改建鐵路白阿線擴(kuò)能改造工程線路方案研究

李 為

(鐵道第三勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司，天津 300142)

白阿鐵路位于吉林省的西部以及內(nèi)蒙古自治區(qū)的東部地區(qū)，東起吉林省白城市，西至內(nèi)蒙古自治區(qū)科爾沁右翼前旗。由平齊鐵路上的白城車站引出，線路沿洮兒河和歸流河河谷，翻越大興安嶺山脈后，沿阿爾善河河谷而下，終止于伊爾施站，單線線路長度354.7 km，共有車站21個(gè)。

隨著振興東北老工業(yè)基地政策的逐步實(shí)施，本項(xiàng)目建成后，將會(huì)增加該區(qū)域與國內(nèi)外各地區(qū)間的交流與合作，通過白阿鐵路與錫烏線接軌，開辟了一條蒙東資源輸入東三省的快速通道，同時(shí)將東三省及口岸的物資運(yùn)輸?shù)矫蓶|，實(shí)現(xiàn)區(qū)域間的經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢互補(bǔ)。對于保障錫烏鐵路、兩伊鐵路的煤炭外運(yùn)都有著重要的意義。同時(shí)，本線延伸到阿爾山口岸，與蒙古國鐵路相連，有利于加強(qiáng)中蒙兩國間的貿(mào)易往來，實(shí)現(xiàn)兩國間的經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢互補(bǔ)，促進(jìn)兩國間的物質(zhì)文化交流。

1 既有線的現(xiàn)狀及存在的問題

既有白阿鐵路建于20世紀(jì)30年代，是日本侵略者為掠奪我國礦產(chǎn)及林業(yè)資源而修建的。修建年代久遠(yuǎn)，線路標(biāo)準(zhǔn)低、坡度大、曲線半徑小、列車運(yùn)行速度低、牽引質(zhì)量小、橋涵孔徑不足，大部分路基填筑低矮，路基病害嚴(yán)重，其中包括水浸路基、基床下沉外擠、翻漿冒泥以及凍害等。

目前，白阿鐵路白城至烏蘭浩特段通過能力為34.3對，圖定客車11對，貨6對，能力利用率65.6%。本線最快旅客列車旅行速度71 km/h，不能滿足日益增長的客貨運(yùn)量的快速通達(dá)需求。同時(shí)本線上、下行最大限坡均大于16‰，限制了全線的牽引重量，造成了本線牽引重量不高和機(jī)車動(dòng)力浪費(fèi)，影響整個(gè)區(qū)段的輸送能力，與前后方通路不匹配。

2 白阿鐵路擴(kuò)能方案研究

本次選擇白阿擴(kuò)能白烏段白城至鎮(zhèn)西段方案進(jìn)行研究，里程段落為K8+950(白城北站外)至K48+025(鎮(zhèn)西站外)。

2.1 既有鐵路路基工程地質(zhì)條件

既有線基床路基填料以粉質(zhì)黏土、粉土為主，填料組別為C組，零星分布細(xì)圓礫土，填料組別為B組。通過現(xiàn)場取樣試驗(yàn)，沿線既有路基填料凍結(jié)深度范圍內(nèi)黏性土、粉土、粉砂會(huì)產(chǎn)生凍脹病害，凍脹等級及類別為Ⅱ～Ⅲ級，弱凍脹—凍脹。局部段落黏性土凍脹等級及類別達(dá)到Ⅳ級，強(qiáng)凍脹；局部段落粉土凍脹等級及類別達(dá)到Ⅴ級，特強(qiáng)凍脹。

2.2 擴(kuò)能方案研究

根據(jù)既有線路基工程地質(zhì)情況，綜合考慮線路工程條件、運(yùn)量水平及構(gòu)成、運(yùn)輸組織、提速效果等多方因素，研究了以下四種不同速度目標(biāo)值方案，研究段落為白城至鎮(zhèn)西段(K8+950～K48+025)。

(1)160 km/h增二線方案(I方案)

線路平、縱斷面，車站布置按國鐵I級標(biāo)準(zhǔn)，速度目標(biāo)值采用160 km/h，建設(shè)方案為增建第二線，靜態(tài)工程投資105374.5萬元。

施工順序：先在既有線一側(cè)幫寬第二線，待二線施工完成后，再利用增建的二線轉(zhuǎn)線通車，運(yùn)營過渡，最后改建既有線。

施工方案：結(jié)合《鐵路營業(yè)線施工安全管理辦法》(鐵運(yùn)[2012]280號文)的相關(guān)規(guī)定，路基病害段落結(jié)合平改立設(shè)置及過渡，二線與既有線拉開7.5 m線間距，且利用A組非凍脹土將二線路基較既有線抬高0.6 m，待二線施工完成后，既有線再拔除道砟，并撥至與二線4.2 m線間距，整平、壓實(shí)后直接填筑路基表層，完成鋪軌至與二線等高。結(jié)合路段旅客列車設(shè)計(jì)速度計(jì)近期運(yùn)量，對既有線43 kg/m與50 kg/m鋼軌全部拆除，重鋪重型軌道，既有平交道全部改為立交。

(2)120 km/h增二線方案(Ⅱ方案)

線路平、縱斷面、車站布置按國鐵Ⅰ級標(biāo)準(zhǔn)，速度目標(biāo)值采用120 km/h，建設(shè)方案為增建第二線，靜態(tài)工程投資899 183.6萬元。

施工順序：先利用天窗時(shí)間原位處理既有線，待既有線處理完成后，再幫寬增建第二線。

施工方案：根據(jù)既有線路基病害分布情況及120 km/h速度目標(biāo)值路基病害處理措施，既有線路基處理措施為只處理凍害，其他段落不做處理，二線與既有線等高。具體方案為天窗時(shí)間對基床表層換填0.5 m非凍脹A組土和0.1 m厚的中粗砂并夾鋪一層兩布一膜土工布，并對既有線43 kg/m與50 kg/m鋼軌全部拆除，換鋪重型軌道，最后并行既有線4.0 m線間距幫寬二線。既有平交道全部改為立交。

(3)平縱斷面預(yù)留160 km/h增二線方案(Ⅲ方案)

線路平、縱斷面按160 km/h設(shè)計(jì)，靜態(tài)工程投資98 769.1萬元。其他措施與120 km/h增二線方案一致。

(4)新建雙線方案(Ⅳ方案)

該方案結(jié)合地形、水文、平交道、車站、橋涵布置，在既有線一側(cè)新建雙線，線間距于既有線拉開21 m，考慮凍脹因素，一般地段路基填土高度大于凍結(jié)深度(2.44 m)，其余段落滿足立交設(shè)置要求。靜態(tài)工程投資110 148.0萬元。

(5)優(yōu)缺點(diǎn)分析

表1 優(yōu)缺點(diǎn)分析

2.3 推薦意見

120 km/h增二線及平縱斷面預(yù)留160 km/h增二線方案雖然投資效果明顯，但速度目標(biāo)值與各方的期望明顯偏低，也與該線路網(wǎng)的地位不相符，因此不宜選用。160 km/h增二線方案、沿既有線新修雙線方案的工程投資分別為105 374.5萬元、110 148.0萬元，考慮到二者的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)基本相同，160 km/h增二線方案節(jié)約工程投資4 773.5萬元，因此采用160 km/h增二線方案。

3 增建第二線方案研究

3.1 既有線路基基床加固和病害整治設(shè)計(jì)原則

根據(jù)既有白阿路基基床情況，對路基存在凍害段落和既有基床表層路堤填料為C、D組土且判定為凍脹等級Ⅲ級以上凍脹土(凍脹、強(qiáng)凍脹和特強(qiáng)凍脹土)地段，采用挖除基床表層0.6 m，換填0.5 m厚A組土+0.1中粗砂并夾鋪一層兩布一膜土工布處理。基床底層結(jié)合路堤填料、凍脹情況、承載力情況綜合確定處理措施。

對路基下沉外擠病害地段，采用挖除1.1 m，換填0.5 m厚A組土+0.1中粗砂并夾鋪一層兩布一膜土工布處理，基床底層換填0.5 m的A、B組土或改良土并夾鋪一層土工格室加固。

除路基存在凍害、下沉外擠等病害和基床表層為C、D組土且為凍脹性土采用換填處理外，其他地段路基基床表層承載力不足130 kPa地段，基床底層不足100 kPa地段，采用水泥土擠密樁加固處理，擠密樁長度不小于1.0 m。

對既有線路橋過渡段和涵洞頂至軌頂高度小于1.2 m的路涵過渡段，如既有基床強(qiáng)度不滿足承載力要求，應(yīng)作加固處理。路橋過渡段處理長度不小于20 m，路涵過渡段應(yīng)不小于15 m，采用擠密樁處理，長度分段漸變過渡。

3.2 路基防凍脹設(shè)計(jì)措施

(1)路堤防凍脹措施

路基面以下基床范圍內(nèi)土質(zhì)不滿足防凍脹要求時(shí)，基床表層填筑非凍脹A組土，基床底層填筑或換填非凍脹A、B組填料或改良土。非凍脹A、B組填料滿足：細(xì)顆粒(顆粒粒徑≤0.075 mm)含量不大于10%，改良土無側(cè)限抗壓強(qiáng)度應(yīng)滿足凍融要求?；惨韵绿钪嗀、B、C組填料或改良土。

①路基填高h(yuǎn)>2.5 m， 路堤基床表層填筑0.6 m厚的防凍脹A組土，基床底層填筑1.9 m厚的非凍脹A、B組填料。

②路基填高0.6 m

③路基填高h(yuǎn)≤0.6 m的低路堤，按路堤式路塹設(shè)計(jì)，基床表層為0.5 m非凍脹A組土+0.1 m中粗砂夾鋪一層兩布一膜土工布(600 g/m2)。當(dāng)?shù)鼗鶠榧?xì)粒土或粉、細(xì)砂地層時(shí)，基床底層范圍換填非凍脹性A、B組填料。

(2)路塹防凍脹措施

軟質(zhì)巖、強(qiáng)風(fēng)化的硬質(zhì)巖及土質(zhì)路塹，采用路堤式路塹形式，路堤式基床結(jié)構(gòu)基床表層為0.5 m非凍脹A組土+0.1 m中粗砂夾鋪一層兩布一膜土工布，基床底層范圍處理措施同低路堤。

3.3 路基病害段落處理方案比選

結(jié)合路基病害段落分布及整治措施，選擇典型路基病害工點(diǎn)一處(K39+000～K40+000)，對既有線路基凍害段落進(jìn)行了抬高路基與挖除換填方案進(jìn)行比選分析。

(1)路基病害段落抬高路基方案

為避免對既有線挖除換填所造成的運(yùn)營干擾，結(jié)合增建第二線，并考慮施工、運(yùn)營安全，既有線病害段落將增二線與既有線拉開7.5 m線間距，并抬高既有線路基≥0.6 m，增減二線路基搭至既有線砟腳以外。增建二線建成后，利用二線過渡，之后拆除既有線軌道，清除道砟，抬高路基至與二線等高。路基病害段落抬高路基方案投資分別為2 006萬元。

(2)路基病害段落挖除換填方案

為保證施工和運(yùn)營安全，增建第二線與既有線拉開9.55 m線間距，二線搭至既有線基床表層以下，并設(shè)置線間排水溝，二線與既有等高，增建二線建成后，利用二線過渡，之后拆除既有線，清除道砟，挖除換填既有線基床表層土，并重新鋪。挖除換填方案的投資為2 061萬元。

(3)優(yōu)缺點(diǎn)分析及推薦意見

表2 優(yōu)缺點(diǎn)分析

通過以上分析，抬高既有線路基方案占地少，且兩線共路基運(yùn)營維護(hù)方便，工程投資略省。考慮既有線填方較低，既有線凍結(jié)深度2.45 m，凍結(jié)深度較大，因此抬高路基方案有利于防凍脹，故推薦抬高路基方案。

4 結(jié)論

本線是東北地區(qū)伊爾施-白城-長春-吉林-圖們通道的重要組成部分，伴隨錫烏鐵路開通，本項(xiàng)目的建設(shè)對內(nèi)蒙古東部地區(qū)及吉林省的經(jīng)濟(jì)發(fā)展將起到非常重要的作用?？紤]白阿鐵路的功能定位、路網(wǎng)規(guī)劃、既有線現(xiàn)狀、車站布置、路基病害情況、橋涵設(shè)置、施工組織及運(yùn)營安全因素，白阿鐵路擴(kuò)能改造工程線路方案采用160 km/h速度目標(biāo)值增建第二線工程，既有路基病害段落采用抬高路基的處理措施，有利于路基排水及防凍脹，運(yùn)營維護(hù)方便，工程實(shí)施難度小，投資省，予以推薦。

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