新建環(huán)縣至海原至中川鐵路綜合選線研究

把奉全

(蘭州鐵道設(shè)計(jì)院有限公司，甘肅蘭州730000)

新建環(huán)縣至海原至中川鐵路綜合選線研究

把奉全

(蘭州鐵道設(shè)計(jì)院有限公司，甘肅蘭州730000)

環(huán)縣至海原至中川鐵路所經(jīng)地區(qū)地形起伏較大，地面高程多集中于1 250～3 000 m。線路通過(guò)著名的海原大地震地帶，地質(zhì)條件復(fù)雜且不良地質(zhì)較多。該項(xiàng)目將連接擬建銀西、寶中、包蘭、蘭新4條國(guó)鐵干線。針對(duì)該線的特點(diǎn)，應(yīng)用綜合選線方法，重點(diǎn)對(duì)控制本項(xiàng)目的主要接軌方案、走向方案、越嶺方案、紅會(huì)礦區(qū)方案進(jìn)行綜合分析對(duì)比，突出了各種方案的側(cè)重點(diǎn)，最終得出了接軌位置理想、走向合理、越嶺埡口選擇正確、穿越紅會(huì)礦區(qū)的線路方案。

鐵路工程 不同項(xiàng)目 綜合選線

由于地理位置、區(qū)域路網(wǎng)、地方經(jīng)濟(jì)、貨物運(yùn)量和流向、地形地貌、地質(zhì)條件等的不同，使得每條線的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)及運(yùn)輸組織不同，綜合選線的方法也有所差異，選線時(shí)的側(cè)重點(diǎn)也不同。如山區(qū)鐵路地質(zhì)條件復(fù)雜，車站布設(shè)困難，選線時(shí)應(yīng)特別注意繞避不良地質(zhì)［1］;越嶺地段坡度及高程的控制，隧道長(zhǎng)度及高程的影響都要考慮［2］;接軌方案應(yīng)注重客貨流方向及接軌站接軌條件的好壞［3］，若引起的改造工程巨大，則需進(jìn)行經(jīng)濟(jì)技術(shù)比較后確定接軌站，注意預(yù)留接軌站今后的發(fā)展空間，避免大拆大改?？傊?，綜合選線只有根據(jù)每條線的特點(diǎn)，綜合分析和應(yīng)用，根據(jù)每種方案?jìng)?cè)重點(diǎn)的不同抓住主次，才能精選出一條經(jīng)濟(jì)、合理，滿足各方要求的鐵路［3］。本文針對(duì)環(huán)縣至海原至中川鐵路特點(diǎn)，運(yùn)用綜合選線方法，探求一條經(jīng)濟(jì)合理的線路方案。

1 工程概況

環(huán)縣至海原至中川線途經(jīng)甘肅省環(huán)縣、白銀市平川區(qū)和靖遠(yuǎn)縣、蘭州新區(qū)及寧夏回族自治區(qū)海原縣境內(nèi)，位于擬建銀西鐵路以西、中川至馬家坪鐵路以東。環(huán)縣煤炭探明儲(chǔ)量34億t，近期年開(kāi)采量可達(dá)1 690萬(wàn)t。白銀市的平川區(qū)、靖遠(yuǎn)縣雖為產(chǎn)煤地區(qū)，但經(jīng)過(guò)幾十年的開(kāi)采，儲(chǔ)量驟減，產(chǎn)量逐年下滑，急需一個(gè)能源基地為其持續(xù)提供能源。白銀市作為資源枯竭型城市，由于發(fā)展轉(zhuǎn)型，對(duì)煤炭的需求極為迫切。蘭州新區(qū)作為一個(gè)剛剛建設(shè)的新區(qū)，對(duì)煤炭的需求量大，疆煤運(yùn)輸遠(yuǎn)，成本高。海原縣地處國(guó)家級(jí)貧困區(qū)，交通閉塞，經(jīng)濟(jì)落后，急需一條東西方向的鐵路運(yùn)輸線，以帶動(dòng)當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)發(fā)展。因此，本線經(jīng)過(guò)的站點(diǎn)對(duì)煤炭的需求量大，但目前沿線交通運(yùn)輸條件差，無(wú)法滿足煤炭運(yùn)輸需求，本線的修建正好能夠填補(bǔ)此空白。

沿線地面高程多集中于1 250～3 000 m，地貌可劃分為河谷階地區(qū)，沖、洪積平原區(qū)，黃土梁峁區(qū)，低山丘陵區(qū)及低中山區(qū)5種地貌單元。線路通過(guò)著名的海原大地震地帶，地質(zhì)條件復(fù)雜，不良地質(zhì)較多。

環(huán)縣至海原至中川線將連接擬建銀西線、寶中線、包蘭線、蘭新線4條國(guó)鐵干線。

2 選線原則和方法

1)根據(jù)本項(xiàng)目特點(diǎn)，認(rèn)真分析區(qū)域路網(wǎng)(圖1)、區(qū)域社會(huì)經(jīng)濟(jì)特征，項(xiàng)目區(qū)域及地方客、貨運(yùn)量，貨物運(yùn)輸品種和路徑，結(jié)合其他運(yùn)輸方式，確定項(xiàng)目的功能定位，系統(tǒng)研究項(xiàng)目運(yùn)輸能力，確定站點(diǎn)分布原則及運(yùn)輸組織方案［3］。

2)根據(jù)項(xiàng)目功能定位，結(jié)合區(qū)域路網(wǎng)中相關(guān)的既有鐵路、新建鐵路及規(guī)劃鐵路的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，以滿足本項(xiàng)目運(yùn)輸需求和輸送能力為目的，以適于沿線地形地貌特點(diǎn)和建設(shè)環(huán)境為前提，制定項(xiàng)目建設(shè)的主要技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。

3)結(jié)合主要技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，針對(duì)項(xiàng)目地處甘、寧兩省交界鐵路空白地區(qū)的特點(diǎn)，且沿線經(jīng)過(guò)較為貧困的西海固地區(qū)，應(yīng)盡量開(kāi)辟新的客、貨吸引范圍，擴(kuò)大路網(wǎng)覆蓋面，并為滿足沿線地區(qū)居民出行和社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展，提供必要的基礎(chǔ)設(shè)施，以此為宗旨制定線路走向的選線原則。

4)結(jié)合本項(xiàng)目在路網(wǎng)中起聯(lián)絡(luò)線的作用，對(duì)本項(xiàng)目所聯(lián)絡(luò)的擬建銀西線、寶中線、包蘭線、蘭新線的站點(diǎn)及運(yùn)輸能力進(jìn)行研究，以確定最佳的接軌點(diǎn)和接軌方式，拓展發(fā)展空間，滿足本項(xiàng)目貨物運(yùn)輸?shù)男枨蠛透骷扔需F路干線今后擴(kuò)能改造。

5)結(jié)合項(xiàng)目沿線地形地貌特征及工程地質(zhì)、水文地質(zhì)條件，重點(diǎn)做好越嶺地段的線路方案。本項(xiàng)目翻越西華山時(shí)受越嶺高程及隧道長(zhǎng)度控制，依據(jù)確定的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，工程地質(zhì)條件及隧道施工工期等對(duì)該越嶺方案進(jìn)行詳細(xì)比選，確定出較為合理的越嶺方案。

圖1 新建鐵路環(huán)縣至海原至中川線區(qū)域路網(wǎng)

圖2 引入銀西線接軌方案示意

3 線路方案研究

依據(jù)項(xiàng)目功能定位，確定本項(xiàng)目的主要技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)后，依據(jù)確定的站間距離、貨物流向及運(yùn)量，從運(yùn)輸組織角度、貨流特征、工程地質(zhì)情況、接軌條件、施工工期、城市規(guī)劃以及工程經(jīng)濟(jì)等方面［3］，充分利用綜合選線的方法，重點(diǎn)對(duì)控制本項(xiàng)目的主要接軌方案、走向方案、越嶺方案、紅會(huì)礦區(qū)方案進(jìn)行分析研究，以確定最佳方案。

3.1 接軌方案

接軌方案示意如圖2。

3.1.1 環(huán)縣站接軌方案

線路自環(huán)縣站北端咽喉引出，并行銀西鐵路北行至沙井子煤氣電工業(yè)集中區(qū)后折向西，沿馬坊川行進(jìn)，穿四道溝梁，于清水河河谷引入寶中鐵路褚家灣站，于褚家灣站北端引出后折向西北行進(jìn)至海原縣城。比較范圍內(nèi)新建線路長(zhǎng)166.599 km，橋梁工程35.960 km/72座，隧道工程41.779 km/35座，橋隧比重46.7%，靜態(tài)投資770 166萬(wàn)元［4］。

3.1.2 洪德站接軌方案

線路自洪德站北端咽喉引出，折向南沿玄城溝西行，經(jīng)毛家川礦區(qū)北側(cè)，穿過(guò)老虎梁，沿石溝走行至倪家河灣，跨清水河、寶中鐵路，于規(guī)劃海原工業(yè)園區(qū)北側(cè)約13 km處設(shè)海原工業(yè)園站，繼續(xù)向西，穿東臺(tái)山至海原縣城。比較范圍內(nèi)線路長(zhǎng)161.336 km，橋梁工程48.5 km/107座，隧道工程41.481 km/42座，橋隧占線路總長(zhǎng)的55.8%，靜態(tài)投資780 485萬(wàn)元［4］。

3.1.3 方案比選

1)從貨流特征分析。環(huán)縣接軌方案通過(guò)劉園子井田、馬福川井田、沙井子井田，兼顧了毛家川井田，設(shè)有劉園子站、馬福川站和沙井子站，裝車及運(yùn)輸便利。洪德接軌方案雖經(jīng)過(guò)馬福川井田、沙井子井田北側(cè)，并在礦區(qū)內(nèi)留有裝車點(diǎn)，運(yùn)輸徑路相同，但裝車點(diǎn)距礦區(qū)規(guī)劃井口較遠(yuǎn)，通過(guò)專用線運(yùn)輸或皮帶運(yùn)輸至裝車點(diǎn)均較困難。

2)接軌條件。環(huán)縣站預(yù)留了本線接軌條件，與環(huán)縣縣城的城市發(fā)展規(guī)劃相協(xié)調(diào)。洪德站為會(huì)讓站，本線引入后該站的改擴(kuò)建工程較大［5］，故環(huán)縣接軌方案較洪德接軌方案有一定優(yōu)勢(shì)。

3)工程地質(zhì)條件分析。兩方案均處于河谷階地區(qū)與黃土梁峁區(qū)，線路穿越各地貌單元長(zhǎng)度基本相同，地層巖性、水文地質(zhì)及工程地質(zhì)條件相當(dāng)或相近。

4)壓覆礦產(chǎn)資源。環(huán)縣接軌方案從探明的環(huán)縣沙井子礦區(qū)中心穿過(guò)，壓覆礦產(chǎn)資源較多;宏德接軌方案從沙井子礦區(qū)北側(cè)邊緣經(jīng)過(guò)，壓覆礦產(chǎn)資源較少。

5)運(yùn)營(yíng)成本及貨流方向。運(yùn)往環(huán)縣、西安及以南地區(qū)的煤炭經(jīng)環(huán)縣站運(yùn)輸距離較經(jīng)宏德站短了10 km，而運(yùn)往白銀地區(qū)的物資經(jīng)環(huán)縣站運(yùn)輸距離較經(jīng)宏德站長(zhǎng)了16 km。由于本線的主要貨流方向?yàn)榘足y地區(qū)，故從運(yùn)營(yíng)成本角度考慮，洪德接軌方案節(jié)省運(yùn)營(yíng)費(fèi)，具有一定優(yōu)勢(shì)。

6)工程投資。環(huán)縣接軌方案車站預(yù)留有接軌條件，車站改造工程小，線路與各礦區(qū)的銜接好，與地方規(guī)劃適應(yīng)性好，工程投資較低，具有明顯優(yōu)勢(shì);洪德接軌方案雖新建線路長(zhǎng)度較短，但工程總量大，洪德車站改造工程大，工程投資比環(huán)縣接軌方案高10 320萬(wàn)元，且由于該區(qū)域處于地震烈度八度區(qū)，線路走行位置較高，設(shè)置的橋梁較高，而高橋的施工難度及運(yùn)營(yíng)安全風(fēng)險(xiǎn)亦較大。

綜上所述，本次研究推薦接軌條件便利、與礦區(qū)規(guī)劃和環(huán)縣整體規(guī)劃相適應(yīng)、工程安全性高、工程投資較低的環(huán)縣站接軌方案。

3.2 走向方案

走向方案示意如圖3。

圖3 走向方案示意

3.2.1 經(jīng)海原方案

線路自任家臺(tái)站引出后，沿清水河河谷行進(jìn)，引入寶中鐵路褚家灣站，出站后繼續(xù)西行經(jīng)海原縣城引入既有紅會(huì)支線長(zhǎng)征站后，利用即有紅會(huì)支線至靖遠(yuǎn)西站。長(zhǎng)征至東灣段既有最大坡度為18‰，故須將該段線路坡度放緩至13‰。東灣至靖遠(yuǎn)西利用既有線，將既有車站到發(fā)線有效長(zhǎng)改建至1 050 m［6］。比較范圍內(nèi)新建線路長(zhǎng)168.297 km，利用既有紅會(huì)支線長(zhǎng)16.347 km，橋梁工程25.54 km/50座，隧道工程15.695 km/14座，橋隧占線路總長(zhǎng)的22.3%，靜態(tài)投資638 581萬(wàn)元［4］。

3.2.2 經(jīng)河畔方案

線路自任家臺(tái)站引出后，沿清水河河谷行進(jìn)，引入寶中鐵路三營(yíng)站，出站后沿中河河谷西行，經(jīng)寺口子水庫(kù)南岸、紅羊鄉(xiāng)至河畔鄉(xiāng)，沿祖歷河而下，至靖遠(yuǎn)縣接入既有紅會(huì)支線靖遠(yuǎn)西站。比較范圍內(nèi)新建線路長(zhǎng)194.788 km，橋梁工程49.790 km/140座，隧道工程32.285 km/26座，橋隧占線路總長(zhǎng)的42.1%，靜態(tài)投資798 887萬(wàn)元［4］。

3.2.3 方案比選

1)工程地質(zhì)條件。兩方案均位于黃土粱峁區(qū)，局部為低緩丘陵區(qū)溝谷臺(tái)地，但經(jīng)海原方案位于海原地震帶，地質(zhì)條件較差。

2)貨流方向。經(jīng)海原方案貨流順暢，避免了折角運(yùn)輸，而經(jīng)河畔方案雖通往劉川工業(yè)園區(qū)、白銀方向的貨流順暢，但通往平川開(kāi)發(fā)區(qū)、靖遠(yuǎn)電廠方向的貨流需在靖遠(yuǎn)西折角運(yùn)輸，貨流不暢。

3)運(yùn)輸組織。經(jīng)海原方案兼顧了海原工業(yè)園區(qū)、平川開(kāi)發(fā)區(qū)、靖遠(yuǎn)電廠、劉川工業(yè)園區(qū)、白銀市等煤炭需求點(diǎn)，運(yùn)輸組織簡(jiǎn)單，運(yùn)輸距離較經(jīng)河畔方案短10 km;經(jīng)河畔方案不利于海原工業(yè)園區(qū)的貨物運(yùn)輸，且需在靖遠(yuǎn)西站進(jìn)行分流，運(yùn)輸組織不暢，運(yùn)輸效率低。

4)對(duì)地方經(jīng)濟(jì)的帶動(dòng)作用。經(jīng)海原方案通過(guò)海原縣、海原工業(yè)園區(qū)、平川區(qū)、劉川工業(yè)園區(qū)、靖遠(yuǎn)縣等重要經(jīng)濟(jì)據(jù)點(diǎn)，對(duì)沿線地方經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和沿線土地開(kāi)發(fā)有較大帶動(dòng)作用，而經(jīng)河畔方案遠(yuǎn)離海原縣城，沿線只有兩個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)，經(jīng)濟(jì)發(fā)展緩慢，對(duì)地方經(jīng)濟(jì)帶動(dòng)作用小。

5)工程投資。經(jīng)海原方案線路順直，地勢(shì)較開(kāi)闊，工程總量小且工程相對(duì)簡(jiǎn)單，工程投資較經(jīng)河畔方案低160 305萬(wàn)元;而經(jīng)河畔方案沿中河及祖厲河河谷行進(jìn)，橋隧工程艱巨，且本線引入靖遠(yuǎn)西站后，需對(duì)既有靖遠(yuǎn)西站進(jìn)行改建，工程投資高。

綜上所述，本次推薦線路順直、工程投資低、運(yùn)輸徑路暢通、組織便利，對(duì)地方經(jīng)濟(jì)帶動(dòng)作用大的經(jīng)海原方案。

3.3 越嶺隧道方案

越嶺隧道方案示意如圖4。

圖4 越嶺隧道方案示意

3.3.1 沿公路繞行短隧道方案

線路自大溝門(mén)站引出后，向北傍山而行至泉子溝折向西，沿公路南側(cè)引入鹽池站。比較范圍內(nèi)線路長(zhǎng)13.971 km，大橋0.245 km/1座，隧道6.05 km/3座，橋隧占線路總長(zhǎng)的45%，靜態(tài)投資64 627萬(wàn)元［4］。

3.3.2 長(zhǎng)隧道取直方案

線路自大溝門(mén)站引出后，以10.38 km隧道穿越西華山引入鹽池站。比較范圍內(nèi)線路長(zhǎng)11.11 km，大橋0.245 km/1座，橋隧占線路總長(zhǎng)的95%，靜態(tài)投資68 271萬(wàn)元［4］。

3.3.3 方案比選

兩方案均位于海原大地震斷裂帶上，長(zhǎng)隧道取直方案穿行斷裂帶較長(zhǎng)［7］，工程地質(zhì)條件復(fù)雜，建設(shè)工期相對(duì)較長(zhǎng)。沿公路繞行短隧道方案雖線路略長(zhǎng)，工程投資較長(zhǎng)隧道取直方案少3 644萬(wàn)元，在本段地質(zhì)條件較為復(fù)雜的情況下以短隧道工程為主，施工相對(duì)簡(jiǎn)單，難度低，工期風(fēng)險(xiǎn)也小，故本次研究推薦沿公路繞行短隧道方案。

3.4 紅會(huì)礦區(qū)方案

紅會(huì)礦區(qū)方案示意如圖5。

圖5 紅會(huì)礦區(qū)線路方案示意

3.4.1 穿越紅會(huì)礦區(qū)方案

線路出蘇家山站后，于玉石河北側(cè)預(yù)留紅會(huì)東站，出站后展線，于紅會(huì)一礦礦區(qū)中部通過(guò)至毛卜拉站。比較范圍內(nèi)線路長(zhǎng)21.000 km，橋梁2.7 km/2座，靜態(tài)投資57 522萬(wàn)元［4］。

3.4.2 繞避紅會(huì)礦區(qū)方案

線路出蘇家山站后，折向南，于南坡子西側(cè)預(yù)留紅會(huì)東站，出站后沿紅會(huì)一礦礦區(qū)邊緣行進(jìn)，繞避打拉池軍用機(jī)場(chǎng)后引入毛卜拉站。比較范圍內(nèi)線路長(zhǎng)20.883 km，橋梁長(zhǎng)5.746 km/8座，靜態(tài)投資為73 714萬(wàn)元［4］。

3.4.3 方案比選

兩方案線路長(zhǎng)度相當(dāng)，穿越紅會(huì)礦區(qū)方案雖要穿越礦區(qū)，但該礦區(qū)開(kāi)采時(shí)間較短，大部分地區(qū)尚未開(kāi)采，可采取保安煤柱措施穿越通過(guò)［8］，且橋梁工程較少，投資低，車站距礦區(qū)井口較近，與打拉池軍用機(jī)場(chǎng)無(wú)干擾，較繞避紅會(huì)礦區(qū)方案節(jié)省16 192萬(wàn)元，繞避紅會(huì)礦區(qū)方案對(duì)打拉池軍用機(jī)場(chǎng)影響較大。故本次推薦工程投資小、距裝煤點(diǎn)較近的穿越礦區(qū)方案。

4 結(jié)論

經(jīng)綜合對(duì)比分析，接軌方案推薦貨物流向順暢，接軌條件較好，車站改造工程較小，與礦區(qū)規(guī)劃和環(huán)縣整體規(guī)劃相適應(yīng)、工程安全性高、工程投資較低的環(huán)縣站接軌方案。線路走向方案推薦線路順直、工程投資低、運(yùn)輸徑路暢通、組織便利，對(duì)地方經(jīng)濟(jì)帶動(dòng)作用大的經(jīng)海原方案。西華山越嶺地區(qū)推薦工程投資省，施工相對(duì)簡(jiǎn)單，施工難度低，工期風(fēng)險(xiǎn)較小，通過(guò)斷層地段較短，與斷層交叉角度較大的沿公路繞行短隧道方案;線路穿越紅會(huì)礦區(qū)時(shí)推薦工程投資小，距裝煤點(diǎn)較近的穿越紅會(huì)礦區(qū)方案。因此，應(yīng)用綜合選線的方法，比選出了一條從銀西線的環(huán)縣站接軌，經(jīng)海原縣工業(yè)園區(qū)及海原縣城，沿公路繞行短隧道穿過(guò)西華山，至平川區(qū)穿越紅會(huì)一礦引入既有紅會(huì)支線長(zhǎng)征站的較為經(jīng)濟(jì)合理的線路方案。

［1］鐵道部第一勘測(cè)設(shè)計(jì)院.鐵路工程設(shè)計(jì)技術(shù)手冊(cè):線路［M］.北京:中國(guó)鐵道出版社，1999.

［2］李斌.線路工程［M］.蘭州:蘭州大學(xué)出版社，2004.

［3］易思蓉.鐵路選線設(shè)計(jì)［M］.成都:西南交通大學(xué)出版社，2009.

［4］蘭州鐵道設(shè)計(jì)院有限公司.環(huán)縣至海原至中川線預(yù)可行性研究［R］.蘭州:蘭州鐵道設(shè)計(jì)院有限公司，2013.

［5］中華人民共和國(guó)建設(shè)部.GB 50091—2006鐵路車站及樞紐設(shè)計(jì)規(guī)范［S］.北京:中國(guó)計(jì)劃出版社，2006.

［6］中華人民共和國(guó)國(guó)家質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫總局，中華人民共和國(guó)建設(shè)部.GB 50090—2006鐵路線路設(shè)計(jì)規(guī)范［S］.北京:中國(guó)計(jì)劃出版社，2006.

［7］楊英.西部山區(qū)脆弱環(huán)境下鐵路工程地質(zhì)選線設(shè)計(jì)［J］.鐵道建筑，2007(2):84-85.

［8］鞠同軍.鐵路通過(guò)煤礦采空區(qū)時(shí)地質(zhì)選擇優(yōu)化［J］.鐵道建筑，2014(1):114-116.

(責(zé)任審編葛全紅)

U212.32

A

10.3969/j.issn.1003-1995.2015.02.26

1003-1995(2015)02-0092-04

2014-04-10;

2014-08-25

把奉全(1971—)，男，甘肅蘭州人，工程師。