西延高速鐵路引入西安北站方案研究

王作磊,張 鵬

(1.中鐵第一勘察設(shè)計院集團有限公司,西安 710043; 2.中國鐵路西安局集團有限公司,西安 710054)

1 西延高速鐵路概況

西延(西安—延安)高速鐵路是國家中長期鐵路網(wǎng)規(guī)劃“八縱八橫”高速鐵路主通道包海通道和陜西省“米”字形高鐵網(wǎng)的重要組成部分，同時又是關(guān)中城市群城際鐵路網(wǎng)重要干線之一[1]。該線路北接延榆鄂(延安—榆林—鄂爾多斯)高速鐵路，南連西渝(西安—重慶)高速鐵路，主要承擔(dān)陜北和蒙西地區(qū)與西安、西南、中南地區(qū)的旅客交流，并兼顧陜北與關(guān)中地區(qū)的城際旅客交流，設(shè)計時速350 km，是一條高標(biāo)準(zhǔn)、大能力的高速鐵路。

西延高速鐵路位于關(guān)中及陜北地區(qū)，線路由西安東站北端引出，向北經(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、寶塔區(qū)，引入既有包西線延安站[2]。西延高鐵線路全長304.588 km，其中，新建線路長299.433 km。

2 西延高速鐵路引入西安樞紐分析

2.1 西安樞紐既有概況

西安鐵路樞紐目前銜接鄭西(鄭州-西安)、西寶(西安-寶雞)、大西(大同-西安)、西成(西安-成都)高速鐵路，以及隴海線、貨運北環(huán)線、包西線、西康線、寧西線、西平線、侯西線、咸銅線、西戶支線等，共計4條高鐵、7條干線和1條支線?，F(xiàn)有各類車站48處，其中，西安站、西安北站為客運站，新豐鎮(zhèn)為編組站，其余均為中間站。

2.2 西安樞紐總圖規(guī)劃概況

隨著銀西(銀川-西安)、西武(西安-武漢)、西延、西渝等高速鐵路，以及西韓(西安-韓城)、閻機(閻良-機場)、西法(西安-法門寺)等相關(guān)城際鐵路引入樞紐，西安樞紐將構(gòu)成以隴海鐵路、路橋高鐵通道、包海高鐵通道為主軸，銜接8條高鐵、8條普鐵、6條城際鐵路、2條環(huán)線(貨運北環(huán)線和樞紐南環(huán)線)組成的大型環(huán)形放射狀鐵路樞紐，并將逐漸形成“米”字形高鐵網(wǎng)架構(gòu)[3-6]。

規(guī)劃形成“四主一輔”的客運站布局，其中，西安站、西安北站、西安東站、新西安南站為主要客運站，阿房宮站為輔助客站。

2.3 西安樞紐客運量預(yù)測

2018年西安樞紐客車總對數(shù)為273對/d，其中，通過旅客列車95對d，始發(fā)終到旅客列車178對/d。

隨著銀西、西安至包頭、西安至武漢、西安至重慶高鐵及關(guān)中城際鐵路等項目引入西安樞紐，西部鐵路網(wǎng)進(jìn)一步強化和擴展，考慮客運量的增加、提高運輸質(zhì)量及市場經(jīng)濟發(fā)展的需要，西安樞紐旅客列車對數(shù)將有較大幅度的增加[7-8]。預(yù)測西安樞紐初期2025年旅客列車總對數(shù)為612對/d(普速125對/d、動車487對/d)，其中，始發(fā)449對/d，通過163對/d；近期2030年旅客列車總對數(shù)為727對/d(普速93對/d、動車634對/d)，其中，始發(fā)525對/d，通過202對/d；遠(yuǎn)期2040年旅客列車總對數(shù)為902對/d(普速73對/d、動車829對/d)，其中，始發(fā)671對/d，通過231對/d。

2.4 西延高速鐵路引入西安樞紐方案

西延高鐵線路于西安樞紐東側(cè)由北向南引入，正線先后跨越渭河、隴海線、西康線，從北端西側(cè)引入規(guī)劃西安東站，與西渝高鐵貫通[9]。

除規(guī)劃西安東站為始發(fā)站外，為充分利用西安樞紐內(nèi)既有客運設(shè)施，滿足開行不同方向跨線客車需求，增強運輸組織靈活性，西延高鐵于耿鎮(zhèn)線路所設(shè)置引入西安北站的聯(lián)絡(luò)線，自東向西接入西安北站銀西場，并于歇駕寺附近預(yù)留引入既有西安站的聯(lián)絡(luò)線接軌條件，以進(jìn)一步與西安站連通。同時，為實現(xiàn)西安樞紐內(nèi)銀川與武漢、重慶方向的跨線客車交流，于港務(wù)區(qū)東線路所設(shè)置港務(wù)區(qū)站至港務(wù)區(qū)東的聯(lián)絡(luò)線，并預(yù)留遠(yuǎn)期港務(wù)區(qū)東至西安東站的四線條件[10]。西延高鐵引入西安樞紐方案見圖1。

圖1 西延高鐵引入西安樞紐方案示意

3 西延高速鐵路引入西安北站方案研究

3.1 西安北站概況

西安北站位于西安市區(qū)正北、繞城高速與北三環(huán)外側(cè)，為西安樞紐內(nèi)的主要客運站，辦理隴海東西方向、成都、運城方向、銀川方向動車組列車及北部城際(銅川、韓城、法門寺)列車作業(yè)[11-13]。車站總規(guī)模18臺34線，到發(fā)線有效長650 m，設(shè)高架候車室，由南至北依次布置鄭西西寶場、西成大西場和銀西城際場，其中，鄭西西寶場和西成大西場為既有車場，銀西城際場目前正在建設(shè)。車站西端、站房同側(cè)設(shè)有西安北動車運用所1處，與車站縱列布置，設(shè)置4條動車走行線與車站連通。西安北站平面布置見圖2。

圖2 西安北站平面布置示意

3.2 西安北站客運作業(yè)量

西安北站2018年開行列車總對數(shù)為157對/d，其中，始發(fā)/終到列車113對/d，通過列車44對/d。預(yù)測西安北站2030年、2040年旅客列車總對數(shù)255對/d(始發(fā)156對/d)、304對/d(始發(fā)181對/d)。

3.3 西安北站引入方案研究

3.3.1 西安北站既有引入條件分析

西安北站各車場中，既有鄭西場和大西場兩端咽喉正線和聯(lián)絡(luò)線設(shè)置完備，已無新線直接引入條件，只在建銀西城際場東端咽喉正線為盡頭式，因此，西延高速鐵路引入西安北站聯(lián)絡(luò)線可直接接軌于銀西高速鐵路正線末端，進(jìn)而引入西安北站。

西延高鐵于耿鎮(zhèn)設(shè)聯(lián)絡(luò)線引入西安北站銀西場后，為實現(xiàn)延安與成都、寶雞方向的跨線客車交流，需在西安北站設(shè)置延安至成都、寶雞方向的上下行疏解線。

西安北站車場兩端既有各方向聯(lián)絡(luò)線7條，銀西高鐵在建聯(lián)絡(luò)線2條，基本可實現(xiàn)各車場銜接方向的互聯(lián)互通，唯有太原至寶雞下行方向無進(jìn)路貫通。考慮到西安北站西端咽喉聯(lián)絡(luò)線及動車走行線錯綜復(fù)雜，已無新設(shè)聯(lián)絡(luò)線條件，因此，考慮于西安北站東端設(shè)置疏解線解決延安與成都、寶雞方向的跨線客流問題[14]。

經(jīng)研究，寶雞至太原上行疏解線連通了西成場和西寶場，與成都和寶雞方向貫通，因此，成都、寶雞至延安方向的上行客車進(jìn)路可通過該疏解線末端安全線上接軌設(shè)置聯(lián)絡(luò)線實現(xiàn)。而由于西安北站太原至寶雞下行方向進(jìn)路不通，延安至成都、寶雞下行方向進(jìn)路無相關(guān)聯(lián)絡(luò)線和咽喉進(jìn)路可以利用，因此，實施難度較大。

在實現(xiàn)西安北站成都、寶雞至延安上行方向進(jìn)路的基礎(chǔ)上，為進(jìn)一步實現(xiàn)連通延安至成都、寶雞下行方向跨線車進(jìn)路，詳細(xì)研究了西安北站東端新建延安至寶雞方向下行聯(lián)絡(luò)線方案、西安北站咽喉區(qū)接軌改建方案等一系列方案。西延高鐵引入西安北站聯(lián)絡(luò)線方案示意如圖3所示。

圖3 西延高鐵引入西安北站聯(lián)絡(luò)線示意

3.3.2 新建延安至寶雞方向下行聯(lián)絡(luò)線方案研究

(1)聯(lián)絡(luò)線上跨既有高鐵方案

考慮上跨鄭西、大西高鐵，受跨越高程影響，只能跨過西銅高速后跨越既有高鐵。而鄭西、大西高鐵出西安北站后逐漸并行，跨越點線間距約30 m，大西高鐵北側(cè)緊鄰本線引入西安北站聯(lián)絡(luò)線及本線溝通西成場的成都至延安上行客車疏解線。而延安至寶雞下行聯(lián)絡(luò)線最終接入耿鎮(zhèn)至西安北下行聯(lián)絡(luò)線，因此，跨越鄭西、大西高鐵后必須走行于大西高鐵、耿鎮(zhèn)至西安北聯(lián)絡(luò)線之間，導(dǎo)致與既有運營高鐵交叉角度極小，僅有9°，無法設(shè)置連續(xù)梁工程，只能采用門形墩工程跨越[15-16]。由于門形墩設(shè)置個數(shù)較多(9個)，運營兩線間的門形墩對既有線影響很大，運營安全無法保證，方案無法實施，予以舍棄。聯(lián)絡(luò)線上跨既有高鐵方案見圖4。

圖4 聯(lián)絡(luò)線上跨既有高鐵方案示意

(2)聯(lián)絡(luò)線下穿既有高鐵方案

若考慮下穿大西、鄭西高鐵，線路自鄭西場東端南側(cè)安全線引出后必須外繞加大與高鐵的交叉角度，從高鐵橋墩下穿過。則線路切割在建小區(qū)，征拆無法實施，并且線路與正在建設(shè)的市政綜合管線交叉干擾，遷改難度大。根據(jù)聯(lián)絡(luò)線下穿位置的高程情況，具體研究了挖方方案和明挖隧道方案。

挖方方案以4～5 m挖方工程下穿既有鄭西、大西高鐵，寶雞至太原聯(lián)絡(luò)線等鐵路橋，中心線距離橋墩承臺不足4 m，開挖時對既有橋梁樁基承載力、剛度均產(chǎn)生很大影響，工程安全不能保證，方案予以舍棄。

明挖隧道方案下穿既有鄭西、大西高鐵、寶雞至太原聯(lián)絡(luò)線等鐵路橋以及包茂高速公路，基坑深達(dá)12 m，線路中心線距高鐵(54+90+54) m連續(xù)梁主墩承臺僅6.5 m左右，對既有橋梁樁基承載力及剛度均產(chǎn)生較大影響，工程安全不能保證；線路下穿包茂高速，中心線距離公路橋臺僅17 m，明挖隧道施工時，需中斷包茂高速單向行車。該方案下挖段長達(dá)2.5 km，區(qū)間城市路網(wǎng)及地下管網(wǎng)密集，對既有設(shè)施影響巨大，實施難度大，工程投資巨大、難以控制。聯(lián)絡(luò)線下穿既有高鐵方案見圖5。

圖5 聯(lián)絡(luò)線下穿既有高鐵方案示意

根據(jù)以上分析，上跨方案及下穿方案均存在諸多問題，前期經(jīng)多次研究及審查后，方案難以實施，研究后放棄。

3.3.3 西安北站咽喉區(qū)接軌改建方案研究

(1)延安至成都下行聯(lián)絡(luò)線順接大西下行場方案(方案1)

成都至延安下行聯(lián)絡(luò)線于耿鎮(zhèn)至西安北站下行聯(lián)絡(luò)線XWK1+080位置以18號道岔向西引出，于大西高鐵里程DK2+265附近跨越大西高鐵正線，接入大西西成場北側(cè)下行場東端咽喉，咽喉區(qū)局部改建，拆除既有2組18號道岔，新增3組18號道岔。

該方案可實現(xiàn)延安方向與成都方向的跨線客車交流，以及北京至延安方向的立折作業(yè)需求。但缺點是無法實現(xiàn)延安與寶雞方向上、下行雙向連通，僅能實現(xiàn)寶雞至延安上行方向單向連通。方案如圖6所示。

圖6 延安至成都下行聯(lián)絡(luò)線順接大西下行場方案(方案1)

(2)鄭西場西端增設(shè)渡線方案(方案2)

為解決原方案中延安與寶雞下行方向不通問題，該方案在原方案基礎(chǔ)上，于鄭西場西端出站咽喉西寶上下行正線間、西寶上行正線與成都至鄭州上行疏解線間各增加1組18號道岔渡線，同時還建2組拆除的渡線[17-19]。該方案延安方向動車組可通過西成上行立折疏解線接入西寶下行線，連通延安至寶雞方向。咽喉區(qū)改建方案如圖7所示。

圖7 鄭西場西端增設(shè)渡線方案(方案2)

該方案存在如下問題：

①需改建鄭西場西端既有咽喉，在既有正線及聯(lián)絡(luò)線間增設(shè)渡線，對既有線運營組織有一定干擾；

②西端咽喉改建后最外側(cè)渡線道岔距離既有橋頭較近，位于路橋過渡段上；

③延安至寶雞方向跨線車作業(yè)(近遠(yuǎn)期4/5對)與寶雞方向列車(近遠(yuǎn)期63/80對)、成都至鄭州方向列車(近遠(yuǎn)期16/18對)接車作業(yè)以及成都方向立折車接車作業(yè)均產(chǎn)生交叉干擾，切割路網(wǎng)高鐵正線影響作業(yè)能力的同時并存在一定安全隱患。

(3)延安至成都下行聯(lián)絡(luò)線反接寶雞至太原上行線方案(方案3)

該方案起點與方案1相同，于大西高鐵里程DK1+735附近跨越大西高鐵正線，以12號道岔接入鄭西、大西上行場東端咽喉寶雞至太原上行聯(lián)絡(luò)線里程BTSK2+147處，咽喉區(qū)局部改建，拆除既有3組18號道岔，新增3組18號道岔和1組12號道岔。該方案延安可連通成都、寶雞方向。方案如圖8所示。

圖8 延安至成都下行聯(lián)絡(luò)線反接寶雞至太原上行線方案(方案3)

經(jīng)研究，方案3雖能實現(xiàn)延安至寶雞方向連通，但存在如下問題：

①成都至延安下行線以12號道岔側(cè)向接入鄭西場咽喉區(qū)，動車組進(jìn)站速度較低；

②該聯(lián)絡(luò)線12號道岔出岔點至跨越大西正線處距離較短，考慮到跨越大西高鐵需要至少12 m的凈空高度，變坡點至上跨控制點距離只有360 m，出站端按困難值3 000 m設(shè)置豎曲線，33‰的大坡度爬坡，以門形墩加槽型梁的橋梁結(jié)構(gòu)跨越大西高鐵，工程實施條件差、難度大；

③該方案延安至成都方向(下行通過車近遠(yuǎn)期7/9列)、延安至寶雞方向(上行通過車近遠(yuǎn)期4/5列)接車進(jìn)路與太原方向始發(fā)車(始發(fā)終到車近遠(yuǎn)期13/20對)進(jìn)路、成都至太原方向(上行通過車近遠(yuǎn)期15/17列)、寶雞至太原方向(上行通過車近遠(yuǎn)期15/21列)發(fā)車進(jìn)路同時共用寶雞至太原上行聯(lián)絡(luò)線BTSK2+100～BTSK2+300段咽喉，接發(fā)車進(jìn)路敵對交叉干擾嚴(yán)重，對行車組織影響較大，且存在安全隱患[20-22]。

(4)延安至成都下行聯(lián)絡(luò)線反接大西上行場方案(方案4)

該方案起點與方案1相同，于大西高鐵里程DK1+800附近跨越大西高鐵正線，接入大西西成場南側(cè)上行場東端咽喉，咽喉區(qū)局部改建，新增1組18號道岔。該方案延安方向可與成都方向連通，但不能與寶雞方向連通。方案如圖9所示。

圖9 延安至成都下行聯(lián)絡(luò)線反接大西上行場方案(方案4)

該引入方案工程簡單，咽喉區(qū)改建程度小，較方案1聯(lián)絡(luò)線長度縮短780 m，投資較省。但該方案延安至成都方向接車進(jìn)路與大西場19～21股道辦理太原方向立折始發(fā)車進(jìn)路有一定交叉干擾，需將太原方向立折車調(diào)整至16～18股道辦理。

(5)方案推薦意見

西安北站咽喉區(qū)接軌改建方案中的方案2、方案3和方案4均存在一定行車進(jìn)路交叉干擾，對車站運營安全造成隱患，且部分橋梁工程實施條件差、難度大，經(jīng)研究，最終西延高速鐵路引入西安北站推薦咽喉區(qū)接軌改建方案1，即延安至成都下行聯(lián)絡(luò)線順接大西下行場方案。

為解決樞紐內(nèi)延安至寶雞下行方向跨線客車進(jìn)路問題，結(jié)合樞紐總圖規(guī)劃，將來延安至寶雞方向列車可通過港務(wù)區(qū)東站經(jīng)由規(guī)劃的本線引入西安站聯(lián)絡(luò)線，接入既有隴海三、四線至西安站，出站后向西經(jīng)隴海線至咸陽西站接入西寶高鐵，從而連通延安和寶雞方向。該徑路方案需利用西安站至咸陽西站間既有隴海線，速度受到一定限制，但考慮到距離較短，且隨著樞紐內(nèi)貨運業(yè)務(wù)的外遷，該段隴海線客運能力得到釋放，對延安至寶雞方向開行跨線車的能力和運營時分影響不大，具備可行性。

3.3.4 引入西安北站推薦方案說明

耿鎮(zhèn)至西安北站聯(lián)絡(luò)線由耿鎮(zhèn)設(shè)線路所引出后，經(jīng)港務(wù)區(qū)設(shè)越行站，而后并行大西高鐵北側(cè)向西引入西安北站銀西場，接軌于西安北站東端銀西高鐵正線起點處，與銀西正線貫通。該聯(lián)絡(luò)線可實現(xiàn)西安北站往延安方向開行始發(fā)終到列車的需求，近期隨著西安東站的建成，可進(jìn)一步提高樞紐運輸組織的靈活性，極大方便西安地區(qū)旅客的出行。

成都至延安上行疏解線從寶雞至太原上行疏解線的安全線盡端引出，向東上跨耿鎮(zhèn)至西安北站聯(lián)絡(luò)線后，于區(qū)間出岔接入該聯(lián)絡(luò)線，建成后將實現(xiàn)成都、寶雞至延安上行方向跨線旅客列車交流，并滿足北京至延安方向客車立折需求。

延安至成都下行客車疏解線從西安北站東端耿鎮(zhèn)至西安北站聯(lián)絡(luò)線上出岔引出，后跨越大西高鐵引入西安北站西成場東端下行場咽喉，咽喉區(qū)進(jìn)行局部改建，建成后該疏解線將實現(xiàn)延安至成都下行方向跨線旅客列車交流。

4 結(jié)語

根據(jù)西安樞紐總體布局，結(jié)合西延高鐵線路走向，在西安北站既有車場布置基礎(chǔ)上，研究了西延高鐵引入西安北站的聯(lián)絡(luò)線接軌方案，實現(xiàn)了西延高鐵在西安北站的始發(fā)終到作業(yè)以及跨線客車運輸需求，連通了延安與銀川、成都、寶雞(上行)方向和銀川與重慶、武漢方向等跨線徑路，滿足了北京至延安方向客車在西安北站的立折需求。這些功能的實現(xiàn)可進(jìn)一步增強西安北站的客流吸引能力以及西安樞紐的運輸組織靈活性，對于充分利用西安北站既有客運設(shè)施和車場能力、方便地區(qū)內(nèi)旅客出行具有重要意義。