川藏鐵路雅安至林芝段最大坡度分析

李 偉 畢 強 林世金

(中鐵二院工程集團(tuán)有限責(zé)任公司， 成都 610031)

川藏鐵路雅安至林芝段自既有成雅鐵路雅安站引出，向西經(jīng)康定、巴塘、昌都、波密至林芝，線路全長約 1 011 km。線路穿越川西高山區(qū)、橫斷山脈和藏南谷地，地形及地質(zhì)條件極度復(fù)雜，是人類鐵路建設(shè)史上最具挑戰(zhàn)的工程項目，面臨“工程建設(shè)環(huán)境極其惡劣、鐵路長大坡度前所未有、超長深埋隧道最為集中、山地災(zāi)害防范任務(wù)艱巨、生態(tài)環(huán)境保護(hù)責(zé)任重大”等5大建設(shè)難題。合理選擇最大坡度，對規(guī)避重大不良地質(zhì)風(fēng)險、確保項目安全順利建設(shè)具有重大意義，本文結(jié)合川藏鐵路雅安至林芝段的實際工程環(huán)境，對24‰、30‰以及35‰三個最大坡度方案進(jìn)行了綜合分析，提出了適應(yīng)本項目的最大坡度。

1 國內(nèi)外類似鐵路最大坡度使用情況

國外鐵路最大坡度一般在30‰以內(nèi)，個別達(dá)40‰。國內(nèi)已運營的寶成鐵路寶雞至秦嶺段換算坡度最大達(dá)33‰，青藏鐵路格拉段最大坡度達(dá)20‰，西成高速鐵路山區(qū)困難地段最大坡度采用25‰，在建的麗香鐵路和規(guī)劃建設(shè)的香林鐵路采用了30‰的最大坡度[1-3]。目前，規(guī)范規(guī)定類似鐵路的最大坡度都不應(yīng)大于30‰[4-6]。

2 坡度方案差異性比較[7-8]

2.1 工程規(guī)模差異

3個坡度方案線路走向基本相同，較24‰方案，35‰方案和30‰方案爬坡能力更強，可有效減少緊坡地段展線長度，縮短越嶺隧道長度，增長隧道內(nèi)人字坡長度，選線自由度更高，適應(yīng)地形地質(zhì)條件好，3個坡度方案主要差異地段線路長度如表1所示。

表1 3個坡度方案主要差異地段線路長度比較表

從表1可以看出，較24‰方案，部分段落采用30‰及以上坡度能有效降低工程規(guī)模；30‰方案已能較好地適應(yīng)地形，其線路長度與35‰方案差別不大。

2.2 重點橋梁工程差異

3個坡度方案主要影響金沙江、色曲和東久曲3座特大橋，重點橋梁工程主要差異如表2所示。

從表2可以看出，較24‰方案，30‰和35‰方案均改善了橋梁工程的設(shè)置條件，兩方案重點橋梁工程一致。

表2 3個坡度方案重點橋梁工程差異比較表

2.3 隧道工程差異

2.3.1長達(dá)隧道工程差異

3個坡度方案越嶺地段長大隧道工程差異如圖1、圖2所示。

圖1 長大隧道座數(shù)差異情況圖(座)

圖2 長大隧道長度差異情況圖(km)

從圖中可以看出，較24‰方案，30‰和35‰坡度方案對減少越嶺地段長大隧道長度較為有利，兩方案長大隧道長度相當(dāng)。

2.3.2隧道地質(zhì)條件差異

川藏鐵路雅安至林芝段隧道工程占比高達(dá)82%，隧道工程地質(zhì)條件復(fù)雜，地質(zhì)條件的優(yōu)劣直接決定了隧道工程風(fēng)險的高低，也決定了項目的成敗。3個坡度方案的隧道工程地質(zhì)條件差異如圖3～圖6所示。

圖3 隧道圍巖級別差異情況圖(km)

圖4 大變形段落差異情況圖(km)

圖5 巖爆段落差異情況圖(km)

圖6 高地溫段落差異情況圖(km)

從圖中可以看出，30‰及其以上坡度對改善隧道工程地質(zhì)條件，降低隧道工程風(fēng)險較為有利。較24‰方案，30‰和35‰坡度方案均改善了隧道圍巖級別，降低了大變形、巖爆以及高地溫段落長度，兩個坡度方案對隧道地質(zhì)條件的改善程度相當(dāng)。

2.3.3隧道施工條件差異

輔助坑道和工期能夠反映出施工條件的優(yōu)劣，3個坡度方案的輔助坑道和工期的差異如圖7、圖8所示。

圖7 輔助坑道長度差異情況圖(km)

圖8 隧道平均工期差異情況圖(月)

從圖中可以看出，從縮短輔助坑道長度和隧道平均工期的角度出發(fā)，30‰坡度方案最優(yōu)，優(yōu)化了隧道施工條件，降低了工期風(fēng)險。

2.4 環(huán)境保護(hù)差異

川藏鐵路雅安至林芝段沿線生態(tài)環(huán)境極為脆弱，環(huán)境保護(hù)任務(wù)重大，其中隧道棄渣量是一個重要考核指標(biāo)，減少棄渣量更有利于環(huán)境保護(hù)。3個坡度方案的隧道棄渣總量對比如表3所示。

表3 隧道棄渣總量匯總對比表

從表3可以看出，較24‰坡度方案，30‰和35‰坡度方案隧道棄渣總量明顯減少，兩方案降低幅度分別為8.06%和9.12%，基本相當(dāng)。

2.5 工程經(jīng)濟(jì)性差異

3個坡度方案的工程經(jīng)濟(jì)性對比如圖9所示。

圖9 工程經(jīng)濟(jì)性差異情況圖(億元)

從圖9可以看出，在靜態(tài)投資、運營費現(xiàn)值(30年)和換算工程運營費方面，30‰和35%坡度方案均優(yōu)于24‰坡度方案，30‰和35%兩方案的工程經(jīng)濟(jì)性差異不大。

2.6 運輸能力適應(yīng)性差異

3個坡度方案的運輸能力適應(yīng)性對比情況如表4所示。

表4 運輸能力控制地段能力適應(yīng)性對比表

從表4可以看出，3個坡度方案均能滿足需要的通過能力，但35‰坡度方案的遠(yuǎn)期能力較為緊張。

綜上所述， 30‰和35%坡度方案在工程規(guī)模、重點橋梁工程、長大隧道工程、隧道地質(zhì)及施工條件、環(huán)境保護(hù)、工程經(jīng)濟(jì)性等方面均優(yōu)于24‰坡度方案。且30‰坡度方案已能較好地適應(yīng)地形及地質(zhì)條件，對縮短線路長度、降低工程規(guī)模、改善施工條件、降低工期風(fēng)險等作用明顯，遠(yuǎn)期運輸能力尚有一定富余，因此，建議川藏線雅安至林芝段最大坡度采用30‰。

3 建議及結(jié)論

川藏線雅安至林芝段擬采用電力牽引，結(jié)合各機型應(yīng)用現(xiàn)狀及本線列車運行速度的需要，貨物列車可選用HXD2和HXD3電力機車，旅客列車可選用HXD1D，動車組宜選用350 km/h速度等級的CR型和CRH型。相關(guān)研究結(jié)果表明：在保證一定安全冗余的前提下，需采用大功率動車組并提高列車停放裝置停放能力才能支撐本線采用30‰最大坡度，移動設(shè)備與基礎(chǔ)設(shè)施耦合的友好性還需要進(jìn)一步提高。因此，建議適時研發(fā)與本線適應(yīng)性較高的機車和車輛設(shè)備。

本文以最大坡度研究為例，運用減災(zāi)選線理念，結(jié)合川藏線雅安至林芝段實際地形地質(zhì)條件、工程條件、運營條件、工程和環(huán)境風(fēng)險等，通過對24‰、30‰、35‰ 3個坡度方案的綜合分析，提出了“以不斷進(jìn)步移動設(shè)備適應(yīng)固定設(shè)施”的指導(dǎo)思想，建議川藏線雅安至林芝段最大坡度采用30‰，對指導(dǎo)類似復(fù)雜艱險山區(qū)鐵路建設(shè)具有較高的參考意義。