新建蒙文鐵路線路方案研究

史小倫

(北京全路通信信號(hào)研究設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司，北京 100070)

1 概述

鐵路建設(shè)是一項(xiàng)牽涉面廣，影響因素多，技術(shù)層次高的復(fù)雜的系統(tǒng)工程，線路方案是鐵路工程的關(guān)鍵，它的優(yōu)劣關(guān)系到鐵路本身功能的發(fā)揮和在路網(wǎng)中是否能起到應(yīng)有的作用。

我國幅員遼闊，地形復(fù)雜多變，資料顯示山區(qū)占國土面積的65%，目前東部地區(qū)路網(wǎng)建設(shè)日臻完善，西部偏遠(yuǎn)山區(qū)的鐵路網(wǎng)絡(luò)欠完善，還需要大力建設(shè)，為實(shí)現(xiàn)全面小康社會(huì)鋪路。山區(qū)地形地貌條件復(fù)雜，地質(zhì)災(zāi)害頻發(fā)，生態(tài)環(huán)境脆弱等給鐵路選線帶來了技術(shù)挑戰(zhàn)，通過對(duì)蒙文鐵路的選線實(shí)踐進(jìn)行綜合分析，總結(jié)出山區(qū)鐵路選線的主要影響因素，做好減災(zāi)防災(zāi)選線，確保鐵路運(yùn)營的安全。

2 工程概況

2.1 工程概況

蒙自至文山鐵路是我國中長期鐵路網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃建設(shè)的芒市-防城港西南沿邊鐵路的重要組成部分，是云南省十三五鐵路網(wǎng)規(guī)劃的重點(diǎn)建設(shè)項(xiàng)目，項(xiàng)目位于云南省紅河州和文山州，線路全長約112.01 km。沿線地質(zhì)構(gòu)造發(fā)育，區(qū)域地質(zhì)作用強(qiáng)烈、巖性多變、地形復(fù)雜、坡陡谷深、氣候垂直分帶明顯，沿線各處水文地質(zhì)條件差異較大，地表水及地下水發(fā)育。沿線另分布有水源保護(hù)區(qū)、自然保護(hù)區(qū)、國家級(jí)森林公園、大型工業(yè)廠礦，昆河米軌多次盤繞交叉，線路選線要求較高，需結(jié)合環(huán)保、地質(zhì)、地形條件、經(jīng)濟(jì)據(jù)點(diǎn)等綜合考慮，優(yōu)化分析。

2.2 鐵路主要技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)推薦意見

1）鐵路等級(jí)：國鐵Ⅰ級(jí)。

2）正線數(shù)目：雙線。

3）設(shè)計(jì)行車速度：160 km/h（預(yù)留 200 km/h平縱斷面條件）。

4）線間距：4.4 m。

5）最小曲線半徑：一般3 500 m，困難2 800 m。

6）限制坡度：12‰，雙機(jī)坡24‰。

7）牽引質(zhì)量：3 000 t。

8）牽引種類：電力牽引。

9）機(jī)車類型：旅客列車（動(dòng)車組、HXD3）；貨物列車（HXD2）。

10）到發(fā)線有效長：650 m（雙機(jī)680 m）。

11）閉塞類型：自動(dòng)閉塞。

3 總體方案研究

3.1 線路走向方案研究

本項(xiàng)目行進(jìn)于滇東南喀斯特中山地貌，地勢(shì)南高北低，地形陡峻，工程地質(zhì)復(fù)雜。山脈主要呈北西-北北西向延展，谷嶺相間，起伏跌宕；主要通過蒙自湖積平原、巖溶化山地、構(gòu)造侵蝕山地、巖溶溝谷區(qū)、峰叢洼地區(qū)、文山盆地等地貌，范圍內(nèi)經(jīng)濟(jì)據(jù)點(diǎn)較少?？刂凭€路走向的因素有地下暗河徑路、文山國家級(jí)自然保護(hù)區(qū)老君山片區(qū)、那母果河礦區(qū)、水庫水源地保護(hù)區(qū)等方面，在確定紅河機(jī)場(chǎng)接軌和文山地區(qū)站位方案的基礎(chǔ)上，綜合比選了南線、中線、北線3個(gè)走向方案。如圖1所示。

1）南線方案

線路自紅河機(jī)場(chǎng)站引出，繞蒙自銦鋅冶煉廠至芷村設(shè)站，在中廠附近跨越那母果河，再以長隧方案南繞老君山國家級(jí)自然保護(hù)區(qū)至小街，沿暮底河水源保護(hù)區(qū)南側(cè)進(jìn)入文山市。全線新建正線長度112.01 km，工程投資約122.56億元。重點(diǎn)工程主要是老君山隧道，隧道全長12.94 km，不均勻人字坡，工期約58.9個(gè)月。

圖1 線路走向方案示意圖Fig.1 Sketch map of railway trend scheme

2）中線方案

線路自紅河機(jī)場(chǎng)站引出，繞蒙自銦鋅冶煉廠至芷村設(shè)站，出站后線路向東北方向行進(jìn)經(jīng)老寨、薄竹，而后與在建蒙文硯高速并行，北繞暮底河水庫進(jìn)入文山市。全線新建正線長度114.28 km，工程投資約120.49億元。重點(diǎn)工程主要是莊寨隧道，隧道全長11.56 km，不均勻人字坡，工期約57個(gè)月。

3）北線方案

線路自紅河機(jī)場(chǎng)站引出，與開河高速公路并行一段后上跨公路，北繞碧色寨國家文物保護(hù)單位后，穿越梨耙山至薄竹后接中線方案。全線新建正線長度123.68 km，工程投資約129.56億元。重點(diǎn)工程主要是沖寨隧道，隧道全長9.17 km，為單面坡隧道，工期約59個(gè)月。

3.2 方案綜合比選及推薦意見

從線路長度及工程投資分析：中線與南線兩個(gè)方案的長度差距不大，南線方案線路長度最短，但隧道工程量大，橋隧比高；中線方案薄竹至文山段線路多走行于巖溶洼地，需以橋梁形式通過，橋梁工程較大，較南線方案節(jié)省2.07億元；北線方案線路長度長，線形條件較差，工程投資增幅最大，較南線方案增加7.3億元。

1）從工程地質(zhì)條件分析

南線方案經(jīng)過的巖溶地段屬中等-強(qiáng)烈發(fā)育，隧道多處于垂直滲流帶，局部地段位于水平循環(huán)帶；其他主要不良地質(zhì)問題為滑坡、危巖落石、順層、順層偏壓、軟土、膨脹土等，應(yīng)通過工程措施處理。

中線方案主要的工程地質(zhì)問題為順層、順層偏壓，順層段落較長；其次為巖溶，經(jīng)過的巖溶地段屬強(qiáng)烈發(fā)育，隧道多處于垂直滲流帶，局部處于水平循環(huán)帶；此外為蝕變帶、煤層瓦斯、活動(dòng)斷裂等。

北線方案主要的不良地質(zhì)為巖溶，線路經(jīng)過的巖溶地段長，隧道長段位于水平循環(huán)帶，巖溶及巖溶水風(fēng)險(xiǎn)極大；其次為順層、順層偏壓，順層段落較長；此外為蝕變帶、煤層瓦斯、活動(dòng)斷裂等。

從工程地質(zhì)角度考慮，北線方案工程條件差，工程風(fēng)險(xiǎn)大；南線方案和中線方案工程地質(zhì)條件相對(duì)略好。

2）從對(duì)環(huán)境敏感點(diǎn)影響分析

三方案均繞避了碧色寨國家文物保護(hù)單位、老君山國家級(jí)自然保護(hù)區(qū)、暮底河水源保護(hù)區(qū)，但北線及中線方案受三一重工廠區(qū)及南方電網(wǎng)變電站控制，均正穿白沙坡溫泉礦區(qū)范圍，對(duì)環(huán)境影響較大，而南線方案對(duì)環(huán)境影響較小。

3）從工程風(fēng)險(xiǎn)及難易程度分析

南線方案以橋梁工程跨越那母果河方式，基本避開巖堆、滑坡、斷層等不良地質(zhì)區(qū)域，并選取有利位置通過，工程風(fēng)險(xiǎn)可控。北線方案大部分區(qū)段均以隧道穿行于可溶巖區(qū)域，巖溶、瓦斯、采空區(qū)等不良地質(zhì)分布廣泛，工程風(fēng)險(xiǎn)最大。中線方案部分區(qū)段以隧道穿行于可溶巖區(qū)域，受地形地物限制，薄竹至文山段與文麻活動(dòng)斷裂并行，同時(shí)需正穿規(guī)劃白沙坡溫泉礦區(qū)范圍，地下泉走行徑流難以探查，工程風(fēng)險(xiǎn)相對(duì)較高。

綜上所述，南線方案雖橋隧工程較大，但線路長度最短，工程可實(shí)施性好，工程可行性高，工期可控，對(duì)環(huán)境影響較小；而北線方案及中線方案受控因素較多，部分區(qū)段與地質(zhì)活動(dòng)斷裂并行，工程風(fēng)險(xiǎn)較高。因此，推薦南線方案。

4 局部方案比選

4.1 紅河機(jī)場(chǎng)至芷村段線路走向方案

本段根據(jù)沿線地形、廠礦和地質(zhì)條件，研究了11.56 km長隧、2.3 km高橋兩個(gè)方案。如圖2所示。

圖2 紅河機(jī)場(chǎng)至芷村段走向方案示意圖Fig.2 Sketch map of Honghe airport to Zhicun section

1）11.56 km 長隧方案

線路自紅河站引出，跨開河高速，于碧色寨南側(cè)下穿昆河米軌，以長11.56 km莊寨隧道穿頭塘至芷村為方案比較終點(diǎn)。線路長度30 km，工程投資約32.78億元。

2）2.3 km 高橋方案

線路自紅河站引出，跨開河高速，于碧色寨南側(cè)下穿昆河米軌，在黑龍?zhí)陡浇?.3 km高橋跨越X107縣道、下穿蒙文硯東山特大橋，南繞蒙自礦冶銀升冶煉廠，經(jīng)下菲禿至芷村。線路長度30.7 km，工程投資約33.16億元。

繞避礦區(qū)如圖3所示。

3）方案比選及推薦意見

從線路長度及工程經(jīng)濟(jì)性分析：兩個(gè)方案的長度差距不大，長隧較高橋方案投資節(jié)省0.38億元。11.5 km隧道繞避廠礦方案線路長度最短，隧道工程量大，橋隧比高。2.3 km特大橋南繞蒙自礦冶銀升冶煉廠，線路沿107縣道于溝谷中穿行，需要以橋梁通過，橋墩高度介于50～110 m間，橋梁工程較大，線路長度稍長，投資相對(duì)略高。

圖3 繞避礦區(qū)示意圖Fig.3 Sketch map of passing round mine area

從工程地質(zhì)條件分析：兩大方案所經(jīng)地形地貌、地層巖性及地質(zhì)構(gòu)造條件基本一致。11.56 km長隧方案不良地質(zhì)主要為巖溶、危巖落石、順層偏壓等。2.3 km高橋方案線路傍山行走，危巖落石極其發(fā)育，處理困難；線路多次穿越昆河米軌，對(duì)既有線影響大；此外，線路壓礦，以及發(fā)育有滑坡、軟土、膨脹土。從工程地質(zhì)角度考慮，11.56 km長隧方案較優(yōu)。

從工程可靠性分析：兩方案線路長度相當(dāng)，長隧方案較好的避開了廠礦、昆河米軌等控制性工程，地物對(duì)該方案影響較小，且輔助坑道條件好，但長隧中段左側(cè)經(jīng)調(diào)查有廢棄暗河入口和人工修建的泄水洞入口，均與本線相交，經(jīng)水頭計(jì)算，隧道于泄水洞下方約80 m，詳實(shí)資料有待進(jìn)一步收集；橋梁方案南繞廠礦，與昆河米軌數(shù)次交叉，對(duì)既有線影響較大，危巖落石地段較多，地質(zhì)條件復(fù)雜。且需下穿在建蒙文硯高速東山特大橋，正穿下菲禿村落，拆遷較大，且沿線有多處露天石礦。走行徑路內(nèi)控制地物較多，且橋墩高度較大。

綜上所述，11.5 km長隧方案線路略短，地質(zhì)條件好，對(duì)既有線影響小，控制地物干擾少，本次研究推薦采用11.5 km長隧方案。

4.2 那母果河至文山段線路走向方案

本段根據(jù)沿線經(jīng)濟(jì)據(jù)點(diǎn)、步都河水源保護(hù)區(qū)、文山市城市整體規(guī)劃，研究了文山西側(cè)客站南側(cè)貨站、經(jīng)小街取直方案、經(jīng)平壩方案3個(gè)方案。如圖4所示。

圖4 那母果河至文山段方案示意圖Fig.4 Sketch map of Namuguo river to Wenshan section

1）文山西側(cè)客站南側(cè)貨站

線路跨那母果河后，以12.9 km隧道繞行老君山國家級(jí)自然保護(hù)區(qū)，經(jīng)小街鎮(zhèn)者底村、暮底河水庫南側(cè)前行進(jìn)入文山市內(nèi)，于清水塘設(shè)文山客站、三七產(chǎn)業(yè)園北側(cè)設(shè)文山南貨站。線路長度44.58 km，工程投資約48.77億元。

2）經(jīng)小街取直方案

線路跨那母果河后，以12.9 km隧道繞行老君山國家級(jí)自然保護(hù)區(qū)，經(jīng)小街鎮(zhèn)者底村設(shè)站后，線路取直至文山南設(shè)客貨共站。線路長度41.56 km，工程投資約46.55億元。

3）經(jīng)平壩方案

線路跨那母果河后，以14.9 km隧道經(jīng)平壩，南繞步都河水源保護(hù)區(qū)至文山南設(shè)客貨共站。線路長度46.56 km，工程投資約53.54億元。

4）方案比選及推薦意見

從線路長度及工程經(jīng)濟(jì)性分析：經(jīng)小街取直方案線形順直，長度最短，工程最??；文山西側(cè)客站、南側(cè)貨站方案次之；經(jīng)平壩方案線形最差，隧道工程量大，投資最高。

從工程地質(zhì)條件分析：三大方案所經(jīng)地形地貌、地層巖性及地質(zhì)構(gòu)造情況基本一致，三大方案經(jīng)過的不良地質(zhì)均比較發(fā)育。

從施工工期分析：經(jīng)平壩方案為14.9 km單面坡隧道，輔助坑道條件差，施工風(fēng)險(xiǎn)大，工期長。而文山西側(cè)客站、南側(cè)貨站和經(jīng)小街取直方案隧道短，施工風(fēng)險(xiǎn)小，工期短。

從文山南客貨共站工程條件分析：若考慮在地區(qū)內(nèi)設(shè)客貨共站，四個(gè)方向引入要求車站地勢(shì)平坦開闊而文山地形很難滿足其要求，咽喉區(qū)交叉干擾大，客貨干擾嚴(yán)重，客貨運(yùn)集中一處不利于客貨運(yùn)集散且不利于城市經(jīng)濟(jì)發(fā)展；從文山南客貨共站工程條件分析：由于文山地區(qū)巖溶洼地眾多，地形起伏較大，受地形條件限制，客貨共站需設(shè)置到發(fā)線6條（含正線），到發(fā)線兼調(diào)車線3條，預(yù)留3條，到發(fā)線有效長880 m。貨場(chǎng)設(shè)于線路右側(cè)，設(shè)貫通式貨物線2條，牽出線2條，預(yù)留貫通式貨物線4條，車站師宗(富寧)端線路右側(cè)設(shè)機(jī)務(wù)段，蒙自端線路左側(cè)設(shè)綜合維修工區(qū)，工程規(guī)模較大。

從運(yùn)輸組織分析：清水塘設(shè)文山客站，三七產(chǎn)業(yè)園設(shè)文山南貨站，地區(qū)客貨分站布置，客貨作業(yè)無交叉干擾，客運(yùn)組織和貨運(yùn)組織順暢，在城市內(nèi)實(shí)現(xiàn)人、物分流對(duì)城市綜合交通組織影響小。

從與城市規(guī)劃結(jié)合分析：文山市為南北走向盆地，主城區(qū)集中于城市北側(cè)，東西向發(fā)展空間較小，未來城市規(guī)劃往南發(fā)展，城市南側(cè)有在建大型三七產(chǎn)業(yè)物流園區(qū)。城區(qū)內(nèi)車流較大，交通擁擠。清水塘設(shè)文山客站，城區(qū)居民出行較為便捷，且未來城市西側(cè)有正在籌備選址的通用機(jī)場(chǎng)，客站建成后，將形成公路、鐵路、航空集中的交通樞紐。文山南側(cè)設(shè)貨站，可有效解決三七輕快貨物運(yùn)輸，馬塘工業(yè)園等重型貨物可采用物流方式沿環(huán)城公路運(yùn)至貨站，交通便捷。而文山南設(shè)客貨共站方案，北側(cè)居民出行需至少40 min穿城至城市南側(cè)。城市交通壓力較大，居民出行不便。

從帶動(dòng)地方經(jīng)濟(jì)發(fā)展和國土資源開發(fā)方面分析：文山西側(cè)客站、南側(cè)貨站方案于城市人口密集區(qū)域附近設(shè)站，能較好的帶動(dòng)清水塘至城市帶土地利用，能較好的帶動(dòng)城市發(fā)展，提升沿線土地利用價(jià)值，帶動(dòng)地方經(jīng)濟(jì)；經(jīng)平壩方案及小街取直方案遠(yuǎn)離城市人口密集的北側(cè)，僅于文山南設(shè)站，僅能帶動(dòng)該點(diǎn)城市發(fā)展，帶動(dòng)地方經(jīng)濟(jì)發(fā)展及國土資源開發(fā)條件略差。

綜上所述，文山西側(cè)客站、南側(cè)貨站方案重點(diǎn)工程可實(shí)施性高，工期可控，線路文山地區(qū)客貨分站方案與文山市的設(shè)站要求相吻合，故本次研究推薦采用經(jīng)文山西側(cè)客站、南側(cè)貨站方案。

5 推薦方案

線路自紅河機(jī)場(chǎng)站引出，跨開河高速，于碧色寨南側(cè)下穿昆河米軌，以長11.56 km莊寨隧道繞蒙自銦鋅冶煉廠至芷村設(shè)站，而后跨越四岔河以及紅河州和文山州分界點(diǎn)那母果河，南繞老君山國家級(jí)自然保護(hù)區(qū)至小街，沿暮底河水源保護(hù)區(qū)南側(cè)進(jìn)入文山市，于城市西側(cè)清水塘設(shè)文山客站后折向南，在三七產(chǎn)業(yè)園北側(cè)設(shè)文山南貨站，而后與規(guī)劃文富、師文鐵路銜接，線路全長112.01 km。如圖5所示。

6 總結(jié)

山區(qū)鐵路的選線是復(fù)雜的循序漸進(jìn)過程，首先根據(jù)工程地質(zhì)條件、環(huán)境敏感點(diǎn)、工程風(fēng)險(xiǎn)及難易程度大的方面確定線路走向，其次根據(jù)工程造價(jià)、壓覆礦產(chǎn)、運(yùn)輸組織、帶動(dòng)地方經(jīng)濟(jì)發(fā)展和國土開發(fā)等各方面進(jìn)行局部方案比較，將線路走向落到實(shí)處，最終形成推薦線路方案，本文通過對(duì)蒙文鐵路線路走向綜合分析得出以下結(jié)論。

1）從線路綜合交通銜接、公共服務(wù)能力、施工方法、工程造價(jià)、環(huán)境保護(hù)等方面對(duì)線路進(jìn)行多方案比選。綜合考慮工程地質(zhì)、水文地質(zhì)、施工方法對(duì)周邊交通和環(huán)境的影響、工程造價(jià)等諸多因素，選出經(jīng)濟(jì)合理、技術(shù)可行的線站布設(shè)方案，力求線路順直，確保方案技術(shù)可行、效益最優(yōu)。

2）老君山隧道為全線控制性工程，輔助坑道條件受限，受大里程端小街站標(biāo)高影響，線路拉坡需在優(yōu)化小街站位基礎(chǔ)上，反向拉坡設(shè)計(jì)，并結(jié)合隧道長度，合理規(guī)劃施工組織方案及土建工期，確保工程按時(shí)完工。

3）本項(xiàng)目的建設(shè)無論是對(duì)西南沿邊鐵路通道的建設(shè)，還是對(duì)完善云南省鐵路網(wǎng)布局均具有重要作用和意義。

圖5 推薦方案平縱斷面示意圖Fig.5 Sketch map of recommendation scheme plane and profile section