改建鐵路白阿線擴能改造工程線路方案研究

李　為

(鐵道第三勘察設計院集團有限公司，天津　300142)

白阿鐵路位于吉林省的西部以及內(nèi)蒙古自治區(qū)的東部地區(qū)，東起吉林省白城市，西至內(nèi)蒙古自治區(qū)科爾沁右翼前旗。由平齊鐵路上的白城車站引出，線路沿洮兒河和歸流河河谷，翻越大興安嶺山脈后，沿阿爾善河河谷而下，終止于伊爾施站，單線線路長度354.7 km，共有車站21個。

隨著振興東北老工業(yè)基地政策的逐步實施，本項目建成后，將會增加該區(qū)域與國內(nèi)外各地區(qū)間的交流與合作，通過白阿鐵路與錫烏線接軌，開辟了一條蒙東資源輸入東三省的快速通道，同時將東三省及口岸的物資運輸?shù)矫蓶|，實現(xiàn)區(qū)域間的經(jīng)濟優(yōu)勢互補。對于保障錫烏鐵路、兩伊鐵路的煤炭外運都有著重要的意義。同時，本線延伸到阿爾山口岸，與蒙古國鐵路相連，有利于加強中蒙兩國間的貿(mào)易往來，實現(xiàn)兩國間的經(jīng)濟優(yōu)勢互補，促進兩國間的物質(zhì)文化交流。

1　既有線的現(xiàn)狀及存在的問題

既有白阿鐵路建于20世紀30年代，是日本侵略者為掠奪我國礦產(chǎn)及林業(yè)資源而修建的。修建年代久遠，線路標準低、坡度大、曲線半徑小、列車運行速度低、牽引質(zhì)量小、橋涵孔徑不足，大部分路基填筑低矮，路基病害嚴重，其中包括水浸路基、基床下沉外擠、翻漿冒泥以及凍害等。

目前，白阿鐵路白城至烏蘭浩特段通過能力為34.3對，圖定客車11對，貨6對，能力利用率65.6%。本線最快旅客列車旅行速度71 km/h，不能滿足日益增長的客貨運量的快速通達需求。同時本線上、下行最大限坡均大于16‰，限制了全線的牽引重量，造成了本線牽引重量不高和機車動力浪費，影響整個區(qū)段的輸送能力，與前后方通路不匹配。

2　白阿鐵路擴能方案研究

本次選擇白阿擴能白烏段白城至鎮(zhèn)西段方案進行研究，里程段落為K8+950(白城北站外)至K48+025(鎮(zhèn)西站外)。

2.1　既有鐵路路基工程地質(zhì)條件

既有線基床路基填料以粉質(zhì)黏土、粉土為主，填料組別為C組，零星分布細圓礫土，填料組別為B組。通過現(xiàn)場取樣試驗，沿線既有路基填料凍結(jié)深度范圍內(nèi)黏性土、粉土、粉砂會產(chǎn)生凍脹病害，凍脹等級及類別為Ⅱ～Ⅲ級，弱凍脹—凍脹。局部段落黏性土凍脹等級及類別達到Ⅳ級，強凍脹；局部段落粉土凍脹等級及類別達到Ⅴ級，特強凍脹。

2.2　擴能方案研究

根據(jù)既有線路基工程地質(zhì)情況，綜合考慮線路工程條件、運量水平及構(gòu)成、運輸組織、提速效果等多方因素，研究了以下四種不同速度目標值方案，研究段落為白城至鎮(zhèn)西段(K8+950～K48+025)。

(1)160 km/h增二線方案(I方案)

線路平、縱斷面，車站布置按國鐵I級標準，速度目標值采用160 km/h，建設方案為增建第二線，靜態(tài)工程投資105374.5萬元。

施工順序：先在既有線一側(cè)幫寬第二線，待二線施工完成后，再利用增建的二線轉(zhuǎn)線通車，運營過渡，最后改建既有線。

施工方案：結(jié)合《鐵路營業(yè)線施工安全管理辦法》(鐵運[2012]280號文)的相關規(guī)定，路基病害段落結(jié)合平改立設置及過渡，二線與既有線拉開7.5 m線間距，且利用A組非凍脹土將二線路基較既有線抬高0.6 m，待二線施工完成后，既有線再拔除道砟，并撥至與二線4.2 m線間距，整平、壓實后直接填筑路基表層，完成鋪軌至與二線等高。結(jié)合路段旅客列車設計速度計近期運量，對既有線43 kg/m與50 kg/m鋼軌全部拆除，重鋪重型軌道，既有平交道全部改為立交。

(2)120 km/h增二線方案(Ⅱ方案)

線路平、縱斷面、車站布置按國鐵Ⅰ級標準，速度目標值采用120 km/h，建設方案為增建第二線，靜態(tài)工程投資899 183.6萬元。

施工順序：先利用天窗時間原位處理既有線，待既有線處理完成后，再幫寬增建第二線。

施工方案：根據(jù)既有線路基病害分布情況及120 km/h速度目標值路基病害處理措施，既有線路基處理措施為只處理凍害，其他段落不做處理，二線與既有線等高。具體方案為天窗時間對基床表層換填0.5 m非凍脹A組土和0.1 m厚的中粗砂并夾鋪一層兩布一膜土工布，并對既有線43 kg/m與50 kg/m鋼軌全部拆除，換鋪重型軌道，最后并行既有線4.0 m線間距幫寬二線。既有平交道全部改為立交。

(3)平縱斷面預留160 km/h增二線方案(Ⅲ方案)

線路平、縱斷面按160 km/h設計，靜態(tài)工程投資98 769.1萬元。其他措施與120 km/h增二線方案一致。

(4)新建雙線方案(Ⅳ方案)

該方案結(jié)合地形、水文、平交道、車站、橋涵布置，在既有線一側(cè)新建雙線，線間距于既有線拉開21 m，考慮凍脹因素，一般地段路基填土高度大于凍結(jié)深度(2.44 m)，其余段落滿足立交設置要求。靜態(tài)工程投資110 148.0萬元。

(5)優(yōu)缺點分析

表1　優(yōu)缺點分析

2.3　推薦意見

120 km/h增二線及平縱斷面預留160 km/h增二線方案雖然投資效果明顯，但速度目標值與各方的期望明顯偏低，也與該線路網(wǎng)的地位不相符，因此不宜選用。160 km/h增二線方案、沿既有線新修雙線方案的工程投資分別為105 374.5萬元、110 148.0萬元，考慮到二者的技術(shù)標準基本相同，160 km/h增二線方案節(jié)約工程投資4 773.5萬元，因此采用160 km/h增二線方案。

3　增建第二線方案研究

3.1　既有線路基基床加固和病害整治設計原則

根據(jù)既有白阿路基基床情況，對路基存在凍害段落和既有基床表層路堤填料為C、D組土且判定為凍脹等級Ⅲ級以上凍脹土(凍脹、強凍脹和特強凍脹土)地段，采用挖除基床表層0.6 m，換填0.5 m厚A組土+0.1中粗砂并夾鋪一層兩布一膜土工布處理?；驳讓咏Y(jié)合路堤填料、凍脹情況、承載力情況綜合確定處理措施。

對路基下沉外擠病害地段，采用挖除1.1 m，換填0.5 m厚A組土+0.1中粗砂并夾鋪一層兩布一膜土工布處理，基床底層換填0.5 m的A、B組土或改良土并夾鋪一層土工格室加固。

除路基存在凍害、下沉外擠等病害和基床表層為C、D組土且為凍脹性土采用換填處理外，其他地段路基基床表層承載力不足130 kPa地段，基床底層不足100 kPa地段，采用水泥土擠密樁加固處理，擠密樁長度不小于1.0 m。

對既有線路橋過渡段和涵洞頂至軌頂高度小于1.2 m的路涵過渡段，如既有基床強度不滿足承載力要求，應作加固處理。路橋過渡段處理長度不小于20 m，路涵過渡段應不小于15 m，采用擠密樁處理，長度分段漸變過渡。

3.2　路基防凍脹設計措施

(1)路堤防凍脹措施

路基面以下基床范圍內(nèi)土質(zhì)不滿足防凍脹要求時，基床表層填筑非凍脹A組土，基床底層填筑或換填非凍脹A、B組填料或改良土。非凍脹A、B組填料滿足：細顆粒(顆粒粒徑≤0.075 mm)含量不大于10%，改良土無側(cè)限抗壓強度應滿足凍融要求?；惨韵绿钪嗀、B、C組填料或改良土。

①路基填高h>2.5 m， 路堤基床表層填筑0.6 m厚的防凍脹A組土，基床底層填筑1.9 m厚的非凍脹A、B組填料。

②路基填高0.6 m

③路基填高h≤0.6 m的低路堤，按路堤式路塹設計，基床表層為0.5 m非凍脹A組土+0.1 m中粗砂夾鋪一層兩布一膜土工布(600 g/m2)。當?shù)鼗鶠榧毩Ｍ粱蚍?、細砂地層時，基床底層范圍換填非凍脹性A、B組填料。

(2)路塹防凍脹措施

軟質(zhì)巖、強風化的硬質(zhì)巖及土質(zhì)路塹，采用路堤式路塹形式，路堤式基床結(jié)構(gòu)基床表層為0.5 m非凍脹A組土+0.1 m中粗砂夾鋪一層兩布一膜土工布，基床底層范圍處理措施同低路堤。

3.3　路基病害段落處理方案比選

結(jié)合路基病害段落分布及整治措施，選擇典型路基病害工點一處(K39+000～K40+000)，對既有線路基凍害段落進行了抬高路基與挖除換填方案進行比選分析。

(1)路基病害段落抬高路基方案

為避免對既有線挖除換填所造成的運營干擾，結(jié)合增建第二線，并考慮施工、運營安全，既有線病害段落將增二線與既有線拉開7.5 m線間距，并抬高既有線路基≥0.6 m，增減二線路基搭至既有線砟腳以外。增建二線建成后，利用二線過渡，之后拆除既有線軌道，清除道砟，抬高路基至與二線等高。路基病害段落抬高路基方案投資分別為2 006萬元。

(2)路基病害段落挖除換填方案

為保證施工和運營安全，增建第二線與既有線拉開9.55 m線間距，二線搭至既有線基床表層以下，并設置線間排水溝，二線與既有等高，增建二線建成后，利用二線過渡，之后拆除既有線，清除道砟，挖除換填既有線基床表層土，并重新鋪。挖除換填方案的投資為2 061萬元。

(3)優(yōu)缺點分析及推薦意見

表2　優(yōu)缺點分析

通過以上分析，抬高既有線路基方案占地少，且兩線共路基運營維護方便，工程投資略省。考慮既有線填方較低，既有線凍結(jié)深度2.45 m，凍結(jié)深度較大，因此抬高路基方案有利于防凍脹，故推薦抬高路基方案。

4　結(jié)論

本線是東北地區(qū)伊爾施-白城-長春-吉林-圖們通道的重要組成部分，伴隨錫烏鐵路開通，本項目的建設對內(nèi)蒙古東部地區(qū)及吉林省的經(jīng)濟發(fā)展將起到非常重要的作用?？紤]白阿鐵路的功能定位、路網(wǎng)規(guī)劃、既有線現(xiàn)狀、車站布置、路基病害情況、橋涵設置、施工組織及運營安全因素，白阿鐵路擴能改造工程線路方案采用160 km/h速度目標值增建第二線工程，既有路基病害段落采用抬高路基的處理措施，有利于路基排水及防凍脹，運營維護方便，工程實施難度小，投資省，予以推薦。

[1]GB50090—2006鐵路線路設計規(guī)范[S]

[2]TB10001—2005鐵路路基設計規(guī)范[S]

[3]鐵一院.鐵路工程設計技術(shù)手冊:線路篇[M].北京：中國鐵道出版社，1994

[4]支東延.鐵路速度目標值的選擇[J].鐵道標準設計，2005(3):6-8

[5]劉樹春，嚴建斌.白阿鐵路白城至鎮(zhèn)西段既有線增二線方案研究[J].鐵道勘察，2012，38(4)