西延高鐵銅川北站站位方案研究

袁 鋒

(中鐵第一勘察設(shè)計院集團有限公司，陜西西安 710043)

銅川市位于關(guān)中平原與陜北黃土高原的交接地帶，南部主要是低平的關(guān)中平原，北部以溝壑梁峁地形為主，溝谷切割較深，高差達100 m 以上，溝谷兩側(cè)坡面不穩(wěn)，分布有大量滑坡、溜坍等不良地質(zhì)災害。 銅川因煤而立，煤礦資源開采歷史久遠，境內(nèi)存在大面積的煤礦采空沉陷區(qū)[1]。

銅川市是西延高鐵徑路上必經(jīng)的重要經(jīng)濟據(jù)點，其站址的選擇應符合銅川市城鎮(zhèn)規(guī)劃，滿足運輸需求和線路的主要技術(shù)標準，綜合考慮銅川擬選站位的自然條件、既有建筑物、土地綜合開發(fā)等因素，并盡可能繞避和減小不良地質(zhì)的影響，此外，確定合理的工程處理措施是線路設(shè)計的重點及難點[2]。

1 項目概況

西延高鐵是中長期鐵路網(wǎng)規(guī)劃“八縱八橫”高鐵主通道包(銀)海通道的重要組成部分，也是關(guān)中城市群城際鐵路網(wǎng)的重要干線，地理位置如圖1。 西延高鐵位于陜西關(guān)中及陜北地區(qū)，正線自西安東站向北引出，經(jīng)西安市灞橋區(qū)、臨潼區(qū)、高陵區(qū)，咸陽市三原縣，渭南市富平縣，銅川市耀州區(qū)、王益區(qū)、印臺區(qū)、宜君縣，延安市黃陵縣、洛川縣、富縣、甘泉縣和寶塔區(qū)，引入終點既有延安站[3]。 線路設(shè)計速度為350 km/h，一次雙線設(shè)計。 根據(jù)運量預測，銅川北站客流最高聚集人數(shù)為800 人，擬設(shè)2 臺4 線[4]。

2 站位選擇的基本思路

車站站位與區(qū)域內(nèi)客貨運輸服務和國民經(jīng)濟的發(fā)展有密切聯(lián)系。 車站具有作業(yè)量大、人員多等特點，且周圍建筑物比較密集[5-7]，應該考慮多方面因素進行綜合比選。

(1)車站位置應與城市發(fā)展規(guī)劃相結(jié)合。

(2)應選擇地形平坦，地質(zhì)條件較好，少占農(nóng)田，便于“三廢”的處理和接入較便利的區(qū)域。

(3)區(qū)段站設(shè)置應結(jié)合接軌站位置進行綜合考慮，可利用既有線基本段，或利用設(shè)計線新建基本段。

3 銅川北站站位選擇

圖1 西延高鐵地理位置

銅川市核心區(qū)由北市區(qū)(王益區(qū)、印臺區(qū))和南市區(qū)(耀州區(qū)和銅川新區(qū))組成，兩區(qū)相距25 km。 根據(jù)城市分布特點以及地方政府意見，經(jīng)技術(shù)經(jīng)濟比較，在南市區(qū)設(shè)銅川站，北市區(qū)設(shè)銅川北站。

依據(jù)北市區(qū)地形特點與城市規(guī)劃，結(jié)合采空區(qū)和不良地質(zhì)的分布，在銅川北站的站位選擇上，研究了王家河工業(yè)園區(qū)站位、黃堡鎮(zhèn)站位和郭家河站位三個方案。

3.1 方案概述

(1)王家河工業(yè)園區(qū)站位方案

線路出銅川站折向北，以橋隧工程取直線路，繞避采空區(qū)、滑坡群，以高橋跨越王家河，在趙家塬設(shè)銅川北站后以隧道穿越王家河工業(yè)園區(qū)，跨漆水河至方案比較終點(見圖2)。

(2)黃堡鎮(zhèn)站位方案

線路出銅川站轉(zhuǎn)向東北，穿越董家河工業(yè)園區(qū)，于黃堡鎮(zhèn)北側(cè)臺地上設(shè)站;繞避煤礦采空區(qū)，低橋跨越王家河，以隧道工程穿越王家河工業(yè)園區(qū)，跨漆水河至方案比較終點(見圖2)。

(3)郭家河站位方案

線路出銅川站，以橋隧工程取直線路，繞避采空區(qū)，于王家河上游郭家河溝口設(shè)銅川北站，跨越漆水河，向北至比較終點(見圖2)。

圖2 銅川北站站位方案示意

3.2 綜合比選

對上述三個站址方案按相關(guān)設(shè)計方法進行初步設(shè)計，站位方案工程經(jīng)濟比較及優(yōu)缺點對照如表1、表2 所示。

表1 銅川北站位方案工程經(jīng)濟比較

3.3 推薦意見

由表1、表2 可知，王家河工業(yè)園區(qū)站位方案雖然造價相對較高，但客流吸引能力強，站址及物業(yè)開發(fā)條件較好，工程可靠性強，并且符合地方政府的規(guī)劃要求，故予以推薦。

4 不同高程站位方案比選

為保證施工運營安全，避免穿越采空區(qū)，線路應在兩采空區(qū)之間區(qū)域布置。 線路通過的趙家塬塬面平坦，分布有王家河工業(yè)園區(qū)，目前已有30 余家企業(yè)入駐。 王家河河谷與塬面高差達150～200 m，為降低跨越王家河的橋梁高度，節(jié)省工程投資，結(jié)合通道內(nèi)不良地質(zhì)分布情況，共研究了二個不同高程的車站方案，方案示意如圖3 所示。

表2 銅川北站位方案優(yōu)缺點分析對照

圖3 銅川北站不同高程站位示意

4.1 方案概述

(1)塬頭挖方設(shè)站方案

以高橋(橋高105 m)跨越王家河，以深挖方55 m設(shè)銅川北站，設(shè)隧道工程穿越王家河工業(yè)園區(qū)至比較終點，比較范圍內(nèi)線路長15.102 km，靜態(tài)投資25.98 億元，方案示意如圖4。

圖4 塬頭挖方設(shè)站方案

(2)塬面設(shè)站方案

以高橋(橋高140 m)跨越王家河，在塬面上設(shè)站，再以高度為100 m 的高橋跨越北雷溝至比較終點，比較范圍內(nèi)線路長15.102 km，靜態(tài)投資31.39 億元，方案示意如圖5。

圖5 塬面設(shè)站方案

4.2 綜合比選

塬頭挖方設(shè)站方案高程較塬面設(shè)站方案低60 m，兩方案在地質(zhì)條件及工程設(shè)置方面有較大的差異[8-11]。

(1)從安全性方面考慮[12，13]

結(jié)合《鐵路工程不良地質(zhì)勘察規(guī)程》(TB10027—2012)、《新建鐵路西安至延安線壓覆重要礦產(chǎn)資源儲量評估報告》以及銅川市礦區(qū)采煤沉陷情況的相關(guān)報告，銅川北礦區(qū)采空區(qū)移動邊界角按50°計算(如圖6 所示)。

圖6 線路距離采空區(qū)影響邊界示意

塬頭挖方設(shè)站方案:線路高程低、車站埋深大，線路距離采空區(qū)影響邊界68 m，安全性較好。

塬面設(shè)站方案:線路距采空影響邊界58 m，安全距離余量較小(規(guī)范要求距離至少50 m)。

(2)從地質(zhì)條件方面分析

塬頭挖方設(shè)站方案線路高程相對較低，兩端引線條件較好，隧道埋深較大，圍巖條件好。

塬面設(shè)站方案雖減少了1 座隧道，但兩端引線工程的地質(zhì)條件較差。 由于高程抬升，隧道淺埋于黃土中，圍巖級別大大降低。

(3)從工程設(shè)置方面分析[14-16]

塬頭挖方設(shè)站方案:綜合考慮橋梁高度、挖方工程、站房、站前廣場及站內(nèi)生產(chǎn)生活房屋場地布置條件等因素，車站高程設(shè)置為945 m;王家河特大橋橋高105 m，主橋采用(124+248+124) m 連續(xù)剛構(gòu)加拱組合結(jié)構(gòu)，橋梁全長1 087 m，最大挖方深65 m，平均挖方深約40 m，土石方為543.4×104m3。

塬面設(shè)站方案:較塬頭挖方設(shè)站方案減少了1 座隧道，但需設(shè)置兩座高橋，工程量巨大，實施難度也較高。 其中王家河橋橋高為140 m，主橋孔跨為(130+3×260+130) m 的連續(xù)鋼桁柔性拱，總橋長達2 130 m，僅橋梁工程投資就增加6.07 億元。

(4)從工程投資方面分析

兩個方案的技術(shù)經(jīng)濟比較如表3，由表3 可知，塬面設(shè)站方案征地拆遷工程投資較大。

經(jīng)比較，塬面設(shè)站方案比塬頭挖方設(shè)站方案工程投資增加5.41 億元。

(5)從地方意見方面分析

王益區(qū)位于狹窄的溝谷內(nèi)，周邊梁塬內(nèi)多分布有煤礦采空區(qū)，城市無發(fā)展空間，僅有趙家塬一處平坦用地可供發(fā)展。 目前，園區(qū)入駐企業(yè)較多，道路建設(shè)齊備。 受采空區(qū)及高橋橋位條件影響，鐵路只能從園區(qū)中部通過。 如在塬面設(shè)站，對園區(qū)切割破壞嚴重，拆遷工程量較大，且對既有道路及規(guī)劃路網(wǎng)造成影響，故地方政府不同意該方案。

4.3 推薦意見

雖然塬頭挖方設(shè)站方案線路中心最大挖深達55 m，挖方工程巨大，安全風險較高，若設(shè)計中采取較強的處理措施，工程的安全性可以得到保證。 塬面設(shè)站方案雖然取消了土塬坡面的深挖方工程，但產(chǎn)生兩座高橋工程和多處淺埋黃土隧道工程，工程投資增加較多，并且影響王家河工業(yè)園區(qū)的整體規(guī)劃。

表3 銅川北站不同高程方案技術(shù)經(jīng)濟比較

因此，經(jīng)綜合考慮，推薦塬頭挖方設(shè)站方案。 該方案將站房及生產(chǎn)生活設(shè)施設(shè)置為線側(cè)平式，可滿足站房及生產(chǎn)生活房屋場地的布置要求。

5 結(jié)論

(1)在溝壑梁峁地區(qū)設(shè)站，車站應盡量布設(shè)在溝谷，既能充分利用地形，節(jié)省工程投資，又能更好地滿足城市需求，方便旅客出行。

(2)溝壑梁峁區(qū)一般分布有大量的滑坡、錯落等不良地質(zhì)，在保證工程安全的情況下，可采用塬頭挖方的形式設(shè)站，可達到降低橋高、減少對城區(qū)分割的目的。