西安至平?jīng)鼍€永壽梁越嶺地區(qū)綜合線路方案研究

趙永紅

(中鐵第一勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司,西安 710043)

新建鐵路西安至平?jīng)鼍€位于陜西省中西部和甘肅省東部，地處渭北、隴東黃土高原，東連西安樞紐，西接寶中鐵路，行經(jīng)陜甘兩省的咸陽、慶陽、平?jīng)鋈校窘?jīng)我國十三大煤炭基地之一的黃隴基地彬長(zhǎng)礦區(qū)。線路自西安樞紐新豐鎮(zhèn)編組站引出，利用樞紐貨運(yùn)北環(huán)線至隴海線茂陵站，向西北經(jīng)陜西省禮泉、乾縣、永壽、彬縣、長(zhǎng)武及甘肅省涇川等縣，至隴東重鎮(zhèn)平?jīng)鍪?，于寶中鐵路平?jīng)瞿险窘榆壍制經(jīng)稣荆€運(yùn)營(yíng)長(zhǎng)度341.11 km。

乾縣至彬縣段線路行經(jīng)的地貌單元為黃土臺(tái)塬和黃土溝梁低中山區(qū)，其中乾縣至永壽地貌單元由黃土臺(tái)塬過渡到黃土殘梁，永壽至彬縣段線路需翻越永壽梁。乾縣地面高程630 m，永壽地面高程1 030 m，線路越嶺地區(qū)永壽梁梁頂高程1 090～1 460 m，彬縣位于涇河河谷區(qū)，地面高程約840 m。結(jié)合地形條件、地質(zhì)條件、地物分布和城鎮(zhèn)規(guī)劃等相關(guān)因素，在進(jìn)行大面積區(qū)域地質(zhì)調(diào)查和地質(zhì)勘探基礎(chǔ)上，選擇合理的越嶺埡口；針對(duì)選定的越嶺埡口，系統(tǒng)、全面分析線路方案的主要控制因素，經(jīng)多方案技術(shù)、經(jīng)濟(jì)比選，選擇合理的越嶺隧道方案。

1 越嶺埡口方案

1.1 越嶺埡口的選擇及方案組成

永壽梁為涇河、渭河分水嶺，嶺脊基本呈東西向，埡口西高東低，由西向東逐漸趨緩，支脈漸增，分水嶺南坡緩北坡陡。分水嶺埡口由東向西依次為常寧鎮(zhèn)常寧埡口、永平鎮(zhèn)312國道埡口和崔木鎮(zhèn)崔木埡口等。結(jié)合線路走向、埡口高程及越嶺隧道長(zhǎng)度、兩端引線工程等，對(duì)山系埡口進(jìn)行整體的、全面的分析，崔木埡口南坡自然坡度大且偏離線路走向，越嶺主隧道過長(zhǎng)(約40 km)， 隧道通風(fēng)和運(yùn)輸組織等技術(shù)難點(diǎn)問題尚待專題解決，隧道洞口及兩邊引線工程艱巨且地質(zhì)條件差，研究后予以放棄。重點(diǎn)對(duì)312國道埡口和常寧埡口方案進(jìn)行研究比選，見圖1、表1。

圖1 永壽梁越嶺埡口線路方案示意

1.2 越嶺埡口方案簡(jiǎn)述

1.2.1 312國道埡口方案(AK)

線路從永壽站引出上至蒿店，越嶺嶺頂線路高程1 127 m，以15.63 km特長(zhǎng)隧道下穿永壽梁，跨太峪河，以隧道取直線路，跨涇河后引線至比較終點(diǎn)彬縣東站。本方案為降低越嶺高程，繞避分水嶺地區(qū)滑坡及自然保護(hù)區(qū)，減短嶺北展線，采取特長(zhǎng)隧道越嶺，洞身為北傾單面足坡。

線路長(zhǎng)度44.3 km，其中蒿店至太峪一次雙線地段長(zhǎng)21.6 km，橋梁3 640 m/11座，隧道24 040 m/5座，橋隧總長(zhǎng)27.68 km，橋隧比重62.5%，靜態(tài)投資18.86億元。

1.2.2 常寧埡口方案(ⅣAK)

常寧埡口位于永壽梁東端，埡口兩側(cè)山體坡度稍緩，北坡支溝較發(fā)育。線路自永壽站引出，向北東方向連續(xù)跨泔河上游黃土沖溝，足坡而上，橋隧相連，至馬坊(嶺頂線路高程1 065 m)，然后下坡，該段黃土沖溝發(fā)育，線路跨溝越梁，以中長(zhǎng)隧道群橫切10余條支溝，取直引線至早飯頭，跨涇河接AK方案至比較終點(diǎn)彬縣東站。

線路長(zhǎng)度42.37 km，橋梁8 680 m/18座(其中橋高大于100 m的特大橋2.6 km/2座)，隧道27 300 m/9座(其中多線隧道1.35 km)，橋隧總長(zhǎng)35.98 km，橋隧比重84.9%，靜態(tài)投資21.04億元。

1.3 越嶺埡口方案綜合評(píng)價(jià)及推薦意見

1.3.1工程地質(zhì)條件和越嶺隧道工程施工、運(yùn)營(yíng)可靠性分析

312國道埡口(AK)方案越嶺隧道除洞口覆蓋薄層黃土外，洞身均為基巖，雙線特長(zhǎng)越嶺隧道地質(zhì)條件好，施工難度小、工程可靠，而且線路靠近312國道引線，施工條件好。

常寧埡口(ⅣAK)方案線路以高橋、隧道群橫穿永壽梁東、北側(cè)深切黃土沖溝十余條(溝深100～200 m)，約一半隧道洞門位于黃土中。根據(jù)鐵一院20世紀(jì)70年代加深地質(zhì)工作資料，沿各沖溝分布有大小滑坡等不良地質(zhì)百余處，岸坡坍塌、陷穴分布廣，均屬于不穩(wěn)定岸坡。一方面隧道洞門、橋梁墩臺(tái)、路基等工程均需進(jìn)行重型防護(hù)及抗滑處理，估算需增加斜坡處理及滑坡整治約9 000萬元，另一方面根據(jù)多年黃土地區(qū)選線的經(jīng)驗(yàn)和教訓(xùn)，線路通過這類地區(qū)，采取抗滑處理措施，不僅投資大，技術(shù)要求高，施工難度大，工程可靠性差、安全度低，而且往往是今后形成病害、甚至造成災(zāi)難性事故的多發(fā)地。

1.3.2 線路技術(shù)條件和工程投資分析

AK方案線路采用雙線隧道直穿永壽梁，能較好適應(yīng)地形，施工與運(yùn)營(yíng)技術(shù)條件好，近期工程投資省，較ⅣAK方案省21 821萬元；ⅣAK方案線路在涇河南岸多以80～100 m高橋跨越黃土沖溝，車站大都設(shè)置于高橋和隧道內(nèi)，工程艱巨，施工與運(yùn)營(yíng)技術(shù)條件差，養(yǎng)護(hù)維修困難。

經(jīng)綜合比選，推薦312國道埡口方案(AK)。

2 越嶺隧道方案

2.1 越嶺隧道方案研究背景

永壽梁南北兩側(cè)除太峪河河谷相對(duì)開闊外，其他溝谷均因強(qiáng)烈下切，多呈坡陡谷深的黃土“V”形谷。以黃土滑坡為主的不良地質(zhì)廣為分布，且多屬尚不穩(wěn)定的滑坡群，規(guī)模大、危害重，嚴(yán)重制約鐵路選線。鐵一院在20世紀(jì)曾組織地質(zhì)人員對(duì)永壽梁地區(qū)進(jìn)行了長(zhǎng)達(dá)2年的地質(zhì)勘察，基本查清了滑坡的分布和性質(zhì)。對(duì)312國道埡口曾研究了9個(gè)不同長(zhǎng)度越嶺隧道方案，長(zhǎng)度自2.5～10.7 km?；窘Y(jié)論為短隧道方案不適宜于永壽梁兩側(cè)地質(zhì)和地形，宜采取長(zhǎng)隧道方案、以繞避大型滑坡，縮短展線，確保線路安全可靠。受當(dāng)時(shí)隧道施工技術(shù)水平所限，20世紀(jì)所選越嶺隧道長(zhǎng)度為7.7 km及9.2 km，隧道出口端難以繞避滑坡，立足于整治。

2.2 越嶺隧道方案研究的主要控制因素

結(jié)合線路走向和主要技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，重點(diǎn)針對(duì)區(qū)域內(nèi)自然特征、環(huán)境敏感點(diǎn)影響等進(jìn)行系統(tǒng)、全面分析，控制線路方案的主要因素有以下4點(diǎn)。

地形條件：永壽梁南北兩側(cè)除封侯溝和太峪河(河床縱坡12‰～16‰)河谷相對(duì)開闊外，其他溝谷均因強(qiáng)烈下切，多呈坡陡谷深的黃土“V”形谷，線路選線難以利用。

不良地質(zhì)：以黃土滑坡為主的不良地質(zhì)廣為分布，且多屬尚不穩(wěn)定的滑坡群，規(guī)模大、危害重，嚴(yán)重制約鐵路選線，從現(xiàn)場(chǎng)勘查地質(zhì)資料分析，結(jié)合線路走向，長(zhǎng)隧道進(jìn)口封侯溝自上游蒿店梁至下游田家窯約6 km范圍內(nèi)，僅蔡家山水庫尾兩岸山坡地質(zhì)條件較好，長(zhǎng)隧道出口太峪河自太峪鎮(zhèn)至下川約8 km范圍內(nèi)僅4處山坡地質(zhì)條件較好。

翠屏山市級(jí)自然保護(hù)區(qū)：位于蒿店至太峪間永壽梁梁頂，根據(jù)環(huán)保要求，越嶺隧道正洞及輔助導(dǎo)坑洞口不得設(shè)置于保護(hù)區(qū)的核心區(qū)和緩沖區(qū)。

銀武高速公路：高速公路沿太峪河段順壓河道足坡而上，走向與線路交叉，立交高程控制線路高程。

2.3 越嶺隧道方案研究思路和方案組成

按照鐵路發(fā)展思路及當(dāng)今的技術(shù)水平，考慮近、遠(yuǎn)期輸送能力的需求，以“近遠(yuǎn)期工程相結(jié)合、加長(zhǎng)越嶺主隧道長(zhǎng)度、徹底避繞滑坡、線路基本不展線”為方案研究的總體思路，根據(jù)本線技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，結(jié)合區(qū)內(nèi)地形、地質(zhì)條件，共深入研究了雙線(15、14、19 km隧道方案)和單線(9、7 km隧道方案)兩大類共5個(gè)特長(zhǎng)隧道方案，見表2、圖2。

2.4 越嶺隧道方案簡(jiǎn)述

2.4.1 雙線隧道方案

(1)15 km隧道方案(AK)

線路自永壽站引出，沿封侯溝邊的塬梁而上，于溝西岸設(shè)蒿店(嶺頂)，出站后足坡而下，于312國道東側(cè)封侯溝內(nèi)以15.63 km雙線特長(zhǎng)隧道穿越永壽梁，跨太峪河，于左岸設(shè)太峪站。受隧道長(zhǎng)度及設(shè)站條件制約，蒿店至太峪區(qū)間長(zhǎng)度21.6 km，單線不能滿足近期通過能力要求，故蒿店至太峪區(qū)間(含長(zhǎng)隧道)按一次雙線設(shè)計(jì)。

表2 永壽梁越嶺隧道方案比較

圖2 永壽梁越嶺隧道方案示意

線路長(zhǎng)度25.4 km，其中一次雙線段長(zhǎng)21.6 km，隧道17 060 m/3座，橋梁1 890 m/8座，橋隧總長(zhǎng)18.95 km，橋隧比重74.6%，靜態(tài)投資12.76億元。

(2)14 km隧道方案(A14K)

永壽至蒿店線路同AK方案，從蒿店出站，上坡引線至中咀(嶺頂)，然后足坡而下，跨封侯溝西側(cè)支溝，于312國道西側(cè)以14.48 km雙線特長(zhǎng)隧道穿越永壽梁，在太峪河上游出洞，沿太峪河北岸行進(jìn)約3 km至比較終點(diǎn)太峪站。

線路長(zhǎng)度26.82 km，其中一次雙線地段長(zhǎng)度23.62 km，隧道16 010 m/5座，橋梁2 670 m/11座，橋隧總長(zhǎng)18.68 km，橋隧比重69.6%，靜態(tài)投資12.93億元。

(3)19 km隧道方案(A20K)

線路自永壽車站引出，沿封侯溝西岸北上至固縣村設(shè)永壽北站(嶺頂)，足坡而下，跨封侯溝并以19.32 km雙線特長(zhǎng)隧道穿越永壽梁，于太峪河右岸出洞，跨河左岸設(shè)太峪站。

線路長(zhǎng)度24.35 km，受特長(zhǎng)隧道控制，永壽北～太峪一次雙線區(qū)間長(zhǎng)24.55 km，特長(zhǎng)隧道19 320 m/1座，橋梁1 170 m/4座，橋隧總長(zhǎng)20.49 km，橋隧比重84.1%，靜態(tài)投資13.90億元。

2.4.2 單線隧道方案

(1)9 km隧道方案(A9K)

線路自永壽站引出，同AK方案至蒿店設(shè)站，出后站線路足坡而上，2跨封侯溝設(shè)東山站(嶺頂)，出站后足坡而下以9.19 km隧道穿越永壽梁，出洞后即設(shè)底角溝站，以短隧道群展線(R-800 m)至下南莊，跨太峪河，然后沿太峪河左岸引線，接入太峪站。

線路長(zhǎng)度31.25 km，隧道14 940 m/9座，橋梁3 430 m/14座，橋隧總長(zhǎng)18.37 km，橋隧比重58.8%，靜態(tài)投資9.78億元。

(2)7 km隧道方案(A7K)

線路自永壽站引出，同AK方案至蒿店設(shè)站，出站后線路沿封侯溝西岸足坡而上，塬梁上東山設(shè)站(嶺頂)，出站后足坡而下，跨封侯溝，以7.84 km隧道穿越永壽梁，沿底角溝北岸展線(R-800 m)至底角溝鄉(xiāng)設(shè)站，出站后繼續(xù)以短隧道群迂回展線(R-800 m)至下南莊，跨太峪河，設(shè)南莊站，出站后沿太峪河北岸接入太峪車站。

線路長(zhǎng)度33.63 km，隧道15 560 m/10座，橋梁4 340 m/24座，橋隧總長(zhǎng)19.9 km，橋隧比重59.2%，靜態(tài)投資10.08億元。

2.5 越嶺隧道方案綜合評(píng)價(jià)及推薦意見

2.5.1越嶺隧道工程地質(zhì)、水文條件及施工條件評(píng)價(jià)

永壽梁越嶺地區(qū)各支溝內(nèi)滑坡、錯(cuò)落、煤窯采空等不良地質(zhì)區(qū)分布廣，規(guī)模大，數(shù)量多，已發(fā)現(xiàn)大、小、新、老滑坡百余處，危害較大者有封侯溝的腰險(xiǎn)滑坡、底角溝的西山滑坡、劉家山滑坡，太峪河的拜家河滑坡、太峪鎮(zhèn)對(duì)岸太峪滑坡等。A7K、A9K方案越嶺隧道相對(duì)較短，越嶺高程高，需在太峪河、底角溝展線，不可避免地不同程度穿過滑坡群，工程地質(zhì)條件明顯較差。

AK方案和A14K、A20K方案都采用雙線特長(zhǎng)隧道越嶺，避免在上游“V”型支溝內(nèi)展線，繞避了滑坡體，地質(zhì)條件較好。但A14K由于靠近劉家溝水庫，水庫底部有滲漏現(xiàn)象，為病害水庫，整體地質(zhì)條件相對(duì)差于AK和A20K方案。

2.5.2 對(duì)翠屏山自然保護(hù)區(qū)的影響分析

翠屏山市級(jí)自然保護(hù)區(qū)位于蒿店至太峪間永壽梁梁頂，根據(jù)環(huán)保部門要求，建筑工程不得設(shè)置于保護(hù)區(qū)的核心區(qū)和緩沖區(qū)。3個(gè)雙線隧道方案(AK、A14K、A20K)均以特長(zhǎng)隧道工程穿越自然保護(hù)區(qū)，洞口均遠(yuǎn)離保護(hù)區(qū)的核心區(qū)和緩沖區(qū)，最大限度地減小對(duì)保護(hù)區(qū)的影響，單線隧道A7K 和A9K方案雖然洞身位于核心區(qū)之外，但需在保護(hù)區(qū)范圍內(nèi)迂回展線，施工和運(yùn)營(yíng)對(duì)自然保護(hù)區(qū)影響很大，難以滿足環(huán)保要求。

2.5.3 線路主要技術(shù)指標(biāo)分析

3個(gè)雙線隧道方案(AK、A14K、A20K)線路平面最小曲線半徑均采用1 200 m，線路順直，縱斷面設(shè)計(jì)為足坡，整體線路技術(shù)條件好。單線隧道A7K 和A9K方案因受能力限制，為滿足單線設(shè)站站間距要求，平面曲線半徑采用800 m，以隧道群形式迂回展線，為順應(yīng)地形，部分地段縱斷面坡度略有不足，線路長(zhǎng)度分別比AK方案展長(zhǎng)8.23 km和5.85 km，即使將A7K、A9K方案的區(qū)間改為一次雙線區(qū)間，但由于其越嶺高程較高，仍需在不良地質(zhì)區(qū)展線，而雙線長(zhǎng)度、工程量及總投資遠(yuǎn)高于雙線隧道方案(AK、A14K、A20K)。

2.5.4 工程經(jīng)濟(jì)性比較

3個(gè)雙線隧道方案(AK、A14K、A20K)線路長(zhǎng)度短、重點(diǎn)工程集中，便于運(yùn)營(yíng)養(yǎng)護(hù)維修和管理，AK方案和A14K方案工程投資相當(dāng)，A20K方案工程造價(jià)最高，較AK方案貴1.14億元；單線隧道A7K和A9K方案雖在近期投資上具有一定優(yōu)勢(shì)，分別較AK方案省2.69億元和2.98億元，但線路通過不良地質(zhì)區(qū)段，施工及運(yùn)營(yíng)中存在安全隱患，又不滿足環(huán)保要求，加上本線遠(yuǎn)期按預(yù)測(cè)運(yùn)量要求，需建復(fù)線工程，其總投資也不低于一次雙線隧道方案。

綜合比選，推薦采用工程地質(zhì)條件和線路技術(shù)條件好、越嶺隧道施工條件好且工程可靠性高、滿足自然保護(hù)區(qū)要求、工程投資省的312國道埡口15 km雙線隧道方案(AK)。

3 越嶺地區(qū)線路方案推薦意見

線路西繞乾縣縣城，跨漠谷河避開乾陵文物保護(hù)區(qū)展線上塬，沿塬面足坡布線，經(jīng)永壽于溝西岸設(shè)蒿店站(嶺頂)，出站后足坡而下，于312國道東側(cè)封侯溝內(nèi)進(jìn)洞，以15.63 km雙線特長(zhǎng)隧道經(jīng)312國道埡口穿越永壽梁，以繞避分水嶺地區(qū)黃土滑坡群，最大限度地減小對(duì)翠屏山自然保護(hù)區(qū)的影響。跨太峪河，于左岸設(shè)太峪站。受隧道長(zhǎng)度及設(shè)站條件制約，蒿店至太峪區(qū)間(長(zhǎng)度21.6 km)單線不能滿足近期通過能力要求，故蒿店至太峪區(qū)間(含永壽梁越嶺隧道)按一次雙線設(shè)計(jì)。越嶺后沿太峪河足坡而下至涇河寬谷區(qū)的彬縣。

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