太錫鐵路太子城—大囫圇線路方案研究

張哲，梁睿，童達(dá)鵬

（中鐵工程設(shè)計(jì)咨詢集團(tuán)有限公司，北京100055）

0 引言

鐵路線路方案是鐵路工程的關(guān)鍵，其優(yōu)劣直接決定項(xiàng)目的工程難度、投資費(fèi)用，以及施工和運(yùn)營的安全［1-3］。由于影響鐵路走向的因素較多，為了能夠綜合考慮各方面影響因素，進(jìn)而選擇一條安全、經(jīng)濟(jì)、合理的線路方案，大量鐵路線路設(shè)計(jì)人員結(jié)合實(shí)際工程案例對其進(jìn)行了研究。胡子平［4］以宜萬鐵路為例，對復(fù)雜地質(zhì)地段鐵路線路的選擇進(jìn)行了研究；林海波［5］和王通等［6］分別以京張鐵路和太錫鐵路為例，重點(diǎn)研究以隧道形式穿越環(huán)境敏感區(qū)域的優(yōu)缺點(diǎn)；涂躍彬等［7］綜合考慮線路長度、工程投資、客流吸引等因素，分析了鄭濟(jì)鐵路濮陽站位方案和線路走向的關(guān)系；陳明浩等［8］在總結(jié)成渝客運(yùn)專線地質(zhì)選線經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，提出高速鐵路地質(zhì)選線定線原則；陳曉珠等［9］以沿江高鐵為例，結(jié)合吸引客流、工程實(shí)施、經(jīng)濟(jì)效益等因素，重點(diǎn)分析了過江方式對線路方案的影響；楊恒［10］和周宇正等［11］分別以福廈客運(yùn)專線和通蘇嘉甬鐵路為例，分析了橋位方式對線路方案的影響；石樹新［12］通過對煤運(yùn)通道在襄陽鐵路樞紐和荊門地區(qū)方案的研究，系統(tǒng)闡述了鐵路接、聯(lián)軌方案制訂的方法；楊文東等［13］以襄常鐵路為例，重點(diǎn)研究新建鐵路引入地區(qū)樞紐的綜合經(jīng)濟(jì)比選方法。結(jié)合相關(guān)研究成果，對太錫鐵路太子城—大囫圇的鐵路線路方案進(jìn)行系統(tǒng)研究，為類似鐵路工程選線提供參考和借鑒。

1 概況

太錫鐵路位于我國河北省張家口市和內(nèi)蒙古自治區(qū)錫林郭勒盟境內(nèi)，大致呈南北走向。太錫鐵路南起崇禮鐵路太子城站，經(jīng)張家口市崇禮區(qū)、張北縣、沽源縣、塞北管理區(qū)，錫林郭勒盟太仆寺旗、正藍(lán)旗，至錫林浩特站結(jié)束，線路全長392.3 km。其中，新建線路151.5 km，既有線電化240.8 km［14］。以太子城—大囫圇為研究對象，該段線路為太錫鐵路新建段的一部分，正線數(shù)目為單線，設(shè)計(jì)速度目標(biāo)值為160 km/h。太子城—大囫圇位置示意見圖1。

圖1 太子城—大囫圇位置示意圖

2 影響因素

2.1 經(jīng)濟(jì)據(jù)點(diǎn)

太子城—大囫圇沿線途經(jīng)張家口市崇禮區(qū)、張北縣，為帶動地方經(jīng)濟(jì)發(fā)展，滿足城市規(guī)劃和沿線居民出行要求，在沿途各區(qū)縣均設(shè)置車站，車站位置對線路走向有較大影響。確定站位方案時，應(yīng)在滿足當(dāng)?shù)鼐用癯鲂星疤嵯?，盡可能使線路順直。

2.2 地方規(guī)劃

2.2.1 萬龍滑雪場

萬龍滑雪場位于崇禮區(qū)以東約10 km，以海拔2 110.3 m的紅花梁主峰為制高點(diǎn)，向西南、西北、北和東北方向覆蓋大南溝、小南溝、小黑麻溝、南泥溝、大宋溝、磚瓦溝、大油坊溝、小北溝、大北溝和百萬溝等區(qū)域，總占地面積56.93 m2。線路自太子城站引出向北，無法避免穿越萬龍滑雪場，為盡可能減小對該區(qū)域的影響，線路方案考慮以隧道形式通過。

2.2.2 旅游度假區(qū)

崇禮區(qū)東側(cè)沿SL75公路以南，規(guī)劃有崇禮四季小鎮(zhèn)度假區(qū)、樺里樺外滑雪場、樺都雪苑滑雪場、四道灣旅游度假村、山旮里旯度假村等旅游度假區(qū)。其中，崇禮四季小鎮(zhèn)度假區(qū)、山旮里旯度假村部分配套基礎(chǔ)設(shè)施已建成并投入使用。對于上述區(qū)域，線路方案考慮以繞避形式通過。

2.3 不良地質(zhì)

研究區(qū)段內(nèi)的不良地質(zhì)主要是崇禮—赤城深大斷裂，東西走向，產(chǎn)狀較陡，傾角一般為70°～80°。崇禮—赤城深大斷裂的南側(cè)工程地質(zhì)條件相對較好，北側(cè)工程地質(zhì)條件較差。線路方案應(yīng)選擇合理的交叉位置，盡量減少不良地質(zhì)對于線路穩(wěn)定性和結(jié)構(gòu)安全性的影響。

另外，研究區(qū)段內(nèi)低山區(qū)分布少量危巖落石，以粗面巖、二長花崗巖為主。對于圍巖落石區(qū)域，線路方案考慮以繞避形式通過。

2.4 礦區(qū)

研究區(qū)段內(nèi)影響線路走向的礦區(qū)主要有崇禮和平鉛鋅礦、紅旗營多金屬礦、張北縣蔡家營鉛鋅銀礦等。線路方案考慮盡可能繞避礦區(qū)，以避免壓礦。

2.5 環(huán)境敏感區(qū)域

研究區(qū)段內(nèi)環(huán)境敏感區(qū)域主要有和平森林公園、張北樺皮嶺森林公園2個省級森林公園。對于環(huán)境敏感區(qū)域，線路方案一般考慮以繞避形式通過，但受錫林浩特—崇禮線路走向規(guī)劃、沿線經(jīng)濟(jì)據(jù)點(diǎn)、地方規(guī)劃和地形條件等因素影響，線路需穿越以上2個保護(hù)區(qū)。為盡可能減小線路對環(huán)境敏感區(qū)域的影響，線路方案考慮以隧道形式通過。

2.6 公鐵交叉

研究區(qū)段內(nèi)主要高等級公路有張承高速公路、S242公路、SL74公路、SL75公路等，線路與高等級公路的交叉位置和交叉跨越方式的選擇將影響線路局部方案。

3 方案說明

結(jié)合以上相關(guān)影響因素，擬定太子城—大囫圇3個線路方案:經(jīng)崇禮北方案、經(jīng)崇禮南方案和取直方案（見圖2），并對3個方案內(nèi)容進(jìn)行具體說明。

3.1 經(jīng)崇禮北方案

線路自太子城站引出折向西北，以隧道形式下穿萬龍滑雪場、和平森林公園，經(jīng)黃土咀村山旮里旯旅游度假村西側(cè)上跨SL75公路后繼續(xù)北行，以隧道形式下穿和平村東北側(cè)，于大夾道溝村設(shè)崇禮站；出站后先后上跨張承高速公路和S242公路，經(jīng)太平莊村折向北，經(jīng)老虎背村東、小伙房、堡東溝、板申圖、王家營，到達(dá)比較終點(diǎn)。線路長度48.500 km，橋梁長度3.729 km，隧道長度37.670 km，橋隧比85.36%。

3.2 經(jīng)崇禮南方案

線路自太子城站引出折向西，經(jīng)二道營上跨SL74公路，于頭道營東南側(cè)設(shè)崇禮站；出站后先后上跨張承高速公路和S242公路并折向西北，經(jīng)紅旗營、石窯子、板申圖、王家營，到達(dá)比較終點(diǎn)。線路長度57.843 km，橋梁長度13.428 km，隧道長度27.169 km，橋隧比70.18%。

3.3 取直方案

線路自太子城站引出向北取直，以隧道形式下穿和平森林公園，經(jīng)小石窯、洞四道營，于東獅子溝上跨張承高速公路后繼續(xù)向北，沿S242公路東側(cè)走行，上跨S242公路后折向西北，到達(dá)比較終點(diǎn)。線路長度46.319 km，橋梁長度3.168 km，隧道長度32.380 km，橋隧比76.75%。

圖2 太子城—大囫圇線路方案示意圖

4 方案比選

4.1 工程投資

太子城—大囫圇線路方案工程投資對比見表1。

表1 工程投資對比

4.2 運(yùn)營費(fèi)用

太子城—大囫圇線路方案運(yùn)營費(fèi)用對比見表2。

4.3 方案優(yōu)缺點(diǎn)

太子城—大囫圇線路方案優(yōu)缺點(diǎn)對比見表3。

表2 運(yùn)營費(fèi)用對比

表3 線路方案優(yōu)缺點(diǎn)對比

4.4 局部站位

4.4.1 經(jīng)崇禮北方案

該方案站位距離崇禮區(qū)中心直線距離約5 km，且距離張承高速公路、S242公路較近，交通較便利，滿足城區(qū)居民出行需求。但站址周邊地形相對較差，溝形開闊地寬約200 m，且車站及周邊配套設(shè)施建設(shè)較薄弱，商業(yè)開發(fā)建設(shè)用地條件一般。經(jīng)崇禮北方案站區(qū)示意見圖3。

4.4.2 經(jīng)崇禮南方案

該方案站位距離崇禮區(qū)中心直線距離約6 km，且距離張承高速公路、S242公路較近，交通條件與經(jīng)崇禮區(qū)北方案基本一致，滿足城區(qū)居民出行需求。另外，該方案站址地勢相對平坦，溝形開闊地寬約400 m，車站及周邊配套設(shè)施建設(shè)、商業(yè)開發(fā)建設(shè)用地地形條件相對較好。經(jīng)崇禮南方案站區(qū)示意見圖4。

4.4.3 取直方案

該方案遠(yuǎn)期在崇禮區(qū)西毛克嶺村預(yù)留西毛克嶺站，規(guī)劃站址距崇禮區(qū)中心直線距離約22 km，距離較遠(yuǎn)。該方案與崇禮區(qū)站區(qū)規(guī)劃及鐵路功能定位相差較大。

5 線路推薦

圖3 經(jīng)崇禮北方案站區(qū)示意圖

圖4 經(jīng)崇禮南方案站區(qū)示意圖

由于太子城—大囫圇3個線路方案沿線無重大不良地質(zhì)，工程地質(zhì)條件差異不大，且工程可實(shí)施性均較高，因此，主要從工程投資及運(yùn)營費(fèi)用角度對方案進(jìn)行取舍。從工程投資及運(yùn)營費(fèi)用角度考慮，經(jīng)崇禮北方案鐵路線路較順直，站位距離崇禮區(qū)中心城區(qū)較近，雖需對部分地方規(guī)劃進(jìn)行調(diào)整，但與路網(wǎng)結(jié)合較好，能夠滿足站位的功能需求；經(jīng)崇禮南方案符合地方城市規(guī)劃、與奧運(yùn)配套交通樞紐銜接緊密，但工程投資最大，運(yùn)營距離最長，運(yùn)營費(fèi)用最高；取直方案工程總投資及運(yùn)營費(fèi)用最少，運(yùn)營長度最短，有利于至錫林浩特快速鐵路通道的建設(shè)，但不利于帶動崇禮區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)展。另外，經(jīng)崇禮北方案線路長度較經(jīng)崇禮南方案線路長度短9.343 km，工程總投資節(jié)省5.99億元，運(yùn)營費(fèi)用節(jié)省約6.84億元，運(yùn)營時間節(jié)省約4.4 min。綜上分析，研究推薦經(jīng)崇禮北方案。

6 結(jié)論

（1）在鐵路線路選線設(shè)計(jì)過程中，應(yīng)結(jié)合相關(guān)政治、經(jīng)濟(jì)、文化、環(huán)保等方面的影響因素，綜合評價(jià)線路的長度和線型、站位條件、工程條件、施工風(fēng)險(xiǎn)、環(huán)境影響、工程投資以及后期的運(yùn)營費(fèi)用，進(jìn)而確定一種安全、經(jīng)濟(jì)、合理的線路方案。

（2）在鐵路線路選線設(shè)計(jì)過程中，采用由整體到局部，分段優(yōu)化設(shè)計(jì)的方法以及因地制宜，從面到帶、從帶到線的分析思路尤為重要。

（3）在工程實(shí)施難易程度差別不大的情況下，工程總投資和線路后期運(yùn)營費(fèi)用的高低是評價(jià)方案合理性的關(guān)鍵。