關(guān)于山區(qū)鐵路選線方法的思考

劉衛(wèi)仁，張曉峰

（新疆鐵道勘察設(shè)計院有限公司 線路運輸分處，新疆 烏魯木齊 830011）

鐵路選線是鐵路建設(shè)的基礎(chǔ)工作，也是一項涉及面較廣的綜合性工作。為了保證選線和勘測設(shè)計質(zhì)量，降低工程造價，必須綜合考慮各種因素，多方案進行比選。因此，通過精 ( 河 ) 伊 ( 犁 )鐵路勘測設(shè)計的實踐，探討山區(qū)線路設(shè)計中的相關(guān)問題。

1 山區(qū)鐵路選線原則

選線工作是鐵路設(shè)計工作的核心，一般的選線原則是從面、片到線，按照不同階段和深度將線路的各個單項工程進行綜合優(yōu)化，選出技術(shù)可靠、經(jīng)濟合理及運營效率高的線路。選線工作主要包括線路走向選擇、接軌方案選擇、站場分布原則，以及不同地形、地質(zhì)條件下的線路選擇。山區(qū)鐵路選線應(yīng)結(jié)合經(jīng)由點之間的地形、地貌、地質(zhì)、水系、埡口及控制線路走向諸因素全面規(guī)劃，經(jīng)過多方案技術(shù)經(jīng)濟比選而得[1]。

以精伊鐵路越嶺段線路方案為例，精河—伊犁段北天山橫亙其間，是阻礙天山南北交通的天然屏障，也是精伊鐵路選線的最大障礙。由于越嶺地段地形、地質(zhì)、水文條件十分復(fù)雜，通過對多種線路越嶺埡口方案進行研究和比選，在預(yù)可審查確定的博爾博松越嶺埡口方案基礎(chǔ)上，結(jié)合地形、地貌與地質(zhì)特點，按限制坡度為 20‰ 電力牽引進行不同越嶺位置和高程的方案選擇。在測區(qū)內(nèi)，運用航測遙感、GPS 定位技術(shù)及綜合勘探手段分別對多個越嶺主隧道方案進行野外勘察和紙上定線，主要對越嶺主隧道長度 9.89 km ( CⅠK )、11.495 km ( CⅡK )、13.573 km ( CK ) 3 個方案進行研究。①從地質(zhì)構(gòu)造條件分析。CⅡK 方案主隧道多穿越 1 條 f17 斷層，隧道進出口存在淺埋地段；隧道洞身基本與庫爾薩依溝平行，溝內(nèi)巖石破碎，節(jié)理、裂隙發(fā)育；該段地下水比較豐富，施工時易產(chǎn)生坍塌或突水災(zāi)害。此外，CⅡK 方案的蒙馬拉爾二號隧道出口位于巖堆上，巖堆厚 5～20 m。CK 方案主隧道穿過斷層與 CⅠK 相同，但是線路遠(yuǎn)離斷層破碎帶影響范圍，優(yōu) 于CⅡK 方案。雖然 CⅠK ( 9.89 km ) 隧道長度略優(yōu)于CK ( 13.573 km ) 和 CⅡK ( 11.495 km ) 方案，但是從長隧道地質(zhì)和水文條件進行綜合評價分析，CK 方案優(yōu)于 CⅠK、CⅡK 方案。②從線路技術(shù)條件分析。CK 方案越嶺主隧道出口高程比 CⅡK 低128 m，比 CⅠK 低 229 m。該方案線路短、順直，平、縱斷面條件最好，線路長度比 CⅡK 短 4.362 km，比 CⅠK 短 8.358 km，運營養(yǎng)護成本低，年運營費最省。CK 方案還基本解決了蘇布臺雙回頭曲線迂回展線的問題，減少雪害影響地段，較好利用了蘇布臺以南山前臺地的有利地形[2]。

綜上所述，精伊鐵路越嶺段線路方案的理想方案為 CK 方案。該方案的選線表明，山區(qū)鐵路選線時必須全面規(guī)劃、逐步接近。

2 山區(qū)鐵路地質(zhì)選線

地質(zhì)是鐵路工程的基礎(chǔ)，尤其是地質(zhì)復(fù)雜的山區(qū)鐵路，加強各階段的地質(zhì)工作是山區(qū)鐵路選線的關(guān)鍵。重視地質(zhì)工作、摸清地質(zhì)條件、采取可靠的工程措施將事半功倍。

精伊鐵路在方案研究報告與初測間邀請地質(zhì)專家、學(xué)者采用綜合勘探手段，重點查清越嶺地區(qū)的區(qū)域工程地質(zhì)和水文地質(zhì)，為越嶺方案選擇提供可靠的地質(zhì)資料。隨著精伊鐵路地質(zhì)選線工作的深入，設(shè)計人員對沿線區(qū)域地質(zhì)的認(rèn)識也日益加深，在無法繞避的不良地質(zhì)地段采取周密的工程措施對線路方案進行先期處理，避免隱患。例如，精伊鐵路蘇布臺—尼勒克段線路位于天山山脈山前黃土臺地，不僅地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜，不良地質(zhì)如滑坡、錯落、泥石流、巖崩、雪害等也較多，其中克茲克闊茲滑坡屬于特大型深層滑坡，布滿整個肯薩依溝的右岸，2003 年初測時，地質(zhì)人員結(jié)合線路走向，在小比例圖上進行大面積 ( 40 km2) 區(qū)域地質(zhì)調(diào)查，查清構(gòu)造及地層分布情況，并在大比例航測圖上確認(rèn)，查明各類不良地質(zhì)的位置、分類、大小，對影響選線的重點不良地質(zhì)進行詳細(xì)調(diào)查及勘探，較好地掌握了該地區(qū)的地質(zhì)資料，最終形成定測方案。實例表明，地質(zhì)選線對線路方案穩(wěn)定實施影響重大，鐵路選線必須重視和加強地質(zhì)工作，并在不同地質(zhì)勘探階段，解決不同規(guī)模、不同深度的問題。

3 山區(qū)鐵路牽引種類

我國鐵路牽引動力目前為電力、內(nèi)燃及蒸汽3 種并存，以內(nèi)燃牽引為主。電力機車與蒸汽、內(nèi)燃機車相比具有牽引性能好、熱效率高、速度快、污染小、成本低等優(yōu)點，特別是在山區(qū)長大坡道和多隧道線路上，電力牽引的優(yōu)越性更為顯著。對于新建山區(qū)線路，由于地形地質(zhì)十分復(fù)雜，縱坡大，橋隧多，設(shè)站困難，采用電力牽引可以有效解決運能與造價的矛盾，達(dá)到低成本、低造價、高運能的目的。為適應(yīng)運量增長的需要，合理利用和節(jié)約能源，提高社會經(jīng)濟效益，通過對各種牽引方式的技術(shù)經(jīng)濟比較，明確我國大力發(fā)展電力牽引、合理發(fā)展內(nèi)燃牽引的牽引動力現(xiàn)代化方向。

精伊鐵路全長 210 km，設(shè)計限制坡度為20‰，跨越天山，地形、地質(zhì)條件十分復(fù)雜，并且橋高隧道長。①采用電力牽引方案時，線路長度為 210.80 km，大中橋為 18 090 m/72 座，隧道為 52 942 m/28 座( 其中越嶺主隧道長 13.573 km )，路基土石方為1 432.6 萬m3，砌體為 63.634 m3，靜態(tài)投資為 51.742億元。②采用內(nèi)燃牽引方案時，線路長度為247.88 km，路基土石方為 1 391.654 萬m3，砌體為 117.653 m3，大中橋為 23 887 m/98 座，隧道為66 475 m/48 座 ( 其中越嶺主隧道長為 6.88 km )，靜態(tài)投資為 55.706 億元。電力牽引與內(nèi)燃牽引方案相比，電力牽引方案具有線路短直、投資較省的明顯優(yōu)勢，內(nèi)燃牽引方案雖然可以節(jié)省外部電源和電化投資，但是近期需要全部開站，并且增加越嶺長隧道通風(fēng)運營設(shè)備等費用[3]。

綜上所述，電力機車與內(nèi)燃機車相比，具有牽引力大、起動加速快、制動性能好，計算速度高、輸送能力大、運輸成本低等優(yōu)點，因而在長大坡道及長隧道、高海拔山區(qū)鐵路一般優(yōu)先選用電力機車。

4 山區(qū)鐵路最小曲線半徑的選擇

鐵路旅客列車行車速度與最小曲線半徑應(yīng)根據(jù)鐵路等級，結(jié)合地形、地貌、地質(zhì)等條件比選確定[4]。鐵路的速度目標(biāo)值是行車的核心技術(shù)指標(biāo)，也是鐵路設(shè)計的決定性參數(shù)。影響旅客列車最高設(shè)計行車速度的最基本要素是曲線半徑，而不同曲線半徑的選擇直接影響著工程投資。根據(jù)現(xiàn)行規(guī)范及有關(guān)規(guī)定，與不同速度相匹配的曲線半徑如表 1 所示。

4.1 影響因素分析

表1 與設(shè)計速度相匹配的最小曲線半徑

選擇最小曲線半徑首先應(yīng)滿足各級鐵路規(guī)定的旅客列車最高行車速度的要求，按旅客列車通過曲線的最大允許速度計算公式進行計算。《 鐵路線路設(shè)計規(guī)范 》規(guī)定的最小曲線半徑一般能夠滿足上述條件下行車速度的要求；在地形困難地段如果采用小半徑曲線，比較容易順應(yīng)地形，減少路基土石方、橋隧和擋護工程，節(jié)省工程費用；而如果過多采用小半徑曲線，會增加曲線數(shù)目，使總的轉(zhuǎn)向角增大，線路延長，增加工程費。

4.2 最小曲線半徑選擇

新建鐵路行經(jīng)地區(qū)按困難程度可以分為一般、困難及特殊困難地段。線路的最小曲線半徑應(yīng)結(jié)合地形分地段選擇，因地制宜地采用不同標(biāo)準(zhǔn)以提高行車速度，取得較好的經(jīng)濟效果[5-6]。例如，精伊鐵路一般地段最小曲線半徑為 1 600 m， 分為精河—敖包 40.5 km、敖包—塔爾 132.85 km、塔爾—霍爾果斯 141.65 km 3 段。困難地段的最小曲線半徑采用 1 200 m，敖包—塔爾特殊困難地段最小曲線半徑采用 800 m。由于線路在困難地段坡度較陡，行車速度受機車牽引力和制動條件限制，而較少受到曲線限制，為了適應(yīng)地形，減少工程，可以采用小于一般地段的最小曲線半徑標(biāo)準(zhǔn)，但是一般應(yīng)與下坡限制速度相適應(yīng)。當(dāng)線路位于地形困難地段而縱斷面為自由坡度時，不宜使用列車限制速度通過的小半徑。

5 山區(qū)鐵路最大限制坡度的選擇

線路的限制坡度應(yīng)根據(jù)鐵路等級、地形條件、牽引種類和運輸要求進行比選確定，同時考慮與鄰線的牽引定數(shù)相協(xié)調(diào)[7]。最大坡度是影響全局的主要技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，不僅對線路走向、線路長度、車站分布有較大影響，而且直接影響牽引質(zhì)量、運輸能力、行車安全、工程投資和運營指標(biāo)。在一定的限制坡度下，車站分布和運輸能力可以通過牽引動力進行調(diào)整，最大坡度的選擇應(yīng)結(jié)合牽引質(zhì)量、行車速度及行車密度綜合確定，并且保證在行車安全的前提下，盡量與自然地形相適宜，以縮短線路長度，減少工程投資。

選擇限制坡度應(yīng)綜合考慮坡度與地形、運量與牽引動力等的關(guān)系，合理確定牽引質(zhì)量和行車速度，以降低行車密度、減少車站設(shè)置和開站數(shù)目，通過綜合選擇取得最佳經(jīng)濟效果。在高程障礙比較集中的越嶺展線地段，采用加力牽引坡度可以縮短線路，大量減少工程，節(jié)省投資。例如，精伊鐵路翻越天山采用 20‰ 限制坡度，取得了較好的技術(shù)經(jīng)濟效果。當(dāng)輕重車方向貨流量顯著不平衡并且長期穩(wěn)定時，可以考慮分方向選擇最大限制坡度。

6 結(jié)束語

通過精伊鐵路勘測設(shè)計的實踐，從山區(qū)鐵路選線原則、地質(zhì)選線、牽引種類、最小曲線半徑的選擇及最大限制坡度的選擇等方面對山區(qū)鐵路選線方法進行分析，提出山區(qū)鐵路選線時必須全面規(guī)劃、逐步接近；重視地質(zhì)選線；優(yōu)先選用電力機車；根據(jù)地形合理選擇最小曲線半徑；綜合考慮選擇最大限制坡度等建議，為相關(guān)山區(qū)鐵路選線提供一定借鑒作用。

[1] 中華人民共和國鐵道部. 鐵路工程設(shè)計技術(shù)手冊[M]. 北京：中國鐵道出版社，1994.

[2] 鐵道第一勘察設(shè)計院集團有限公司. 新建鐵路精伊線預(yù)可行性研究總說明[R]. 蘭州：鐵道第一勘察設(shè)計院集團有限公司，2002.

[3] 鐵道第一勘察設(shè)計院集團有限公司. 新建鐵路精伊線可行性研究總說明[R]. 蘭州：鐵道第一勘察設(shè)計院集團有限公司，2003.

[4] 中華人民共和國鐵道部. GB50090-2006 鐵路線路設(shè)計規(guī)范[S]. 北京：中國計劃出版社，2006.

[5] 中華人民共和國鐵道部. TB10082-2005 鐵路軌道設(shè)計規(guī)范[S]. 北京：中國鐵道出版社，2005.

[6] 中華人民共和國鐵道部. TB10003-2005 鐵路隧道設(shè)計規(guī)范[S]. 北京：中國鐵道出版社，2005.

[7] 魏永宏. 提高列車平均總重的措施探討[J]. 鐵道運輸與經(jīng)濟，2011，33(10)：17-19.