山西中南部鐵路通道跨越黃河線路方案研究

黃成名

(中鐵工程設(shè)計咨詢集團有限公司，北京　100055)

Line Alignment Study on South Central Railway of Shanxi Across the Yellow River

HUANG Chengming

山西中南部鐵路通道跨越黃河線路方案研究

黃成名

(中鐵工程設(shè)計咨詢集團有限公司，北京100055)

Line Alignment Study on South Central Railway of Shanxi Across the Yellow River

HUANG Chengming

摘要山西中南部鐵路通道于豫魯兩省交界處跨越黃河，控制線路走向因素眾多。為確定合理的黃河橋位及兩端引線線路方案，通過分層次分析多種控制因素并梳理線路方案比選邏輯關(guān)系，對橋位方案及局部線路方案進行比選以及組合方案的驗證，推薦了最終線路方案，提出了類似情況下方案研究的基本思路和方法。

關(guān)鍵詞橋位選擇控制因素比選

1概況

山西中南部鐵路通道做為晉煤外運新的大能力通道，與石太、韓長、南太焦和侯月等線共同構(gòu)筑了晉中南地區(qū)能力強大的煤炭外運系統(tǒng)。該項目經(jīng)山西中南部、河南省北部、山東省中西部至日照港，與京廣、京九、京滬等干線連通，對強化華東、華中和華南地區(qū)煤炭直達運輸，完善日照港集疏運系統(tǒng)，增強路網(wǎng)機動靈活性，促進區(qū)域經(jīng)濟協(xié)調(diào)發(fā)展具有重要意義。

線路在河南境內(nèi)利用既有湯臺線改建，與京九鐵路聯(lián)絡(luò)并跨越黃河進入山東境內(nèi)。豫魯兩省交界處控制線路走向因素眾多，尤其是濮城至東平間基于黃河橋位的線路方案組合較為復(fù)雜，在各階段勘察過程中做了大量研究工作。

2線路走向控制因素分析

線路行經(jīng)豫魯交界主要控制因素為黃河、既有湯臺線、東平湖滯洪區(qū)、陽城煤礦、京九線、楊營煤礦、巨野煤田、寅寺煤田等，區(qū)域內(nèi)地勢平坦，平面控制為選線主要參考范疇。

黃河是本項目必須跨越的天然屏障之一。近年來，類似地區(qū)已實施的鄭州至焦作城際鐵路黃河橋、德龍煙至大家洼鐵路黃河橋橋位選擇研究過程中，十分注重橋址水文及工程條件以及主橋兩端引線方案、既有橋位及既有線路的利用，突出了以橋定線為主，綜合經(jīng)濟選線的基本思路。本項目研究范圍黃河高村至陶城鋪段長約165 km，河段河床逐漸變窄變深，主流擺動減弱，屬于由游蕩型向彎曲型轉(zhuǎn)變的過渡性河道，因而河道特性及其治理具有其自身的特點。高村至陶城鋪河段河道長度僅占下游河道長度的18.8%，堤距上寬下窄，上段一般6～7 km，下段一般3～4 km。最大堤距8.5 km，位于鄄城營房與濮陽孫莊之間；最小堤距1.4 km，位于東平縣十里堡與臺前縣姜莊之間。相應(yīng)河槽上寬下窄，一般為0.7～3.7 km，近期有所減小。流量為1 000 m3/s時，彎道段河寬一般為200～300 m，直河段河寬上段600～800 m，下段400～600 m。河床平均縱比降為0.148‰，比游蕩性河段小，比彎曲性河段大。該段黃河橋位方案受擬跨越河段水文條件、橋梁工程投資及實施難易程度以及相關(guān)主管部門對黃河橋位綜合規(guī)劃研究意見等影響，對局部線路走向有著決定性作用。既有湯臺線合理利用是本線設(shè)計的基本原則之一，也是路地合作的重要部分，涉及相關(guān)出資方對既有資產(chǎn)處置、后期運營管理及社會穩(wěn)定問題，對項目后期實施具有較大影響。故上述兩個因素在本段方案研究作為第一層次控制因素。

東平湖滯洪區(qū)位于線路航空線中心，是黃河下游防洪工程體系的重要組成部分，位于山東梁山、東平、汶上交界，總面積627 km2，主要作用是分滯黃河水和接納汶河來水，起到蓄、滯洪作用。該區(qū)分新、老湖區(qū)兩級，老湖區(qū)面積209 km2，常年水面約120 km2；新湖區(qū)基本常年無水。是否穿越以及如何穿越該滯洪區(qū)對工程投資及線路有著重要影響，但與黃河橋位相比可作為第二層次控制因素。

京九線黃河大橋臨近車站為臺前、梁山、任祥屯等，山西中南部鐵路與京九線聯(lián)絡(luò)線引入條件對線路方案存在一定影響；陽城煤礦、楊營煤礦、巨野煤田、寅寺煤田是該區(qū)域經(jīng)濟發(fā)展的重要支柱產(chǎn)業(yè)之一，線路選擇應(yīng)盡量進行繞避，在本項目本段方案比選中可以作為第三層次控制因素。

另外，城市規(guī)劃及產(chǎn)業(yè)布局、環(huán)保及拆遷、電力及通信、禁區(qū)及民風(fēng)民俗等因素也是影響線路走向的重要因素，在本段線路方案研究中，前述三層次控制因素為主要因素。

3線路方案研究

3.1　黃河橋位方案

按照前述控制因素層次，將黃河橋位作為本段線路方案比選首要確定的因素。按照黃委會黃河水利科學(xué)研究院橋位河段分析報告，結(jié)合河道整治過程的河勢演變以及主要斷面基本情況，對大邢家莊橋位(Ⅰ橋位)、韓胡同橋位(Ⅱ橋位)、將軍渡橋位(Ⅲ橋位)進行了重點研究(見圖1)。為滿足河道行洪、排凌及通航需要，各方案主橋均采用128 m雙線下承式簡支鋼桁結(jié)合梁跨越黃河主漕；堤內(nèi)采用48 m節(jié)段拼裝法預(yù)應(yīng)力混凝土簡支箱梁；采用跨度96 m雙線下承式簡支鋼桁結(jié)合梁跨越兩岸大堤；堤外引橋采用32簡支T梁。

圖1　黃河橋位方案示意

大邢家橋位方案：線路自湯臺線柳屯車站起，沿金堤河大堤北側(cè)行進至濮城后轉(zhuǎn)向東南，以橋梁方案跨越黃河，于京九線西側(cè)設(shè)運城北站，與改建京九線任祥屯站設(shè)上下行聯(lián)絡(luò)線，跨越京九鐵線后至比較終點，線路長度為87.286 km。

韓胡同橋位方案：線路自湯臺線柳屯車站沿湯臺線增建二線至侯廟，之后折向東南在韓胡同附近跨黃河，于設(shè)田垓站與京九線梁山站設(shè)上下行聯(lián)絡(luò)線，跨越京九線后至本方案比較終點，線路長度為101.757 km。

將軍渡橋位方案：線路自湯臺線柳屯車站起沿湯臺線增建二線至侯廟，于臺前縣南側(cè)設(shè)臺前西站，與京九線臺前站設(shè)上、下行聯(lián)絡(luò)線，跨越京九線后折向東南，在將軍渡口附近跨黃河后至本方案比較終點，線路長度為111.977 km。

方案主要工程及投資見表1。

表1　黃河橋位方案工程及投資

方案綜合比選如下：

大邢家橋位處堤間距約6.9 km，黃河河勢均較為穩(wěn)定，小水、大水條件均能保持線路與水流垂直，主河槽擺動幅度1.2 km；該方案線路順直，工程投資較省，具有一定工程價值，但橋位與黃河主流夾角相對較小，約為65°；與京九線聯(lián)絡(luò)時需將任祥屯車站向北移6.3 km，對京九線運營存在較大干擾。同時，該方案不能充分利用既有湯臺鐵路，對后期運營及資產(chǎn)管理存在較大影響，也與地方政府意見及相關(guān)出資方意見存在較大分歧，實施難度大，首先予以舍棄。

韓胡同橋位處兩岸堤距約為7.7 km，排洪寬度為2.3 km，主槽位于右側(cè)，主槽擺動幅度約750 m。左岸灘地寬約6 200 m，右岸灘地寬約800 m。此方案充分利用湯臺鐵路，但橋位位于窄河道的順直河段尾部，河勢散亂，河道邊界條件及穩(wěn)定性略差，與黃河主流方向交角約僅為50°，并對楊營煤礦存在一定占壓。

將軍渡橋位處于韓胡同橋位下游約25.3 km，堤間距約4.3 km，主河槽的最大擺動范圍約800 m，排洪河槽寬度約1 750 m。左岸灘地寬約1 350 m，右岸灘地寬約2 300 m。此橋位處上有梁集險工和朱丁莊工程對主流進行控導(dǎo)，下游有棗包樓工程對之進行導(dǎo)治，主槽基本穩(wěn)定，河道在橋位上下游各4 km范圍內(nèi)基本為直線穩(wěn)定段，橋位與黃河主流方向交角約為80°，繞避了目前規(guī)劃以及開采的礦區(qū)。

從橋位工程情況分析，Ⅲ方案線路最長，工程投資較最省方案多2.3億元，但該方案與主流交叉角度最大，黃河橋橋址河道及主槽穩(wěn)定，堤岸防護較好，排洪及防凌條件均優(yōu)于其余方案，符合水利部門相關(guān)意見；從城市規(guī)劃方面看，Ⅲ方案臺前西站位址符合國家級貧困縣臺前縣設(shè)站要求，可充分發(fā)揮鐵路的經(jīng)濟拉動作用，Ⅰ、Ⅱ方案不滿足該縣要求；從既有資產(chǎn)處置方面看，Ⅰ方案較Ⅱ、Ⅲ方案少利用58 km既有湯臺線，不符合地方充分利用既有資產(chǎn)作價入股的原則，地方堅決反對；經(jīng)綜合比較，將軍渡橋位方案優(yōu)于其他橋位方案(Ⅲ方案)。

3.2　東平湖滯洪區(qū)方案比選

在第一層次方案比選中，將軍渡橋位作為推薦橋位，東平湖滯洪區(qū)位于將軍渡橋位與東平站航空線上，由于滯洪區(qū)行洪要求，穿越該區(qū)域需采用橋梁形式，工程代價較大，繞避滯洪區(qū)線路較長，為此對繞避滯洪區(qū)方案和穿滯洪區(qū)方案基于將軍渡橋位進行研究比選(見圖2)。

圖2　滯洪區(qū)方案示意

繞避滯洪區(qū)方案：本方案線路自起點經(jīng)楊營煤礦東側(cè)于梁山南側(cè)設(shè)梁山南站，行經(jīng)東平湖滯洪區(qū)南側(cè)折向東北，經(jīng)陽城煤礦東側(cè)，穿寅寺煤田西北角至方案終點東平站，線路全長74.227 km。

穿滯洪區(qū)方案：本方案線路自起點走行于梁山北側(cè)，以橋梁形式穿越滯洪區(qū)至方案終點東平站。該方案在滯洪區(qū)內(nèi)走向長度為21.3 km，兩端跨大堤處采用128 m鋼桁梁，線路全長51.972 km。

方案主要工程及投資見表2。

表2　東平湖滯洪區(qū)方案工程及投資

方案綜合比選：從工程方面看，Ⅱ方案經(jīng)梁山北側(cè)穿越滯洪區(qū)，主要為橋梁工程，線路順直，工程投資較Ⅰ方案多4.4億元；從運營費看，Ⅰ方案較Ⅱ方案長22.26 km，運營費現(xiàn)值較Ⅱ方案多7.5億元；從城市規(guī)劃方面看，兩方案分別于梁山縣南、北兩側(cè)城市規(guī)劃區(qū)邊緣設(shè)站，對城市的干擾和對規(guī)劃區(qū)的帶動效果相當(dāng)，均符合地方對站位設(shè)置的要求；從壓覆礦產(chǎn)方面看，Ⅱ方案穿越滯洪區(qū)，目前無壓礦問題，Ⅰ方案穿越寅寺煤田普查區(qū)4.5 km(正在辦理探礦相關(guān)手續(xù))，存在壓礦問題，后續(xù)壓礦補償?shù)葐栴}存在不確定因素；從防洪要求方面看，Ⅰ方案完全繞避滯洪區(qū)，對滯洪區(qū)功能無影響，Ⅱ方案在滯洪區(qū)中長度約21.3 km，采用大跨減少對行洪影響；綜合考慮穿滯洪區(qū)方案線路較為順直，運營費現(xiàn)值少7.5億元，換算工程運營費省3.1億元，且繞避了寅寺煤田普查區(qū)，方案優(yōu)于繞避滯洪區(qū)方案，擬推薦將軍渡橋位穿東平湖滯洪區(qū)方案。

3.3　組合方案驗證

滯洪區(qū)方案是基于將軍渡黃河橋位方案基礎(chǔ)上研究，推薦穿越滯洪區(qū)方案?？紤]到韓胡同橋位與將軍渡橋位均在第一層次方案航空線左側(cè)，且基于繞避東平湖滯洪區(qū)方案開展的第一層次比較，故有必要進一步驗證兩個橋位基于穿越滯洪區(qū)方案上兩個橋位方案組合比選結(jié)果。同時將韓胡同橋位接繞避滯洪區(qū)方案納入驗證(見圖3)。

圖3　組合方案示意

將軍渡橋位穿滯洪區(qū)方案：方案自比較起點向東，于京九線西側(cè)、臺前縣規(guī)劃區(qū)南側(cè)設(shè)臺前西站，與京九線臺前站設(shè)上下行聯(lián)絡(luò)線，跨越京九線后于將軍渡跨越黃河后進入山東境內(nèi)，于梁山縣城北側(cè)設(shè)梁山北站，穿東平湖滯洪區(qū)至方案終點東平站，線路全長85.2 km。

韓胡同橋位穿滯洪區(qū)方案：方案自起點折向東南，于韓胡同跨越黃河進入山東進內(nèi)，于京九線西側(cè)設(shè)田垓站，與京九線梁山站設(shè)上下行聯(lián)絡(luò)線，經(jīng)楊營煤礦南側(cè)并于梁山縣城北側(cè)設(shè)梁山北站后，穿東平湖滯洪區(qū)至方案終點東平站，線路全長82.9 km。

韓胡同橋位繞滯洪區(qū)方案：方案自起點折向東南，于韓胡同跨越黃河進入山東進內(nèi)，于京九線西側(cè)設(shè)田垓站，與京九線梁山站設(shè)上下行聯(lián)絡(luò)線，經(jīng)梁山縣城南側(cè)設(shè)梁山南站，同時繞經(jīng)東平湖滯洪區(qū)南側(cè)，走行與陽城煤礦東南側(cè)，穿寅寺煤田西北角至方案終點東平站，線路全長93.4 km。

方案主要工程及投資見表3。

表3　組合方案工程及投資

方案綜合比選：Ⅱ、Ⅲ方案相同點是基于韓胡同橋位，均不在臺前縣新設(shè)站。從工程情況看，Ⅰ方案沿航空線穿越滯洪區(qū)，線路順直，較Ⅲ方案短10.5 km，經(jīng)滯洪區(qū)以21.25 km全橋形式穿越，工程量較大，工程投資較Ⅲ方案多3.13億元，但運營費現(xiàn)值省3.6億元；從城市規(guī)劃方面看，兩方案分別于梁山縣南、北兩側(cè)城市規(guī)劃區(qū)邊緣設(shè)站，對城市的干擾和對規(guī)劃區(qū)的帶動效果相當(dāng)，均符合地方對站位設(shè)置的要求；從壓覆礦產(chǎn)方面看，兩方案對楊營煤礦南側(cè)均存在壓覆，Ⅲ方案同時穿越了寅寺煤田。綜合比較Ⅱ方案優(yōu)于Ⅲ方案。

Ⅰ方案與Ⅱ方案相比，共同點是均采用全橋穿越東平湖滯洪區(qū)，區(qū)別在于采用不同的黃河橋位。從黃河橋位來看，Ⅰ方案與黃河主流夾角大于Ⅱ方案，跨越點堤間距相對較小，河堤防護工程、水文條件及防凌條件相對較好，橋梁工程投資省；從總的工程情況看，Ⅰ方案線路較Ⅱ方案長2.3 km，但Ⅰ方案黃河橋較Ⅱ方案短4.1 km，Ⅰ工程投資較省1.3億元；從臺前縣城市規(guī)劃方面看，Ⅰ方案與臺前縣規(guī)劃銜接緊密，符合城市規(guī)劃要求及地方意見，能更好帶動地方經(jīng)濟發(fā)展，后續(xù)實施難度相對較小，Ⅱ方案在臺前縣西側(cè)11 km跨越黃河，距離臺前縣主要產(chǎn)業(yè)和城市距離較遠，不利于發(fā)揮鐵路帶動作用，也不符合臺前縣政府相關(guān)規(guī)劃和設(shè)站要求；從梁山站城市規(guī)劃方面看，兩方案站位均在地方接受范圍內(nèi)，Ⅰ方案梁山站距離縣城相對Ⅱ方案遠7 km，地方配套建設(shè)道路等市政設(shè)施投入相對較大；從壓覆礦產(chǎn)情況看，Ⅰ方案完全繞避了目前規(guī)劃及開采的礦區(qū)，Ⅱ方案對楊營煤礦存在占壓，后續(xù)實施中壓礦補償投資較大；從京九線引入條件看，京九線臺前站與梁山站均為中間站，北段咽喉引入條件相當(dāng)，施工期間對京九線干擾程度相當(dāng)，但Ⅱ方案京九下行聯(lián)絡(luò)線走行與楊營煤礦南段邊緣，存在一定壓覆，Ⅰ方案條件較好。

綜合分析，Ⅰ方案在黃河橋位水文及工程條件、與城市規(guī)劃銜接、壓覆礦產(chǎn)等方面條件優(yōu)于Ⅱ、Ⅲ方案，可實施性強，本次研究推薦將軍渡橋位穿滯洪區(qū)方案。

4結(jié)束語

鐵路線路局部選線過程通常是協(xié)調(diào)線路走向與控制因素關(guān)系的一個過程。通過山西中南部鐵路黃河橋位方案的研究過程，初步探討了分層次分析控制因素，分層次比較并通過組合方案驗證的一種邏輯推演方式。針對不同的項目，類似控制因素在各自背景條件下有不同的研究層次，結(jié)合項目實際分析主次，構(gòu)建線路方案比選思路，重點論述黃河橋位選擇及橋位兩側(cè)引線走向的選擇，分析了黃河橋位作為第一層控制因素，以橋位確定基本線位，首先考慮橋址水文條件、工程穩(wěn)定性、堤岸防護、工程投資等的影響，盡量選擇符合行洪和防凌要求、工程條件穩(wěn)定、實施難度小、便于防護和施工的橋位；同時認(rèn)真研究黃河橋兩端引橋部分各控制因素影響，在尊重客觀工程條件基礎(chǔ)上，充分圍繞經(jīng)濟利益最大化，考慮既有資產(chǎn)利用和與地方規(guī)劃的結(jié)合，協(xié)調(diào)各出資方以及地方主管部門、水利部門意見，平衡利弊，在帶動地方經(jīng)濟發(fā)展同時最大限度減少對資源的占壓，降低社會成本，提高資源利用率。最終通過分層次比較，綜合比選出工程穩(wěn)定、投資適當(dāng)?shù)臉蛭环桨讣耙€走向。

參考文獻

[1]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

[2]中華人民共和國鐵道部.GB50091—2006鐵路車站及樞紐設(shè)計規(guī)范[S].北京：中國計劃出版社，2006

[3]易思蓉.鐵路選線設(shè)計[M].成都：西南交通大學(xué)出版社，2009

[4]中鐵工程設(shè)計咨詢集團有限公司.山西中南部鐵路可行性研究[R].北京：中鐵工程設(shè)計咨詢集團有限公司，2009

[5]中鐵工程設(shè)計咨詢集團有限公司.山西中南部鐵路湯陰東至日照南段初步設(shè)計[R].北京：中鐵工程設(shè)計咨詢集團有限公司，2010

[6]黃委會黃河水利研究院.中鐵工程設(shè)計咨詢集團有限公司.中鐵大橋勘察設(shè)計院.山西中南部鐵路跨黃河橋位河段分析[R].北京：中鐵工程設(shè)計咨詢集團有限公司，2008

[7]中鐵工程設(shè)計咨詢集團有限公司.鄭州至焦作鐵路可行性研究[R].北京：中鐵工程設(shè)計咨詢集團有限公司，2009

[8]王洪宇.周廣杰.鄭州至焦作鐵路黃河橋位方案比選研究[R].北京：中鐵工程設(shè)計咨詢集團有限公司，2009

[9]中鐵工程設(shè)計咨詢集團有限公司.新建德州至大家洼鐵路可行性研究[R].北京：中鐵工程設(shè)計咨詢集團有限公司，2009

[10]中鐵工程設(shè)計咨詢集團有限公司. 新建德州至大家洼鐵路初步設(shè)計[R].北京：中鐵工程設(shè)計咨詢集團有限公司，2010

[11]鐵道部第一勘測設(shè)計院.鐵路工程設(shè)計技術(shù)手冊·線路[M].北京：中國鐵道出版社，1994

中圖分類號：U212.32

文獻標(biāo)識碼：A

文章編號：1672-7479(2015)02-0068-04

作者簡介：黃成名(1982—)，男，2005年畢業(yè)于北京交通大學(xué)土木工程專業(yè)，工程師，E-mail：huangxiaoyuhuang@163.com。

收稿日期：2015-01-08