北黑鐵路龍鎮(zhèn)至黑河段線路方案研究

耿曉婷

(中鐵第六勘察設計院集團有限公司 線路站場設計院，天津 300308)

1 既有鐵路概況及存在問題

北黑鐵路(龍鎮(zhèn)站外司局管界分界處—黑河)位于黑龍江省北部，呈南北走向，南起北安市，北抵中俄邊境口岸黑河市，途徑五大連池市、孫吳縣2個行政區(qū)，線路全長302.689 km，其中北安至龍鎮(zhèn)62.789 km隸屬于中國鐵路哈爾濱局集團有限公司(以下簡稱“哈爾濱局集團公司”)管轄，其余239.9 km隸屬于黑河鐵路(集團)有限責任公司管轄，是黑龍江西北部地區(qū)對外客貨交流的主要通道。既有鐵路主要技術標準如表1所示[1-2]。

（1）既有鐵路修建年代早，為單線內(nèi)燃線路，受當時施工、設計水平限制，主要技術設備標準低，線路曲折，曲線半徑小，目前線路允許速度僅為70 km/h，且限制坡度較大，存在較多10‰以上坡度，現(xiàn)狀客貨列車運行速度較低[3-4]。較低的旅行速度已經(jīng)無法滿足客貨運輸需要，成為提高運輸市場競爭力的薄弱環(huán)節(jié)。

（2）北黑鐵路北安至龍鎮(zhèn)和龍鎮(zhèn)至黑河2段分屬哈爾濱局集團公司和黑河鐵路公司，2段列車牽引質量和到發(fā)線有效長不一致，根據(jù)規(guī)劃，濱北線(哈爾濱—北安)將進行電氣化改造，屆時濱北線技術標準將進一步提高。北黑鐵路龍鎮(zhèn)至黑河段貨物列車牽引質量1 100 t，低于北安至龍鎮(zhèn)段和濱北線，不利于組織開行直通列車，運輸組織復雜。

表1?既有鐵路主要技術標準表Tab.1 Main technical standards for existing railways

（3）由于北黑鐵路修建年代久遠，期間經(jīng)過數(shù)次損毀、重建，鐵路橋涵、路基病害較為嚴重。北黑鐵路龍鎮(zhèn)至黑河段既有橋梁共有29座，其中10座鋼梁橋為利舊鋼梁，16座圬工橋的多處水中墩出現(xiàn)凍融腐蝕，有開裂、返堿等現(xiàn)象出現(xiàn)，個別混凝土梁梁體出現(xiàn)裂紋，橋墩病害嚴重，已不利于列車快速行駛。既有涵洞308座，普遍存在基礎凍害現(xiàn)象，多處損壞嚴重。龍鎮(zhèn)至黑河段路基存在翻漿冒泥、基床下沉外擠、危巖落石、路堤穩(wěn)定性不足、路塹山體滑坡、濱河路基、浸水路基、水害路基、凍害路基等病害，共33.552 km。

為了維護運營安全，北黑鐵路需年年維修，由地方鐵路公司負責運營維護，受技術水平、資金投入等影響，線路條件逐年惡劣。同時機車、車輛、通信、信息等與國家鐵路接軌設備出現(xiàn)兼容性低的問題，已經(jīng)到達更新改造期限，不能很好地適應鐵路標準化、現(xiàn)代化、信息化的發(fā)展要求。

2 新建鐵路運量及線路概況

北黑鐵路是黑河地區(qū)唯一的一條鐵路通道，主要承擔沿線居民出行，同時兼顧少量旅游客流[5]，是當?shù)鼐用癯鲂休^為安全、便捷、經(jīng)濟的出行選擇。根據(jù)區(qū)域全社會客運量現(xiàn)狀、區(qū)域鐵路客運量現(xiàn)狀增長趨勢、區(qū)域客運量分布及流向，得到項目旅客列車開行對數(shù)。根據(jù)地方運量和通過運量的流量、流向預測結果，通過鋪畫貨流圖得到本項目區(qū)段貨運量。本項目全線貨運量、旅客列車對數(shù)如下。

（1）研究年度運量。研究年度北黑鐵路區(qū)段貨運量及旅客列車開行對數(shù)如表2所示。

（2）遠景年輸送能力的建議。根據(jù)北黑鐵路在路網(wǎng)中的功能定位，客貨流的合理分工以及研究區(qū)域遠期的發(fā)展規(guī)劃，建議貨運遠景年輸送能力為1 000萬t，開行旅客列車對數(shù)11對/d。

（3）新建線路技術標準。結合銜接線路以及運輸通路的主要技術條件，北黑鐵路的主要技術標準如下：鐵路Ⅰ級；單線；設計速度160 km/h；限制坡度改建段原則采用13‰，其他維持既有；最小曲線半徑為一般2 000 m，困難1 600 m；電力牽引；機車類型為客車HXD1D，貨車HXD1；牽引質量3 000 t；到發(fā)線有效長度650 m；自動站間閉塞。設計年限為近期2035年，遠期2045年[6]。

升級改造后線路正線起點不變，終點為黑河南站(新建站)，線路長度為202.811 km，其中新建線路149.729 km，利用既有鐵路53.082 km。全線車站13座，其中利用既有車站7座，新建車站6座。全線橋梁22座，合計8.72 km；新設隧道4座，合計2.913 km；橋隧長度為11.633 km，橋隧比為5.74%。

3 影響線路方案的主要因素

北黑鐵路位于黑龍江省北部，途徑五大連池市、孫吳縣，北抵中俄邊境口岸黑河市，沿線城鎮(zhèn)分布較密集、交通較發(fā)達，線路走向方案受城鎮(zhèn)總體規(guī)劃、鐵路網(wǎng)布局、交通設施、生態(tài)敏感區(qū)、不良地質和特殊巖土、既有鐵路技術條件等影響，如何合理確定線路走向方案，是本項目的重點難點[7]。影響線路走向的因素主要包含以下幾點。

（1）沿線主要經(jīng)濟據(jù)點。研究區(qū)域內(nèi)主要經(jīng)濟據(jù)點為五大連池市、孫吳縣及黑河市，本項目為既有鐵路提速擴能改造，線路整體走向基本圍繞既有通道，經(jīng)濟據(jù)點的分布對線路方案影響較小。但在有規(guī)劃的城鎮(zhèn)范圍設計時需考慮對城鎮(zhèn)總體規(guī)劃影響最小，盡量不影響城鎮(zhèn)遠期規(guī)劃。

表2?區(qū)段貨運量及旅客列車開行對數(shù)?Tab.2 Section cargo flow and passenger train number

（2）車站布置。沿線既有車站有專用線接軌且未申請停運的均應結合擴建方案予以保留，車站改造方案應充分利用既有車站設施。

（3）交通設施。研究區(qū)域內(nèi)既有鐵路與吉黑高速公路、G202等公路多處交叉或并行，需合理選擇跨越方案，不同程度地影響北黑鐵路的線路走向。在設計時線路走向應盡量與既有、在建公路和鐵路共用交通走廊，以減少工程、有效利用土地資源，同時也應避免與其交叉干擾，當無法避免時，要滿足凈空要求。

（4）生態(tài)敏感區(qū)。線路沿線分布有北安自然保護區(qū)、五大連池山口自然保護區(qū)、麥海蕨菜自然保護區(qū)、紅旗濕地自然保護區(qū)、遜別拉河自然保護區(qū)等環(huán)境敏感區(qū)。線路在此區(qū)段應盡量維持現(xiàn)狀或繞避核心區(qū)，避免對保護區(qū)造成新的影響，避免因鐵路施工造成水土流失[8]。

（5）不良地質和特殊巖土。本通道穿經(jīng)黑龍江省的多金屬礦區(qū)采空區(qū)，對鐵路工程安全構成一定威脅，穿越礦區(qū)的既有鐵路一般位于采空區(qū)影響范圍以外，但新建工程須注意繞避采空區(qū)。多年凍土呈島狀分布于融區(qū)中，多見于林區(qū)地勢相對低洼的丘間洼地塔頭草或泥碳層下，為多冰凍土、富冰凍土、飽冰凍土，面積不大、厚度變化較大，位于高溫極不穩(wěn)定區(qū)。多年凍土主要的工程地質問題是融沉，勘察和處理難度較大，建議繞避。同時，選線設計應根據(jù)經(jīng)過地區(qū)的地形、地質特點，盡量避免高填、深挖，并注意保護既有植被，采用適當?shù)墓こ烫幚砑胺乐未胧?，保證鐵路運營安全，改善生態(tài)環(huán)境。

（6）既有鐵路技術條件。北黑鐵路修建年代早，設計標準低，線路條件比較差，存在著小半徑曲線、路基下沉、橋涵破損等問題，線路容許速度低和設備超齡使用，運營安全得不到有效保障。

4 線路方案研究

綜合考慮沿線地形地貌、交通規(guī)劃、生態(tài)敏感區(qū)、利用既有鐵路情況等，本次主要研究了2個比選方案。

4.1 小興安至孫吳段線路走向方案比選

（1）概況。小興安至孫吳段為K109+700至K179+200，經(jīng)小興安、辰清鎮(zhèn)、腰嶺、清溪鄉(xiāng)至孫吳縣城，線路呈“S”型走向。當提速至160 km/h時，沿既有鐵路改建過程中，新建線路較多，投資較大，故對小興安至腰嶺段及辰清至孫吳段線路方案均有研究線路取直的必要。

辰清鎮(zhèn)是孫吳縣唯一的建制鎮(zhèn)，是北黑鐵路沿線重要的經(jīng)濟據(jù)點，辰清站有專門的糧食專用線，是黑河市重要的糧食集散地[9]。從沿線經(jīng)濟據(jù)點、設站情況、利用既有鐵路情況、橋梁、隧道等控制工程多角度綜合考慮，本次對K109+700至K179+200段的線路走向研究了3個方案，即東線取直方案、沿既有鐵路方案、西線取直方案[10]。小興安至孫吳段線路走向方案比選示意圖如圖1所示。

（2）方案說明。①東線取直方案。本方案自K109+700至K137+500段設計線路走向基本與沿既有鐵路方案相同。設計線路出辰清站后，偏離既有鐵路，經(jīng)冬青村、永清村西側向北行進，于K179+200處接入既有鐵路。本方案線路全長55.22 km，其中新建線路48.62 km，利用既有鐵路6.6 km；新設車站2座，利用既有站1座；橋隧比為4.5%，工程投資約18.16億元。②沿既有鐵路方案。本方案的線路走向基本與既有鐵路相同。對K109+700至K117+300段、K122+100至 K127+900段、K133+300至K136+300段、K140+000至K147+700段、K153+800至 K155+800段、K156+400至 K165+300段、K168+400至K173+600段、K174+000至K179+200段等不滿足160 km/h設計速度要求的地段進行改造。本方案線路全長63.497 km，其中新建線路49.797 km，利用既有鐵路13.7 km；新設車站2座，利用既有站1座；橋隧比為8.14%，工程投資約19.66億元。③西線取直方案。本方案線路自既有鐵路K109+700引出，下穿公路橋，上跨吉黑高速公路后，線路折向北行進，經(jīng)前鋒村東側、繁榮村與核心村間，于利民村西側接入既有鐵路K155+700。K155+700至K179+500設計線路走向與沿既有鐵路方案相同。本方案線路全長49.773 km，其中新建線路46.373 km，利用既有鐵路3.4 km；橋隧比為12.88%，工程投資約20.45億元。

圖1?小興安至孫吳段線路走向方案比選示意圖Fig.1 Comparison of route alignment schemes from Xiaoxing’an to Sunwu section

（3）方案優(yōu)缺點分析。根據(jù)3個方案控制工程、設站影響、養(yǎng)護維修、對既有鐵路影響多方面考慮，綜合對比方案優(yōu)缺點分析如表3所示。

（4）結論。沿既有鐵路方案線路長度63.497 km、利用既有鐵路長度13.7 km，線路長度比東線取直方案和西線取直方案都長，后期養(yǎng)護維修工作量最大，對既有鐵路影響最大。西線取直方案橋隧比最大，控制工程最多，工程實施難度最大；工程投資最多；跨越吉黑高速公路，需上報省交通廳、協(xié)調(diào)難度大且不經(jīng)過重要經(jīng)濟據(jù)點辰清鎮(zhèn)。東線取直方案雖線路長度較西線取直方案長5.447 km，存在線路沿河灘、溝谷走行等缺點，但可以通過路基防護及增加橋梁工程等措施解決。東線取直方案具有以下優(yōu)點：工程投資最??；橋隧比最小，工程實施難度最??；經(jīng)過經(jīng)濟據(jù)點辰清鎮(zhèn)，且能利用既有辰清站既有設施；工程改造對既有鐵路運營影響較小。綜上所述，本次方案研究推薦東線取直方案。

4.2 紅旗鄉(xiāng)段方案比選

（1）概況。紅旗鄉(xiāng)段為K122+100至K128+400，既有鐵路長度為6.3 km，分布有6個曲線，曲線長度為1 947.43 m，占該段線路全長的30.9%，最小曲線半徑為400 m。該段既有鐵路從紅旗鄉(xiāng)南側的山腳經(jīng)過，紅旗鄉(xiāng)的地勢比既有鐵路高10 ～ 30 m。既有鐵路的曲線連續(xù)，且曲線半徑較小，不具備沿既有鐵路改造的工程條件。

本次根據(jù)周邊地形地貌，從利用既有鐵路、對地方影響、工程投資等角度，研究了紅旗鄉(xiāng)北側方案和紅旗鄉(xiāng)南側方案。比選段落為K122+000至K128+400。紅旗鄉(xiāng)段方案比選示意圖如圖2所示。

（2）方案說明。①紅旗鄉(xiāng)北側方案。線路自K122+000處引出，偏離既有鐵路向東北走行，于紅旗鄉(xiāng)西側繞行至北側，并行吉黑高速公路東側走行，至K127+900接入既有鐵路，沿既有鐵路走行至比選終點K128+400。本方案線路長度5.561 km，其中利用既有鐵路長度0.6 km，新建線路長度4.961 km，新建橋梁1座，長度0.086 km，新建上跨公路橋3座。②紅旗鄉(xiāng)南側方案。線路自K122+000處引出，偏離既有鐵路向東南走行，沿紅旗鄉(xiāng)南側繞行至東

側，至K126+700接入既有鐵路，后向北走行至富強村西側，于富強村北側接入既有鐵路至比選終點K128+400。本方案線路長度6.79 km，其中利用既有鐵路長度0.2 km，新建線路長度6.59 km，新建橋梁1座，長度0.086 km。

表3?方案優(yōu)缺點分析表Tab.3 Advantage and disadvantage analysis of the scheme

圖2?紅旗鄉(xiāng)段方案比選示意圖Fig.2 Scheme comparison in Hongqi Town section

（3）方案優(yōu)缺點分析。2個方案分別位于紅旗鄉(xiāng)南北兩側，與國道G202相鄰，線路相距較近，工程地質條件基本相當。方案優(yōu)缺點比較如表4所示。

（4）推薦意見。綜上所述，紅旗鄉(xiāng)南側方案投資較省，但其線路繞行較長，運營長度增加后運營費用每年增加約53萬元，且鐵路穿越村莊，引起較大的房屋拆遷。紅旗鄉(xiāng)北側方案線路較順直，后期運營費用較低，與高速公路共通道減少了土地分割，但該方案改移國道跨越高速公路需要征得高速公路管理部門的同意，投資較高。根據(jù)最新的地質勘查資料，紅旗鄉(xiāng)北側方案和紅旗鄉(xiāng)南側方案地質條件均一般，均存在季節(jié)性凍土、既有建筑及道路分布填土、膨脹(巖)土等地質問題。由于南側方案為填方路基，受地質條件影響較小，北側方案挖方路基段落較大，受地質條件影響較大。經(jīng)投資計算，紅旗鄉(xiāng)南側方案投資較省，綜合2個方案優(yōu)缺點分析后推薦紅旗鄉(xiāng)南側方案。

表4?方案優(yōu)缺點比較表Tab.4 Advantage and disadvantage comparison of the scheme

5 結束語

改建既有鐵路線路設計制約因素多，尤其是早期建設的單線鐵路項目，受當時經(jīng)濟發(fā)展、施工能力的限制，一般既有鐵路標準較低，線路工程病害較多、運營速度低、運輸量小，運營成本高。北黑鐵路龍鎮(zhèn)至黑河段工程地質條件復雜，生態(tài)敏感點分布廣，是線路選線的重難點，通過分析沿線工程地質條件、線路長度、投資效益、實施難易程度等方面比選，確定了小興安至孫吳段東線取直方案和紅旗鄉(xiāng)南側方案為本項目最佳線路走向方案和局部比選方案。該方案符合城市規(guī)劃，降低了施工及運營風險，規(guī)避了拆遷的不確定性，協(xié)調(diào)難度相對較小，且工程投資、實施難易程度、征地、拆遷方面也較優(yōu)。因此推薦方案從建設技術上可行。