渝昆高速鐵路會(huì)澤至蒲草塘段線路走向及坡度方案研究

張 翔，任闖闖

（中鐵第六勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司 線路站場(chǎng)設(shè)計(jì)院，天津 300308)

渝昆高速鐵路(重慶西—昆明南)位于我國(guó)西南地區(qū)，是我國(guó)規(guī)劃的“八縱八橫”高速鐵路網(wǎng)中北京至昆明大通道中的西南通道。渝昆高速鐵路自重慶西站引出后，西行至重慶市江津區(qū)和永川區(qū)，抵達(dá)四川省瀘州市和宜賓市后向南進(jìn)入貴州省畢節(jié)市，途經(jīng)云南省昭通市和曲靖市后到達(dá)昆明南站渝昆場(chǎng)。渝昆高速鐵路建成后，成渝城市群、滇中城市群為渝昆高速鐵路的直接輻射范圍，重慶至昆明運(yùn)行時(shí)分將得以大幅縮短。渝昆高速鐵路遠(yuǎn)期可輻射關(guān)中平原城市群、中原城市群、京津冀城市群，將西南地區(qū)與西北地區(qū)、華中地區(qū)、華南地區(qū)和華北地區(qū)有效連接，形成西南地區(qū)通向全國(guó)各地的客運(yùn)大通道。渝昆高速鐵路會(huì)澤至蒲草塘段地質(zhì)條件極其復(fù)雜，環(huán)境敏感點(diǎn)遍布，確定線位極其困難[1]。合理確定渝昆高速鐵路會(huì)澤至蒲草塘段線路走向及坡度方案，可以在保證渝昆高速鐵路的行車安全的前提下列車運(yùn)行速度不會(huì)受到較大影響，并有效吸引重慶、四川和云南地區(qū)的旅客選擇高速鐵路出行，促進(jìn)西南地區(qū)旅游產(chǎn)業(yè)和區(qū)域經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展[2]。

1 渝昆高速鐵路會(huì)澤至蒲草塘段線路走向方案比選

1.1 線路概況

渝昆高速鐵路會(huì)澤至蒲草塘段位于云南省北部山區(qū)，沿線旅游資源及自然資源豐富，有會(huì)澤古城、大海草山等風(fēng)景名勝區(qū)，以及毛家村水庫水源保護(hù)區(qū)、駕車華山松自然保護(hù)區(qū)等自然保護(hù)區(qū)，渝昆高速鐵路經(jīng)會(huì)澤到達(dá)蒲草塘后，將進(jìn)一步帶動(dòng)昆明市尋甸縣和曲靖市會(huì)澤縣旅游產(chǎn)業(yè)發(fā)展。在研究年度內(nèi)，渝昆高速鐵路會(huì)澤至蒲草塘段近期(2025 年)、中期(2030 年)和遠(yuǎn)期(2040 年)的年度旅客發(fā)送量分別為1 319 萬人/a，1 701 萬人/a 和2 291 萬人/a，旅客發(fā)送量連年上升。渝昆高速鐵路會(huì)澤至蒲草塘段沿線位于高原面向平原過渡地帶，高差起伏大，地質(zhì)條件復(fù)雜，環(huán)境敏感點(diǎn)遍布。結(jié)合渝昆高速鐵路沿線山高谷深的艱險(xiǎn)地形、大范圍發(fā)育溶巖區(qū)、駕車華山松省級(jí)自然保護(hù)區(qū)、眾多磷礦區(qū)分布等因素影響，提出待補(bǔ)東繞方案、穿越保護(hù)區(qū)方案、取直方案3 個(gè)方案，比選范圍為渝昆高速鐵路DIK528 km+000 m ～ DIK604 km+000 m區(qū)間[3]。渝昆高速鐵路會(huì)澤至蒲草塘段線路走向方案示意圖如圖1 所示。

圖1 渝昆高速鐵路會(huì)澤至蒲草塘段線路走向方案示意圖Fig.1 Alignment plan of Huize-Pucaotang section of Chongqing-Kunming High-Speed Railway

（1）待補(bǔ)東繞方案。線路自比較起點(diǎn)DIK528 km+000 m 處引出，向東上跨毛家村水庫后向南在待補(bǔ)鎮(zhèn)西側(cè)相繼跨越G213 國(guó)道、雞鳴山大道和待補(bǔ)河，穿過雞鳴山縣級(jí)自然保護(hù)區(qū)后繼續(xù)向南以隧道形式下穿待功高速公路(曲靖市會(huì)澤縣待補(bǔ)鎮(zhèn)—昆明市尋甸縣功山鎮(zhèn))中梁子隧道，于駕車華山松省級(jí)自然保護(hù)區(qū)東側(cè)以隧道形式通過后，在蘇斗河水庫西側(cè)約500 m 通過，在DIK585 km+630 m 處設(shè)田壩站；從田壩站出站后沿待功高速公路西側(cè)繼續(xù)向南前行，經(jīng)格萊村、剛紀(jì)村后引入比較方案終點(diǎn)DIK604 km+581.424 m 處。待補(bǔ)東繞方案線路全長(zhǎng)74.781 km，共設(shè)橋梁33 座，全長(zhǎng)9.342 km，隧道15 座，全長(zhǎng)62.592 km，橋隧比為96.19%。新設(shè)田壩站與會(huì)澤站站間距為60 km，與尋甸站相距45 km。

（2）穿越保護(hù)區(qū)方案。線路自比較起點(diǎn)DIIK528 km+000 m 處引出，折向東上跨毛家村水庫、待功高速公路后一直向南前行，在DIIK565 km+000 m ～ DIIK573 km+000 m 范圍內(nèi)避繞巖溶強(qiáng)烈發(fā)育區(qū)及嶺礦區(qū)，以隧道形式通過駕車華山松省級(jí)自然保護(hù)區(qū)核心區(qū)后，繼續(xù)向南跨越待功高速公路后走行于待功高速公路東側(cè)，于DIIK593 km+800 m 處設(shè)蒲草塘站；從蒲草塘站出站后沿待功高速公路東側(cè)向南前行，經(jīng)剛紀(jì)村后引入方案比較終點(diǎn)DIIK599 km+573.57 m 處。穿越保護(hù)區(qū)方案線路全長(zhǎng)71.573 km，共設(shè)橋梁18 座，全長(zhǎng)5.381 km，隧道10 座，全長(zhǎng)61.468 km，橋隧比為93.79%。新設(shè)蒲草塘站與會(huì)澤站間距為68.2 km，與尋甸站相距34 km。

（3）取直方案。線路自比較起點(diǎn)DIIIK528 km+000 m 處引出，上跨毛家村水庫、待功高速公路后一直向南前行；在DIIIK567 km+000 m ～ DIIIK580 km+000 m 范圍內(nèi)以隧道形式從駕車華山松省級(jí)自然保護(hù)區(qū)西側(cè)通過；繼續(xù)向南跨過待功高速公路后走行于待功高速公路東側(cè)，于DIIIK593 km+800 m處設(shè)蒲草塘站；出站后沿待補(bǔ)高速公路東側(cè)向南前行，經(jīng)剛紀(jì)村后引入方案比較終點(diǎn)DK598 km+715 m。該方案線路全長(zhǎng)70.715 km，共設(shè)橋梁18 座，全長(zhǎng)6.02 km，隧道12 座，全長(zhǎng)61.623 km，橋隧比為95.65%。新設(shè)蒲草塘站與會(huì)澤站相距67.2 km，與尋甸站相距34 km。

表1 線路走向方案比選細(xì)化表Tab.1 Detailed comparison of alignment plans

1.2 線路走向方案比選研究

從工程地質(zhì)、環(huán)境敏感區(qū)影響、工程投資、工程實(shí)施難易程度及工程可實(shí)施性5 個(gè)方面對(duì)3 個(gè)方案進(jìn)行優(yōu)缺點(diǎn)分析，得出最佳方案[4]。線路走向方案比選細(xì)化表如表1 所示。

由表1 及相關(guān)資料可知，取直方案雖然線路長(zhǎng)度最短，避繞駕車華山松省級(jí)自然保護(hù)區(qū)，但受巖溶高發(fā)育區(qū)及普遍分布的磷礦區(qū)(穿越巖溶高發(fā)育區(qū)及磷礦區(qū)12 km)等不良地質(zhì)影響，工程實(shí)施難度極大，因而最先予以舍棄；穿越保護(hù)區(qū)方案受巖溶高發(fā)育區(qū)等不良地質(zhì)影響較大(穿越巖溶高發(fā)育區(qū)11.7 km)，工程實(shí)施難度較大，考慮到沿線穿越駕車華山松省級(jí)自然保護(hù)區(qū)(穿越核心區(qū)4 km，穿越緩沖區(qū)5km)，對(duì)環(huán)境影響較大，不利于環(huán)境可持續(xù)發(fā)展，同時(shí)投資較高，方案優(yōu)勢(shì)不顯著；待補(bǔ)東繞方案避繞巖溶高發(fā)育區(qū)，地質(zhì)條件較為單一，重點(diǎn)工程曲靖隧道設(shè)置斜井及橫洞條件較好，工程可實(shí)施性強(qiáng)，避繞駕車華山松省級(jí)自然保護(hù)區(qū)，對(duì)環(huán)境影響最小，工程實(shí)施難度及風(fēng)險(xiǎn)均為最低，投資最省，因而推薦采用待補(bǔ)東繞方案為渝昆高速鐵路會(huì)澤至蒲草塘段線路走向方案。

2 渝昆高速鐵路會(huì)澤至蒲草塘段坡度方案比選

由于渝昆高速鐵部分會(huì)澤至蒲草塘段的部分縱坡段坡度大于20‰，在上行方向列車爬坡走行速度降低，在確定待補(bǔ)東繞方案為渝昆高速鐵路會(huì)澤至蒲草塘段走向方案的基礎(chǔ)上，從調(diào)整線路平面及調(diào)整線路縱斷面2 個(gè)方面進(jìn)行軟化坡度比選，研究不同縱斷面組合方案對(duì)坡末速度的影響，確定最佳坡度方案。

2.1 縱斷面概況

渝昆高速鐵路會(huì)澤至蒲草塘段線路縱斷面穿越會(huì)澤至蒲草塘段最高點(diǎn)，從DIK557 km+050 m處開始以隧道形式連續(xù)運(yùn)用坡度為3‰ (3.95 km)和23‰ (3.2 km)的上坡，在DIK561 km+250 m 處縱斷面到達(dá)越嶺最高點(diǎn)，在此設(shè)何坪子中橋，之后以兩隧道一橋形式采用坡度為25‰ (3.95 km)，3‰ (3.8 km)，18‰ (12 km)和25‰ (2.95 km)的下坡至DIK583 km+950 m 處，隨后進(jìn)入地形平緩地帶。經(jīng)行車檢算，在DIK561 km+250 m ～ DIK583 km+950 m 范 圍 內(nèi)，上 行 列 車 受23‰ (3.2 km)，18‰ (12 km)，25‰ (2.95 km)爬坡影響，有2 處坡末速度降至300 km/h[5-6]。為進(jìn)一步論證待補(bǔ)東繞方案的合理性，并解決坡末速度無法達(dá)到目標(biāo)速度350 km/h 的 問 題，對(duì)DIK546 km+000 m ～ DIK584 km+850 m 范圍進(jìn)行調(diào)整線路平面方案及調(diào)整線路縱斷面方案比選，并分析起終點(diǎn)高差不變時(shí)不同坡度組合對(duì)坡末速度的影響，以確定最佳坡度方案。

2.2 調(diào)整線路平面方案比選研究

針對(duì)待補(bǔ)東繞方案坡末速度無法達(dá)到目標(biāo)速度350 km/h 問題，可通過平面展線方式增加線路長(zhǎng)度以軟化坡度，提出局部大坡度方案和軟化坡度方案2 個(gè)備選方案，并對(duì)備選方案進(jìn)行比選研究，比選范圍為DK546 km+000 m ～ DK584 km+850 m。調(diào)整線路平面方案比選圖如圖2 所示。

（1）局部大坡度方案。線路自DK546 km+000 m引出，沿直線前行，穿越金雞菁、樺香樹梁子，從待補(bǔ)鎮(zhèn)西側(cè)經(jīng)過，跨越G213 國(guó)道、雞鳴山大道和待補(bǔ)河，從雞鳴山縣級(jí)自然保護(hù)區(qū)穿過繼續(xù)向南，以隧道形式下穿待功高速公路中梁子隧道(凈高30.33 m)、駕車華山松省級(jí)自然保護(hù)區(qū)東側(cè)至卡竹村。該方案局部最大坡度為25‰，最小坡末速度為300 km/h。

（2）軟化坡度方案。線路自DIK546 km+000 m引出，沿直線前行，跨越G213 國(guó)道，穿金雞菁、樺香樹梁子，從待補(bǔ)鎮(zhèn)東側(cè)通過，經(jīng)待補(bǔ)鎮(zhèn)老鎮(zhèn)政府、中心衛(wèi)生院、城隍廟后折向西南，以隧道形式下穿待功高速公路、駕車華山松省級(jí)自然保護(hù)區(qū)東側(cè)至卡竹村。該方案局部最大坡度為18‰，坡末速度不受影響。

從坡末速度、線路順直度、工程實(shí)施難易度及工程風(fēng)險(xiǎn)4 個(gè)方面對(duì)坡度方案進(jìn)行優(yōu)缺點(diǎn)分析，得出最佳坡度方案。坡度方案比選細(xì)化表如表2所示。

圖2 調(diào)整線路平面方案示意圖Fig.2 Adjusted plane layout plan

由表2 及相關(guān)資料可知，軟化坡度方案雖坡末速度不受影響，但線路長(zhǎng)1.26 km，線路順直度相對(duì)較差，工程實(shí)施工程中需要對(duì)老待補(bǔ)鎮(zhèn)的城隍廟、中醫(yī)院進(jìn)行拆遷，實(shí)施難度較大，同時(shí)沿線受熔巖漏斗及塌陷區(qū)等不良地質(zhì)影響，工程實(shí)施風(fēng)險(xiǎn)較高，在方案比選中沒有明顯優(yōu)勢(shì)。局部大坡度方案雖然坡末速度無法達(dá)到目標(biāo)速度350 km/h，但可以達(dá)到300 km/h，滿足坡末速度可降低至目標(biāo)速度的80%的相關(guān)要求，考慮其線路順直度好，且工程避繞不良地質(zhì)地區(qū)，沿線無重大拆遷，工程難度和風(fēng)險(xiǎn)均較低，因而推薦采用局部大坡度方案為推薦方案。

表2 坡度方案比選細(xì)化表Tab.2 Detailed comparison of gradient plans

2.3 調(diào)整線路縱斷面方案比選研究

由于采用調(diào)整線路平面方案進(jìn)行軟化坡度無法達(dá)到預(yù)期目標(biāo)，在待補(bǔ)東繞方案線路平面條件不變的基礎(chǔ)上，對(duì)渝昆高速鐵路會(huì)澤至蒲草塘段坡度大于20‰的連續(xù)上坡以調(diào)整縱斷面方式進(jìn)行軟化坡度方案比選，初步確定軟化坡度方案及局部采用大坡度方案為2 個(gè)備選方案，比選范圍為DK550 km+300 m ～ DK590 km+000 m。調(diào)整線路縱斷面方案示意圖如圖3 所示。

（1）軟化坡度方案。該方案在DK557 km+050 m ～ DK582 km+600 m 范 圍 內(nèi)，采 用11.254‰(25.55 km)坡道，受蘇斗河水庫常水位高程2 059 m控 制，在DK582 km+600 m ～ DK583 km+950 m 段仍采用25‰的坡道。隧道長(zhǎng)度最長(zhǎng)為29.82 km，隧道合建引起投資增加約10.55 億元，工程投資巨大。經(jīng)行車計(jì)算，速度最低值位于DK557 km+050 m 處(上行方向)，行車速度為314 km/h。

（2）局部大坡度方案。該方案配合使用23‰，25‰，18‰ (L-12.0 km)等長(zhǎng)大坡道，能很好地適應(yīng)地形起伏變化，降低曲靖隧道(L-16.03 km)的工程風(fēng)險(xiǎn)。經(jīng)行車計(jì)算，速度最低值位于DK569 km+000 m 處(上行方向)，行車速度為300 km/h。

局部采用大坡度方案雖然坡末速度降至300 km/h，但與軟化坡度方案坡末速度提升至314 km/h相比，坡末速度幾乎一致，運(yùn)行時(shí)分差距較小，且局部采用大坡度方案具有重點(diǎn)工程相對(duì)簡(jiǎn)單，實(shí)施難度相對(duì)較小，工程風(fēng)險(xiǎn)可控，投資節(jié)約等優(yōu)勢(shì)，因而采用局部大坡度方案作為調(diào)整縱斷面方案。

圖3 調(diào)整線路縱斷面方案示意圖Fig. 3 Adjusted profile layout plan

2.4 坡末速度影響分析

當(dāng)列車在坡度大于20‰的上坡走行時(shí)，行車速度較緩坡和平坡偏低，列車開行至上坡坡頂?shù)乃俣?即坡末速度)達(dá)到最低。為保障渝昆高速鐵路的行車速度達(dá)到目標(biāo)值，應(yīng)盡量避免使用長(zhǎng)大坡道，在復(fù)雜山區(qū)地段不得不采用長(zhǎng)大坡道時(shí)，應(yīng)綜合考慮地形地貌、工程設(shè)置條件、工程投資、列車運(yùn)行時(shí)分、旅客舒適度等因素，詳細(xì)論證各種因素與列車速度間的相互關(guān)系，以確定最優(yōu)方案。在待補(bǔ)東繞方案線路平面條件不變的基礎(chǔ)上，通過調(diào)整縱斷面以驗(yàn)證提高坡末速度的可行性[7-8]。在調(diào)整縱斷面方案整體使用局部采用大坡度方案的基礎(chǔ)上，保證曲靖隧道出入口及田壩站2 點(diǎn)的高差不變，在DK569 km+000 m ～ DK583 km+950 m 約14.95 km 的范圍內(nèi)，研究不同縱斷面組合方案對(duì)坡末速度的影響，以確定最優(yōu)縱坡方案。

（1）不同坡度對(duì)列車提速的影響。針對(duì)CRH380型動(dòng)車組，以爬坡過程中初速度為300 km/h 為基礎(chǔ)，分析不同坡度組合對(duì)列車提速的影響，確定CRH380 型動(dòng)車組在爬坡過程中能夠提速的最大坡度，同時(shí)確定列車由300 km/h 提速到340 km/h 時(shí)不同坡度對(duì)應(yīng)的有效爬坡坡長(zhǎng)，為不同坡度組合研究提供依據(jù)。不同坡度組合對(duì)列車提速的影響如表3所示。

表3 不同坡度組合對(duì)列車提速的影響Tab.3 Influence of different gradient combinations on train acceleration

由表3 可知，當(dāng)坡度為3‰上坡時(shí)，CRH380型動(dòng)車組運(yùn)行時(shí)速由300 km/h 提高到340 km/h 時(shí)，需要爬坡坡長(zhǎng)為2.95 km；當(dāng)坡度為6‰上坡時(shí)，CRH380 型動(dòng)車組運(yùn)行時(shí)速由300 km/h 提高到340 km/h，需要爬坡坡長(zhǎng)為12 km；當(dāng)坡度為8‰上坡時(shí)，CRH380型動(dòng)車組在上坡階段坡末速度無法提高。以目前方案中18‰ (12 km)和25‰ (2.95 km)坡度，研究范圍內(nèi)最小坡度為18‰上坡(大于8‰)，無法將初速度提高，為得出最佳坡度組合，進(jìn)一步對(duì)不同坡度組合對(duì)坡末速度影響進(jìn)行研究。

（2）不同坡度組合方案對(duì)坡末速度影響。在DK569 km+000 m ～ DK583 km+950 m 共14.95 km的范圍內(nèi)，保證縱坡起點(diǎn)(DK569 km+000 m)和縱坡終點(diǎn)(DK583 km+950 m)高程不變。以CRH380 型動(dòng)車組進(jìn)行速度模擬，上坡初速度均為340 km/h，對(duì)14.95 km 范圍分4 種組合進(jìn)行研究，得出坡末速度，以確定不同坡度組合對(duì)坡末速度的影響。不同坡度組合對(duì)坡末速度的影響如表4 所示。

由表4 可知，在起終點(diǎn)高差一致的情況下，不同坡度組合對(duì)坡末速度影響不大(最大速度差為5.2 km/h，最小速度差為1.8 km/h)。在確定采用局部大坡度方案的前提下，不同坡度組合工程設(shè)置條件基本一致，待補(bǔ)東繞方案變坡點(diǎn)設(shè)置最少，坡度最過渡平緩，旅客舒適度最好，坡末速度最高，因而進(jìn)一步確定待補(bǔ)東繞方案為最佳方案。

表4 不同坡度組合對(duì)坡末速度的影響Tab.4 Influence of different gradient combinations on gradient end speed

3 結(jié)束語

渝昆高速鐵路作為連接重慶、四川和云南地區(qū)的高速鐵路，是促進(jìn)西南地區(qū)旅客交流的重要通道。渝昆高速鐵路建成后，將改變西南地區(qū)鐵路客運(yùn)格局，對(duì)完善我國(guó)高速鐵路網(wǎng)絡(luò)布局，增加鐵路客運(yùn)市場(chǎng)份額具有重要意義。渝昆高速鐵路會(huì)澤至蒲草塘段地質(zhì)條件復(fù)雜，環(huán)境敏感區(qū)域遍布，是渝昆高速鐵路建設(shè)的難點(diǎn)，通過分析渝昆高速鐵路會(huì)澤至蒲草塘段線路的地質(zhì)條件，從工程實(shí)施難度、工程投資和工程風(fēng)險(xiǎn)等方面比選確定待補(bǔ)東繞方案為最佳線路走向及坡度方案。合理確定渝昆高速鐵路會(huì)澤至蒲草塘段線路走向及坡度方案，可以保證渝昆高速鐵路的行車安全，且行車速度不會(huì)受到較大影響，對(duì)提升西南地區(qū)的輻射效應(yīng)，促進(jìn)重慶、四川和云南地區(qū)的互聯(lián)互通，增加西南地區(qū)的綜合競(jìng)爭(zhēng)力具有積極意義。