川中淺丘地區(qū)高速鐵路縱斷面設(shè)計(jì)研究

鄢良軍

（中鐵二院工程集團(tuán)有限責(zé)任公司，四川 成都 610000）

1 概述

鐵路選線是在鐵路勘察設(shè)計(jì)中決定全局得重要工作，隨著國(guó)家“八縱八橫”高速鐵路網(wǎng)與地方城際快鐵的持續(xù)加快建設(shè)，成渝經(jīng)濟(jì)圈范圍內(nèi)以成渝中線、成自、成南達(dá)為代表的低山淺丘地形的高速鐵路建設(shè)正在有序推進(jìn)。區(qū)別于以往困難山區(qū)和平原地區(qū)高鐵建設(shè)情況，川中淺丘地區(qū)鐵路重大平面控制點(diǎn)相對(duì)較少，線路平面整體趨于順直，因此線路縱斷面的設(shè)計(jì)就顯得尤為重要，尤其在無(wú)重大標(biāo)高控制點(diǎn)的淺丘地段，合理的縱斷面設(shè)計(jì)不僅能節(jié)省工程投資，優(yōu)化行車條件，還能節(jié)省寶貴的土地資源[1]。本文以建設(shè)中的成渝中線為例，對(duì)川中淺丘地形的高速鐵路選線設(shè)計(jì)進(jìn)行總結(jié)，以期為同類型地形條件下鐵路工程的選線和工程處理提供借鑒。

2 項(xiàng)目概況

成渝中線位于四川、重慶境內(nèi)，是成渝雙城經(jīng)濟(jì)圈標(biāo)志性工程，是支持“長(zhǎng)江經(jīng)濟(jì)帶”高質(zhì)量發(fā)展和成渝地區(qū)雙城經(jīng)濟(jì)圈建設(shè)的重要基礎(chǔ)設(shè)施，是一條承擔(dān)區(qū)際長(zhǎng)途客流和成渝直達(dá)城際客流的高速鐵路。其中大足—簡(jiǎn)陽(yáng)段為川中淺丘及低山地區(qū)，沿線大面積分布白堊系（K）、侏羅系（J）紫紅色砂泥巖，為四川盆地典型的紅色丘陵景觀。巖層產(chǎn)狀平緩、傾角一般小于5℃，地形形態(tài)受巖性控制，厚層砂巖常形成陡崖、方山和平頂爪狀山梁，黏土巖則形成緩坡、圓丘和平坦坳溝。地面高程250～490m，相對(duì)高差80～140m，自然坡度10°～35°。斜坡地帶基巖部分裸露，覆土較薄，坡面多為灌木、林地；緩坡及溝槽地帶覆土相對(duì)較厚，多為旱地或水田。村莊民房星羅棋布，鄉(xiāng)村道路網(wǎng)狀分布，交通較為便利。

項(xiàng)目的建設(shè)能夠深入貫徹落實(shí)國(guó)家戰(zhàn)略部署，推動(dòng)長(zhǎng)江經(jīng)濟(jì)帶高質(zhì)量發(fā)展，加快構(gòu)建長(zhǎng)江沿岸綜合交通運(yùn)輸體系，服務(wù)構(gòu)建新發(fā)展格局，加快推動(dòng)成渝地區(qū)雙城經(jīng)濟(jì)圈建設(shè)，帶動(dòng)西部高質(zhì)量發(fā)展形成重要增長(zhǎng)極，對(duì)實(shí)現(xiàn)交通強(qiáng)國(guó)，發(fā)揮鐵路先導(dǎo)，打造軌道上的成渝地區(qū)雙城經(jīng)濟(jì)圈具有十分重要的意義和作用。

3 淺丘地區(qū)縱斷面設(shè)計(jì)控制因素

在鐵路勘察設(shè)計(jì)，尤其縱斷面設(shè)計(jì)當(dāng)中應(yīng)及時(shí)了解國(guó)家、交通部、中鐵總公司對(duì)鐵路建設(shè)的新規(guī)定，熟悉掌握鐵路線路選線設(shè)計(jì)的相關(guān)規(guī)范、規(guī)定，同時(shí)應(yīng)進(jìn)行多方案比較，選擇最優(yōu)的方案[2]。本節(jié)主要從淺丘地段鐵路縱斷面設(shè)計(jì)主要控制因素進(jìn)行分析。

3.1 高等級(jí)道路

項(xiàng)目范圍內(nèi)的公路網(wǎng)密集，在大足、安岳、樂(lè)至、簡(jiǎn)陽(yáng)境內(nèi)與高速公路、國(guó)省縣鄉(xiāng)道均有多次交叉。沿線經(jīng)濟(jì)發(fā)展迅速，因此，縱斷面設(shè)計(jì)中，在確保規(guī)范要求的交叉凈空基礎(chǔ)上，可以適當(dāng)預(yù)留50～100cm 的凈空富裕，可以在工程投資變化不大的情況下預(yù)防施工測(cè)量誤差以及預(yù)留遠(yuǎn)期公路改建條件。同時(shí)對(duì)于已經(jīng)納入地方控制性規(guī)劃的市政道路以及高等級(jí)道路，在項(xiàng)目初測(cè)以及定測(cè)階段應(yīng)該進(jìn)一步加強(qiáng)對(duì)接，確?？v斷面方案可行性和經(jīng)濟(jì)性。另外，在靠近城區(qū)或人口密集地段，部分橋梁工程可適當(dāng)增加橋梁高度，同時(shí)考慮景觀設(shè)計(jì)[3]。

3.2 油氣管線

四川盆地是一個(gè)含油氣盆地，遠(yuǎn)在宋代便在自貢境內(nèi)利用天然氣進(jìn)行鹽鹵生產(chǎn)，是世界上最早利用天然氣的地方。結(jié)合本項(xiàng)目線路走向，線路附近分布洛帶氣田、金龍寺氣田、三大灣氣田、蘇碼頭氣田、安岳氣田、荷包場(chǎng)氣田等。在大足—安岳范圍，各類油氣井及管線密布，因此，在鐵路縱斷面設(shè)計(jì)過(guò)程中需探明管網(wǎng)分布，在無(wú)法繞避的情況下縱斷面盡量太高，采用橋梁跨越的方式，以便后期管線檢修。

3.3 高壓線

高等級(jí)電力線由于遷改費(fèi)用高、遷改審批流程復(fù)雜，同時(shí)在遷改過(guò)程中對(duì)地方影響較大，因此在面對(duì)220kV 及以上等級(jí)的高壓線優(yōu)先選擇繞避，縱斷面設(shè)計(jì)中應(yīng)該合理選擇標(biāo)高，應(yīng)盡量減少穿越處數(shù)和長(zhǎng)度。本項(xiàng)目沿線高等級(jí)電力線密集，同時(shí)由于沿線既有的高壓鐵塔設(shè)置均較低且不是耐張塔，因此高壓線對(duì)線路縱斷面設(shè)計(jì)影響較大，項(xiàng)目縱斷面設(shè)計(jì)以500kV 和220kV 為控制因素，盡量減少高等級(jí)電力線的遷改[4]。

3.4 過(guò)渡段

過(guò)渡段主要設(shè)置于路基與橋隧等其他線下結(jié)構(gòu)物、不同路基結(jié)構(gòu)、不同地基處理形式連接處可能導(dǎo)致軌道基礎(chǔ)沉降變形及剛度差異的位置。隨著我國(guó)高速鐵路建設(shè)的飛速發(fā)展，高速鐵路給人們的出行帶來(lái)了極大便利，但是在高鐵建設(shè)過(guò)程當(dāng)中還是存在著許多問(wèn)題和通病，橋頭跳車就是目前較為常見(jiàn)的病害之一，出現(xiàn)跳車現(xiàn)象會(huì)嚴(yán)重影響行車安全。引起橋頭跳車的原因主要是橋臺(tái)和臺(tái)背填料銜接的過(guò)渡段部分的不均勻沉降。

過(guò)渡段的設(shè)置在于通過(guò)將突變差異調(diào)整為漸變差異，從而保證線路軌道在縱、橫向的平順，根據(jù)車輛與線路相互的動(dòng)力學(xué)分析結(jié)果，隨著過(guò)渡段長(zhǎng)度增加，車體垂向加速度、輪軌垂向力等指標(biāo)逐步減小[5]。但是在實(shí)際施工過(guò)程中由于施工工期或工序安排不當(dāng)，引起過(guò)渡段填土碾壓不到位，質(zhì)量無(wú)法保證，引起后期運(yùn)營(yíng)過(guò)程中不均勻沉降。通過(guò)細(xì)化設(shè)計(jì)以及加強(qiáng)過(guò)渡段施工監(jiān)管能在一定程度上減少類似情況得發(fā)生，另外在縱斷面設(shè)計(jì)過(guò)程中通過(guò)合理調(diào)整線路縱斷面，可以直接減少過(guò)渡段處數(shù)，能更直接的降低過(guò)渡段的風(fēng)險(xiǎn)。路基橋梁過(guò)渡段如圖1 所示。

圖1 路基橋梁過(guò)渡段

4 淺丘地區(qū)線路坡度方案研究

在低速鐵路工程建設(shè)的過(guò)程中，由于沉降、路基填料的要求較低，且土地價(jià)格相對(duì)便宜，因此路基工程在投資上較橋梁工程存在一定的優(yōu)勢(shì)。但是隨著高速鐵路建設(shè)過(guò)程中對(duì)沉降要求的增加，對(duì)路基本體的填料要求也越來(lái)越高，川中淺丘地區(qū)填料基本無(wú)法達(dá)到設(shè)計(jì)需求，因此路基填料主要以價(jià)購(gòu)為主，運(yùn)距增加引起路基本體投資不斷增加。此外土地價(jià)格亦不斷增加則進(jìn)一步引起鐵路建設(shè)成本增加。部分深挖高填段路基供公里指標(biāo)已大于橋梁公里指標(biāo)。本節(jié)重點(diǎn)對(duì)橋梁、路基、隧道工程投資結(jié)合工程實(shí)例進(jìn)行測(cè)算分析，并且選取安岳—樂(lè)至段典型的淺丘地段進(jìn)行方案比較分析，得到合理的縱斷面設(shè)計(jì)方案。

4.1 主要工程指標(biāo)分析及測(cè)算

4.1.1 橋梁指標(biāo)測(cè)算

考慮常規(guī)地形條件、無(wú)連續(xù)梁以及特殊橋跨的情況下，通過(guò)對(duì)橋梁下部結(jié)構(gòu)、上部結(jié)構(gòu)以及附屬結(jié)構(gòu)工程數(shù)量的計(jì)算分析得到橋梁工程投資（表1）。鐵路橋梁工程紅線范圍寬度約18m，折算用地?cái)?shù)量約27 畝/km，按照沿線平均土地價(jià)格25 萬(wàn)/畝計(jì)算，橋梁工程用地投資約6750 元/延米。一般地段不同墩高橋梁延米指標(biāo)墩高每增加5m，延米指標(biāo)將增加0.3 萬(wàn)～1.3 萬(wàn)，具體如表1 所示。

表1 一般地段不同墩高橋梁每延米數(shù)量指標(biāo)

4.1.2 路基指標(biāo)測(cè)算

路基工程投資主要由路基工程本體、基礎(chǔ)處理以及路基支擋結(jié)構(gòu)組成。經(jīng)測(cè)算，一般填方地段，按照平均填高7m 考慮（常規(guī)路橋分界為7m），路基公里指標(biāo)約48000 元/m，一般挖方路基，按照平均挖高8m 考慮，公里指標(biāo)約為38600 元/m，低填淺挖路基公里指標(biāo)約為42000 元/m（以上公里指標(biāo)未考慮用地、站后附屬工程以及陡坡路基需增設(shè)支擋結(jié)構(gòu)加固）。結(jié)合項(xiàng)目設(shè)計(jì)過(guò)程中實(shí)際發(fā)生的支擋工程數(shù)量，折算路基支擋工程投資約18000 元/m，因設(shè)置涵洞引起指標(biāo)增加3000 元/m，接觸網(wǎng)基礎(chǔ)、防護(hù)柵欄、綠色通道每延米增加2500 元/m。綜上，路基工程每延米指標(biāo)約56500 元/m（不含用地）。路基工程平均用地?cái)?shù)量約70～85 畝/km，折算投資約路基用地指標(biāo)每延米指標(biāo)約20000 元/m。

4.1.3 隧道相關(guān)指標(biāo)測(cè)算

根據(jù)工程經(jīng)驗(yàn)測(cè)算，常規(guī)隧道延米指標(biāo)約為11 萬(wàn)元/延米，其中500m 以下隧道指標(biāo)約為13 萬(wàn)/延米，500m 以上隧道指標(biāo)約為10.3 萬(wàn)/延米。

4.2 方案比選

結(jié)合沿線地形地質(zhì)情況，選取安岳—樂(lè)至交界處地形起伏頻繁段典型段落為例，對(duì)低線方案以及高線方案開(kāi)展對(duì)比分析。其中低線方案按照傳統(tǒng)拉坡定線方法進(jìn)行縱斷面設(shè)計(jì)，以能做路基盡量做路基為原則；高線方案抬高線路坡度，按照盡量以橋帶路為設(shè)計(jì)原則進(jìn)行設(shè)計(jì)，如圖2 所示，詳細(xì)數(shù)量及投資對(duì)比如表2所示。

圖2 高、低線坡度方案

表2 主要工程數(shù)量及投資對(duì)比

通過(guò)對(duì)地形起伏頻繁地段高低線方案進(jìn)行詳細(xì)綜合對(duì)比，抬高線路坡度高線方案中橋梁增加1.988km，路基減少1.643km，減少過(guò)渡段16 處；隧道長(zhǎng)度減少0.345km。合計(jì)節(jié)省用地154.6 畝，減少過(guò)渡段16 處，節(jié)省投資3386 萬(wàn)元（其中因取消短隧道引起投資節(jié)省約2000 萬(wàn)元）。通過(guò)適當(dāng)抬高線路縱斷面，節(jié)省大量土地資源，顯著減少過(guò)渡段處數(shù)，節(jié)省工程投資，高線方案優(yōu)勢(shì)明顯。

5 結(jié)語(yǔ)

低山淺丘區(qū)高鐵選線不像困難艱險(xiǎn)山區(qū)，一般情況下不存在重大不良地質(zhì)，同時(shí)也不會(huì)存在越嶺高程選擇的困難。在沿線各類經(jīng)濟(jì)據(jù)點(diǎn)分布比較明確的情況下，線路通常較為順直，在此情況下合理確定線路標(biāo)高不僅能夠節(jié)省工程投資、降低施工運(yùn)營(yíng)風(fēng)險(xiǎn)，同時(shí)還能節(jié)約寶貴的土地資源。在實(shí)際鐵路選線縱斷面設(shè)計(jì)過(guò)程中，結(jié)合實(shí)際工程形式及地形特點(diǎn)，在淺丘地區(qū)鐵路縱斷面設(shè)計(jì)過(guò)程中，針對(duì)地形起伏頻繁地段，適當(dāng)抬高線路坡度（抬高后橋梁墩高以不高于20m 為宜），可以在工程總投資變化不大的情況下有效減少過(guò)渡段、短路基工程，有效減低施工及運(yùn)營(yíng)風(fēng)險(xiǎn)，優(yōu)化工程條件以及運(yùn)營(yíng)條件。