貴陽至興義鐵路跨北盤江段線路方案研究

楊承愛 劉玄琴

(中鐵二院工程集團有限責(zé)任公司, 成都 610031)

貴陽至興義鐵路跨北盤江段線路方案研究

楊承愛 劉玄琴

(中鐵二院工程集團有限責(zé)任公司, 成都 610031)

貴陽至興義鐵路紫云至貞豐段地形條件極為復(fù)雜，北盤江段形成較大的“V”形峽谷，區(qū)域內(nèi)巖溶、地下水較為發(fā)育。本文以線路跨北盤江方案選擇為例，結(jié)合項目功能定位、線路走向、工程投資、北盤江地質(zhì)條件，以及線路繞避風(fēng)景名勝區(qū)等方面進行系統(tǒng)研究，對西南地區(qū)類似高山峽谷、巖溶與地下水極為發(fā)育地區(qū)線路選線提供借鑒。此類地區(qū)選線時既要考慮橋梁跨度結(jié)構(gòu)及相鄰隧道工程可行性，又要考慮線路走向順直，工程投資合理，且須完全避開風(fēng)景名勝區(qū)核心地段，從而比選出工程風(fēng)險可控、地質(zhì)條件可行、工程投資合理的線路方案。

貴興鐵路； 跨北盤江； 方案研究

貴陽至興義鐵路位于貴州省境內(nèi)，起于貴陽市，經(jīng)黔南州、安順市，終止于黔西南州興義市，沿線經(jīng)過黔南州的惠水、長順，安順的紫云、鎮(zhèn)寧，黔西南州的貞豐、興仁、興義。根據(jù)本線功能定位、線路走向，鐵路主要技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，沿線地形地質(zhì)條件，對跨越北盤江段線路方案進行研究。

1 項目概況

1.1 本項目功能定位、線路概況

根據(jù)鐵路總公司對貴陽至興義鐵路可行性研究(初稿)的評審意見，本項目為貴州省黔西南地區(qū)主要的對外客運通道，是一條以客為主兼顧沿線輕質(zhì)、快速貨物運輸?shù)目焖勹F路。

全線建筑總長度約300 km，其中新建正線長度約280 km，引入貴陽樞紐聯(lián)絡(luò)線及動走線長度約20 km。正線橋梁98座共計34.7 km，隧道112座共計179.8 km，正線橋隧長度合計214.5 km，占線路長度的76.6%。

1.2 鐵路主要技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)

(1)線路等級：Ⅰ級。

(2)正線數(shù)目：雙線。

(3)設(shè)計行車速度：200 km/h(預(yù)留250 km/h)。

(4)限制坡度： 20‰，困難地段25‰。

(5)牽引種類：電力。

(6)到發(fā)線有效長：650 m。

(7)機車類型：客車動車組，貨車HXD3B。

(8)牽引質(zhì)量：2 000 t。

(9)閉塞類型：自動閉塞。

1.3 鐵路途經(jīng)地區(qū)地形地質(zhì)條件

貴陽至興義鐵路沿線地形分為三大地貌單元。其中貴陽至紫云段地形起伏不大，地勢相對平緩；紫云至巴鈴段地形起伏較大，紫云站標(biāo)高約1 100 m，北盤江峽谷及其支流白水河等谷底標(biāo)高約448 m，貞豐站位標(biāo)高約1 047 m，巴鈴站標(biāo)高為1 340.3 m，地勢東、西端較高，中間較低，形成較大的“V”形峽谷地貌；巴鈴至興義南段屬云貴高原臺地，區(qū)域內(nèi)海拔范圍1 100～1 720 m，僅馬嶺河大峽谷深切標(biāo)高為880 m。地形北高南低，為貴州高原向廣西丘陵地區(qū)過渡段。

本文研究的北盤江段位于紫云至巴鈴段，地形起伏較大，河谷深切地段。

2 跨北盤江段線路方案

線路跨北盤江段地形起伏較大，紫云站標(biāo)高約1 130 m，北盤江峽谷及其支流白水河等谷底標(biāo)高約448 m，貞豐站位標(biāo)高約1 047 m，形成“V”形峽谷地貌?？绫北P江段線路方案首先貫徹“以橋定線”理念，確保北盤江橋位方案可行，施工風(fēng)險可控，其次需盡量縮短線路長度，減少工程投資及建成后運營時間、費用，最后還需結(jié)合車站設(shè)置等方面綜合考慮，從而推薦出較適合的橋位方案。本次重點研究了：(1)線路繞行較長、但可兼顧在關(guān)嶺縣板貴設(shè)站，且北盤江橋位較好的上游板貴橋位方案(方案Ⅰ)；(2)線路順直，跨河條件較好但橋梁跨度較大的中游董箐橋位方案(方案Ⅱ)；(3)在北盤江董箐水庫下游便于施工、與惠興高速共走廊，但橋高最高，跨度最大的沿惠興高速公路橋位方案(方案Ⅲ)。北盤江在方案Ⅰ與方案Ⅱ之間段由于左岸地形陡峻，為高約500～600 m陡坡，自然巖體穩(wěn)定性較差，危巖落石極嚴(yán)重，難以選擇出可行的橋位方案，在方案Ⅱ與方案Ⅲ之間段位于董箐水庫接近庫區(qū)大壩區(qū)域，江面開闊，兩岸地形平緩，需采用較大(800 m以上)跨度方可跨越，本段亦難以選擇適合的橋位方案。本次研究的3個橋位方案示意如圖1所示。

圖1 跨北盤江段線路方案示意圖

2.1 方案概況

2.1.1 方案Ⅰ：上游橋位方案

線路自紫云出站后向南經(jīng)沙包鄉(xiāng)，于六馬鎮(zhèn)北側(cè)大屯村設(shè)六馬站，出站后南行經(jīng)納井田、板陽，折向西于許凹設(shè)(155+310+155)m剛構(gòu)—拱組合橋跨白水河，爾后于板貴鎮(zhèn)舊屋基設(shè)板貴站，出站后采用(41+330+41)m中承式鋼管混凝土拱跨北盤江。本方案北盤江至巴玲段分別研究了線路向南經(jīng)貞豐縣城東側(cè)設(shè)貞豐站，出站后向西北行至巴玲方案(方案Ⅰ-1)，以及線路跨過北盤江后徑直取直至巴玲方案(方案Ⅰ-2)，如圖2所示。

圖2 北盤江至巴鈴段經(jīng)貞豐和不經(jīng)貞豐方案示意圖

由于方案Ⅰ-2線路由北盤江峽谷(標(biāo)高為700 m)迅速拔起經(jīng)者相、龍場至巴鈴(標(biāo)高1 340 m)，按30‰坡度，線路縱斷面如圖3所示。

圖3 不經(jīng)貞豐取直方案縱斷面示意圖

由圖可知，板圍隧道長22 227 m，且為單面坡巖溶隧道，無橫洞設(shè)置條件，施工工期至少需72個月，且本段地下巖溶及巖溶水極其發(fā)育，線路約3 km段落位于水平循環(huán)帶內(nèi)，施工、運營隱患極大，工程風(fēng)險極高，本方案無明顯比較價值，給予放棄。上游板貴橋位方案以方案Ⅰ-1(經(jīng)貞豐方案)參與進一步比選。

2.1.2 方案Ⅱ：中游橋位方案

線路自六馬站出站后，經(jīng)良田于董箐水庫采用主跨(70+208+500+208+70)m斜拉鋼桁梁橋跨過北盤江，以隧道穿蔡家灣等地至貞豐縣城東側(cè)于者村設(shè)貞豐站，線路長60.537 km。

本段水文地質(zhì)概況：北盤江特大橋之后線路以隧道形式通過暗河組，暗河組發(fā)源于陸塔、白墳一帶，具有明暗相間特點，總的逕流方向自西向東，分三支向暗河出口匯集，后集中于北盤江右岸處排出。匯水面積143 km2，下游埋深大于50 m，中上游埋深小于50 m，暗河全長37.7 km，出口標(biāo)高395 m，水庫正常蓄水時水位標(biāo)高490 m，最大儲水時水位標(biāo)高494 m。

根據(jù)1∶20萬興仁幅區(qū)域水文地質(zhì)報告及水文地質(zhì)圖，結(jié)合初測階段現(xiàn)場調(diào)查分析：暗河組1號暗河與擬建隧道交叉于CK 159+860處，暗河水面標(biāo)高664 m； 2號暗河與擬建隧道交叉于CK 160+900處，暗河水面標(biāo)高628 m。2號暗河埋深相對較深，對擬建隧道影響較小，不予考慮，而1號暗河因其埋深較淺，對線路設(shè)計標(biāo)高影響較大，其縱斷面示意如圖4所示。

本方案在采用25‰坡度基礎(chǔ)上，根據(jù)工程、水文地質(zhì)條件，研究了北盤江大橋低橋位、中橋位及高橋位3個方案，方案示意如圖5所示。

(1)方案概況

方案Ⅱ-1：低橋位方案(H=613 m)

北盤江特大橋設(shè)計標(biāo)高H=613 m，大橋全長1 103.1 m， 采用主跨 (56+196+476+196+56)m鋼桁梁斜拉橋方案，跨江后向西至暗河交叉處，鐵路設(shè)計標(biāo)高為684 m，距離推測暗河高20 m。

圖4 1號暗河縱斷面示意圖

圖5 北盤江董箐橋位縱斷面示意圖

方案Ⅱ-2：中橋位方案(H=623 m)

北盤江特大橋設(shè)計標(biāo)高H=623 m，大橋全長1 119.9 m，采用主跨為(2×46)m T構(gòu)+(278+500+278)m鋼桁梁斜拉橋方案，跨江后線路西行至暗河交叉處，鐵路設(shè)計標(biāo)高為692 m，距離推測暗河高28 m。

方案Ⅱ-3：高橋位方案(H=643 m)

北盤江特大橋設(shè)計標(biāo)高H=643m，大橋全長1 246.3 m，采用主跨為(84+208+500+208+84)m鋼桁梁斜拉橋方案，跨江后向西行至暗河交叉處，鐵路設(shè)計標(biāo)高為714 m，距離推測暗河高50 m。

(2)方案比選及推薦意見

3個方案主要工程概況及投資比較如表1所示。

從工程投資分析：中橋位方案較低橋位方案增加工程投資1 281萬元；較高橋位方案節(jié)省工程投資5288萬元。

從重點工程施工難度分析：低橋位方案北盤江大橋全長1 103.1 m，主跨為(56+196+476+196+56)m鋼桁梁斜拉橋，主塔高254.5 m(下塔柱高119 m，上塔柱高135.5 m)，水中墩圍堰深度21 m；中橋位方案北盤江大橋全長1 119.9 m，主跨為(70+208+500+208+70)m鋼桁梁斜拉橋，主塔高270.5 m(下塔柱高129 m，上塔柱高141.5 m)，水中墩圍堰深度13 m；高橋位方案北盤江大橋全長1 246.3 m，主跨為(84+208+500+208+84)m鋼桁梁斜拉橋，主塔高290.5 m(下塔柱高149 m，上塔柱高141.5 m)，水中墩圍堰深度13 m，低橋位方案與中橋位方案橋高僅相差10 m，工程實施難度較小，高橋位方案較中橋位方案橋高22 m，工程實施難度較大。

表1 橋高方案比選主要工程概況及投資比較表

從工程地質(zhì)條件及施工風(fēng)險分析：低橋位方案線路設(shè)計標(biāo)高為684 m，僅比推測暗河水面標(biāo)高高20 m，軌面標(biāo)高接近水平循環(huán)帶區(qū)域，考慮到雨季暗河水位突漲，以及巖溶及巖溶水發(fā)育的不均一性，隧道雨季涌突水風(fēng)險較大，加之隧道洞身與暗河標(biāo)高接近后，暗河洞頂?shù)奶涨粚λ淼烙绊戄^大，施工風(fēng)險大；中橋位方案線路與暗河交叉處設(shè)計標(biāo)高為692 m，比推測暗河水面標(biāo)高高約28 m，軌面位于水平循環(huán)帶之上，工程風(fēng)險較低橋位方案小；高橋位方案線路設(shè)計標(biāo)高較暗河水面標(biāo)高高約50 m，隧道處于地下水的垂直循環(huán)帶或季節(jié)變動帶內(nèi)，巖溶水對工程影響最小。

綜上所述，推薦采用隧道暗河風(fēng)險較小、工程投資適中的中游橋位方案(方案Ⅱ-2)參與進一步比選。

2.1.3 方案Ⅲ：下游橋位方案

線路經(jīng)大屯、板袍至樂豐村處跨北盤江，之后沿惠興高速公路至者寸，設(shè)貞豐站。本方案線路采用20‰、25‰和30‰坡度方案時，線路北盤江大橋縱斷面如圖6所示。

圖6 下游橋位方案北盤江大橋段縱斷面示意圖

由圖7可以看出，本橋位方案采用25‰及以下坡度方案時，線路條件難以適應(yīng)本段地形，按30‰坡度研究，北盤江大橋總長2 805 m，橋梁主跨為(330+600+300)m斜拉鋼桁梁及(145+280+145)m剛構(gòu)-柔性拱組合梁橋，斜拉橋下塔柱高168 m，上塔柱高150 m，主塔總高318 m，本橋工程投資約13.4億元，施工周期約52個月。且線路較中游董箐橋位方案增長1 047 m。由于線路長度增加，橋梁工程巨大，無明顯比較價值，經(jīng)研究后予以放棄。

2.2 方案比選及推薦意見

兩個方案主要工程數(shù)量及投資比較如表2所示。

表2 主要工程數(shù)量及投資比較如表

工程地質(zhì)條件對比如表3所示，重點橋梁工程和隧道工程概況及工期對照如表4、表5所示。

從線路長度、工程投資分析：方案I較方案Ⅱ線路長11.7 km，投資增加114 779萬元。方案Ⅱ投資較省。

從環(huán)境敏感點方面分析：方案I在CK 155+730～CK156+780以隧道、路基、橋梁等工程形式穿越關(guān)嶺花江大峽谷風(fēng)景名勝區(qū)，其中CK 156+400～CK 156+760穿越風(fēng)景名勝區(qū)核心區(qū)(已取得貴州省住建廳的同意通過)；方案Ⅱ完全繞避了關(guān)嶺花江大峽谷風(fēng)景名勝區(qū)，方案II對環(huán)境影響較小。

從工程地質(zhì)條件分析：方案Ⅰ主要不良地質(zhì)為軟質(zhì)巖受構(gòu)造影響褶曲發(fā)育，危巖級別差，個別段存在順層，可溶巖段巖溶、地下暗河、危巖落石發(fā)育，各重點工程可實施性較好；方案Ⅱ與方案Ⅰ地質(zhì)基本相同，北盤江特大橋橋址附近有兩條斷層交匯，工程地質(zhì)較為復(fù)雜，大橋受斷層影響略嚴(yán)重。

表3 工程地質(zhì)條件對比表

表4 重點橋梁工程概況對照表

表5 重點隧道工程概況對照表

從工程實施難度及施工風(fēng)險分析：方案I北盤江大橋主跨跨度小于350 m，工程地質(zhì)條件較好，工程實施難度、施工風(fēng)險較小，但鄭家隧道長12 458 m，為單面坡巖溶隧道，巖溶、巖溶水發(fā)育，工程風(fēng)險較高；方案Ⅱ北盤江大橋主跨為 (70+208+500+208+70)m斜拉鋼桁梁，下塔柱高129 m，上塔柱高141.5 m，最大塔高270.5 m，工程技術(shù)較復(fù)雜，施工難度大。

從沿線經(jīng)濟據(jù)點分析：方案Ⅰ在關(guān)嶺縣花江鎮(zhèn)板貴鄉(xiāng)設(shè)站，有利于推動關(guān)嶺縣南部地區(qū)社會經(jīng)濟的發(fā)展，方案Ⅱ未經(jīng)關(guān)嶺縣。

綜上所述，中游董箐橋位方案(方案Ⅱ)線路順直、線路長度較板貴橋位方案(方案I)縮短11.7 km，工程投資較省，且完全避開了對花江大峽谷省級風(fēng)景名勝區(qū)的影響。故推薦采用中游董箐橋位方案(方案Ⅱ)。

2.3 研究結(jié)論

本文是西南復(fù)雜山區(qū)“以橋定線”的一個典型案例，在北盤江橋位選擇方面，結(jié)合線路走向沿北盤江自上而下篩選出合理可行的橋位方案(即方案Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ)，首先排除工程難度較大、線路長度及工程投資較高，無明顯比較價值的下游橋位方案(方案Ⅲ)，再進一步從線路長度與工程投資、橋梁工程結(jié)構(gòu)、施工難度與工期等方面比較上游板貴橋位方案(方案Ⅰ)與中游董箐橋位方案(方案Ⅱ)。方案I以增長線路長度、增加投資換取降低北盤江大橋跨度及工程難度，同時可增設(shè)板貴車站兼顧地方經(jīng)濟發(fā)展；方案Ⅱ則相反，采用增加橋跨，縮短線路長度方式，既節(jié)省工程投資，又減少建成后的運營成本及運營時間，由于本線定位為200 km/h(預(yù)留250 km/h)快速鐵路，需重點考慮縮短運營時間，降低運營成本，提高運輸效益，故推薦采用方案Ⅱ。

3 結(jié)束語

北盤江流域流經(jīng)云南、貴州兩省，兩岸山高且陡峻，河谷深切，對途經(jīng)地區(qū)交通工程建設(shè)形成較大天然障礙，同時造就了諸多雄偉壯麗的工程案例，如滬昆高速鐵路北盤江大橋、水柏鐵路北盤江大橋等。由于北盤江沿岸巖溶極為發(fā)育，地下水豐富，危巖落石、巖堆等不良地質(zhì)分布廣泛，北盤江沿岸風(fēng)景名勝區(qū)分布較多等因素，均對北盤江大橋橋位選擇帶來較大挑戰(zhàn)。本線推薦的線路跨北盤江段位于貴州花江大峽谷風(fēng)景名勝區(qū)下游，繞避了風(fēng)景名勝區(qū)核心區(qū)，跨河位置屬北盤江流域較下游地段，地形地質(zhì)條件更為復(fù)雜，給線路方案研究帶來較大難度。

貴陽至興義鐵路跨北盤江段線路方案，是西南地區(qū)高山峽谷地帶、喀斯特地貌及巖溶與地下水極為發(fā)育地區(qū)線路選線的一個典型案例，選線時，既要考慮橋梁及相鄰隧道工程的可行性，又要考慮線路走向順直，工程投資合理，且須完全避開風(fēng)景名勝區(qū)核心地段，盡可能減少工程建設(shè)對景區(qū)的影響，對類似交通工程選線具有一定的參考和借鑒意義。

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(編輯：劉會娟 蘇玲梅)

Research on the Route Scheme of Beipanjiang River Section of Guiyang-Xingyi Railway

YANG Cheng’ai LIU Xunqing

(China Railway Eryuan Engineering Group Co.，Ltd.，Chengdu 610031，China)

The topographical condition of Ziyun-Zhenfeng section of Guiyang-Xingyi Railway is extremely complicated. There is a large V-shaped valley formed in Beipanjiang River section, where abundant karst and groundwater develop. Taking the route selection across the Beipanjiang River as an example , this paper has a systematic study on the route, combined with the project functional orientation, the route alignment, the project investment, geological conditions of Beipanjiang River, and the line avoiding the scenic spot and so on. This paper will provide reference to the line selection in the southwest area where mountains and valleys exist, karst and groundwater development. In order to choose out the route scheme of the project with controllable risk, the feasible geological conditionsand reasonable engineering investment, we should not only consider the bridge span structure and adjacent tunnel engineering feasibility but also consider the straight route alignment, reasonable construction investment, and how to completely avoid the heart of scenic area.

Guiyang-Xingyi Railway; cross the Beipanjiang River; scheme research

2016-05-04

楊承愛(1974-)，男，高級工程師

1674—8247(2016)06—0077—06

U212.3

A