不得小于16 m,但平臺太寬又沒有條件,為此,合理確定平臺的位置和長度非常重要。根據(jù)現(xiàn)場實際并考慮軌枕施工需要,道口平臺寬度設定為38 m,平臺高程為155.21 m。由于南側道路向鐵路方向為下坡,為保證交通安全,南側設置較寬的平臺,平臺邊緣距鐵路中心線為21 m；北側道路向鐵路方向為上坡,平臺邊緣距鐵路中心線為17 m。

4.2 公路方向5%縱坡的優(yōu)化

根據(jù)《鐵路線路設計規(guī)范》的要求,困難條件下緊接道口平臺的公路縱坡不得大于5%,但由于受周邊地形和小莊橋高程的限制,設計部門最初推薦的方案,公路連接縱坡為5.2%,不僅不能滿足《鐵路線路設計規(guī)范》的要求,而且無法得到當?shù)厥姓块T的認可,為此必須對該方案進行優(yōu)化調整。經(jīng)過多次現(xiàn)場測量和計算,在確保鐵路限制縱坡15‰的不變的前提下,在公路方向把交叉點南移11.1 m正好可以滿足5%縱坡需要。這樣,南側平臺邊緣至坡頂?shù)木嚯x調整為280-11.1-21=247.9 m,高差162.84-155.21=7.63 m,平均坡度為3.1%,道口平臺外與上坡段道路采用凹形豎曲線連接,豎曲線半徑采用870 m,豎曲線長度為40 m；北側平臺邊緣至坡腳的距離為180+11.1-17=174.1 m,高差155.21-147.63=7.58 m,道口平臺外與下坡段道路采用凸形豎曲線連接,豎曲線半徑采用900 m,豎曲線長度為45 m。豎曲線之外連接道路的最大坡度為7.58÷(180+11.1-17-22.5)=5%,正好滿足規(guī)范需要,并得到了當?shù)厥姓块T的認可。

4.3 平交道口的管理及安保設施

為了確保鐵路和公路行車安全,防止道口事故的發(fā)生,該平交道口擬采用雙人雙崗有人看守的作業(yè)方式,同時設計有37 m2的道口看守房,設置4臺聯(lián)動道口欄桿,設置遠程道口視頻監(jiān)控和完善的道口標志及信號報警系統(tǒng)。

5 結論及意見

經(jīng)過上述綜合研究、比較和優(yōu)化,由于該交叉地段位于煤礦采煤下沉區(qū),地質條件無法充分滿足立交建設需要,從結構安全、鐵路行車量、經(jīng)濟合理等方面綜合考慮,不能盲目追求立交方案,煤化工鐵路專用線與長風南路的交叉處理,應結合現(xiàn)場實際,因地制宜地進行研究和考慮,故采用優(yōu)化后的平交方案還是比較合理可行的。優(yōu)化后的平交方案,不僅滿足了鐵路縱坡15‰的限坡要求，同時也滿足了公路縱坡不大于5%的設計要求；不僅避免了在采煤下沉區(qū)修建橋涵的風險,同時也為項目建設節(jié)省了大量資金；不僅滿足了規(guī)范和市政部門的要求,同時也為項目的設計和施工建設奠定了基礎。

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