陳茜、趙月想
(1.石家莊鐵道大學(xué)四方學(xué)院,河北 滄州 061000;2.河北軌道運輸職業(yè)技術(shù)學(xué)院,河北 晉州 052200)
鐵路選線工作是一項復(fù)雜而艱巨的任務(wù),為了滿足日常出行、貨物運輸、經(jīng)濟發(fā)展等需要,鐵路常常需要經(jīng)過一些特殊地形和地質(zhì)條件地區(qū),無疑為鐵路選線工作增加了難度。其中,沿河選線是經(jīng)常會遇到的情況。由于沿河地區(qū)的地形地質(zhì)條件復(fù)雜,在沿河選線時,除了要遵循鐵路選線的基本要求以外,還要順應(yīng)河岸兩側(cè)的具體條件,因地制宜選定線路的高度、位置、結(jié)構(gòu)形式等因素。
河流兩岸地質(zhì)地形條件復(fù)雜,經(jīng)行地區(qū)有較多的人文因素,掌握具體的工程條件對選線工作尤為重要。所以在選線之前,首要工作就是深入分析沿河線的特點。
其一,受動水壓力的影響,河流兩岸往往地質(zhì)條件比較差,容易產(chǎn)生滑坡、泥石流等重大災(zāi)害,嚴(yán)重影響行車安全,且不良地質(zhì)條件一般較為隱蔽,需要現(xiàn)場深入踏勘才能判定。如果對不良地質(zhì)不加以防范,就會造成嚴(yán)重的不良后果。選線時應(yīng)盡量避開這些危險地帶,將線路置于安全的土體上。不能避開時,應(yīng)采取有效的治理措施后,再確定線路的位置。另外,河岸兩側(cè)地形多樣,需結(jié)合河岸開闊或是狹窄,并考慮地質(zhì)條件,才能確定最終的位置和結(jié)構(gòu)形式。
其二,在河岸開闊、地質(zhì)和地形條件較好的地區(qū),河流兩側(cè)農(nóng)田較多,適宜居住。為了服務(wù)于地方,線路一般應(yīng)選在居民點和工礦企業(yè)較多的一側(cè)。但是也要注意不打擾居民休息,避免拆遷和少占農(nóng)田,所以線路不能局限于河流一側(cè),需要在適當(dāng)位置跨河。
其三,河流有曲有直,在河流順直處,可以沿河流方向盡可能多設(shè)計直線;而在河流彎曲處,就需要設(shè)計較多的曲線;再加上縱斷面上的地形起伏,有時會使得線形過于復(fù)雜。這時考慮到行車的安全和舒適的需求,也可以截彎取直,直接以隧道的形式通過,使得線路短直,和鐵路線路盡可能多設(shè)計直線的基本原則相一致。
其四,水是非常寶貴的生態(tài)資源。在選線時,也應(yīng)將保護水資源,最大限度地維護生態(tài)環(huán)境。在技術(shù)選線和經(jīng)濟選線的基礎(chǔ)上,上升到環(huán)境選線這一高度。
通過對沿河線的特點分析,發(fā)現(xiàn)沿河線的線形復(fù)雜,經(jīng)常需要設(shè)置橋梁、隧道等結(jié)構(gòu)物,而且要兼顧生態(tài)環(huán)保的需求。所以,在沿河選線時,需要注意以下幾個問題。
其一,由于河流彎曲線路需要沿河流展線時,盡量不設(shè)計小半徑曲線,即曲線轉(zhuǎn)角大于180o的曲線。因為在沿河地段設(shè)置小半徑曲線,一旦車輛脫軌或側(cè)翻,會直接落入水中,對行車安全十分不利。所以即使需要展線,也應(yīng)在地形較平坦的河岸,利用大半徑曲線,即曲線轉(zhuǎn)角不大于180o的曲線進行展線,保證行車安全和線路平順[1]。
其二,當(dāng)需要橋梁形式跨河時,由于橋梁本身受力已經(jīng)很復(fù)雜,為了避免由于線形復(fù)雜導(dǎo)致受力分析更為困難,橋梁平面應(yīng)盡量設(shè)在直線上,縱斷面應(yīng)盡量設(shè)在平道上,整個橋長范圍內(nèi)不設(shè)平曲線和豎曲線。當(dāng)橋兩端接近平曲線或豎曲線時,注意曲線不要延伸到橋梁范圍內(nèi)。橋梁方向盡量與水流方向正交,以減少橋長,受力明確。另外,跨越河流的橋梁,除了其結(jié)構(gòu)要求外,還應(yīng)滿足橋下通航凈空的要求,其值應(yīng)根據(jù)通航、通車及排洪要求決定。
其三,當(dāng)以隧道結(jié)構(gòu)代替沿河展線時,隧道也盡量不設(shè)在平曲線上。因線路曲線部分需要加寬,若在隧道內(nèi)加寬使得施工復(fù)雜。另外,隧道內(nèi)是封閉空間,為了滿足排水需要,根據(jù)隧道的長度,隧道內(nèi)需要設(shè)單面坡或人字坡,坡度不宜小于3‰。
修建鐵路的目的是服務(wù)于地方,為了更好地實現(xiàn)這一目標(biāo),必須深入分析河流兩岸的人文、地質(zhì)、地形乃至政治經(jīng)濟等條件,才能最終選定一條集安全、經(jīng)濟和生態(tài)效益的高品質(zhì)線路。
其一,當(dāng)河岸比較開闊,能夠找到理想階地定線時,首先應(yīng)判定邊坡的穩(wěn)定性,確定滑動層位置,再采取有效的邊坡治理措施后,將線路放置于滑動層下方的理想階地上。通常以路堤形式通過,為保證線路不受洪水影響,線路高度應(yīng)高出最高洪水位、波浪侵襲高度和壅水高度之和,再加0.5m富余量[2]。且考慮水流沖刷的影響,可放坡至河岸,并做好沖刷防護工程,如圖1所示。
其二,河岸狹窄,找不到理想階地定線時,這種情況下往往河流兩岸的地質(zhì)和地形條件也比較差,河岸兩側(cè)極易產(chǎn)生滑坡、泥石流等災(zāi)害。原則上能繞則繞,無法繞避時,要結(jié)合邊坡類型進行定線。具體有以下幾種情況[3]:
第一,如果邊坡高度不高,可以適當(dāng)削坡減載,放緩坡率,并在易滑坡位置做防沖刷工程,尤其注重反濾層的設(shè)置,然后以路堤形式通過,如圖2所示。
第二,邊坡高度比較高時,在做好邊坡治理措施后,在邊坡滑動面以下直接挖隧道通過,既保證了行車安全,也使得線路短直。
第三,對于滑動層很淺的滑坡,可以清除全部滑動土體,使得線路處于穩(wěn)定的土體上。
其三,當(dāng)線路需要跨河時,多采用橋梁形式。根據(jù)跨河橋梁盡量設(shè)在直線和平道上、與水流方向垂直、滿足橋下凈空高度的設(shè)計要求。線路原本定于在A處跨河,如圖3中虛線所示,橋梁上沒有平曲線,線路短直。但在此處河岸兩端高差較大,若強制將橋梁位于平道上,跨過橋梁后地形自然坡度比較大,為了克服自然高差,可能需要挖隧道通過,無疑使得線形更加復(fù)雜。所以,最終決定適當(dāng)展線,分別設(shè)計曲線1和曲線2,改為在地形平坦的B處跨河。雖然線路長度增加,但使得整條線路都位于比較平坦的地形上,無須挖隧道,線形簡單平順,且與水流方向基本垂直,對行車安全和旅客舒適均有利[4]。
其四,當(dāng)線路遇到河灣時,就需要結(jié)合地質(zhì)地形條件來確定線路方案。當(dāng)河岸開闊時,可以利用大半徑曲線適當(dāng)展線,沿河繞行,以線路的展長爭取高度,代替隧道。但是當(dāng)河岸狹窄時,盲目展線會使得線形過于復(fù)雜。如圖4所示,如果沿河展線,為了避免線路縱坡過大,需要設(shè)置三條小半徑曲線,對行車安全和旅客舒適均不利。所以截彎取直,直接以隧道形式通過,避免了縱坡過大,且使得線路短直,雖然投資可能增大,但對行車安全和旅客舒適均有利。
其五,鐵路選線時,應(yīng)避免破壞自然景觀和人文景觀,并注重生態(tài)環(huán)境的保護。河流是自然環(huán)境中的敏感點,河流兩岸農(nóng)田、植被很多,選線時應(yīng)盡量避開。同時,水是非常寶貴的生態(tài)資源,選線時應(yīng)兼顧水環(huán)境保護、防止水土流失的原則。沿河線水資源豐富,對鐵路沿線綠化有利,創(chuàng)造人工綠化防護與自然背景相協(xié)調(diào)的景觀,同時達到行車安全,保持水土和旅客舒適的目的。
以上分析基本上包括了沿河選線過程中所遇到的典型問題,可以在具體的選線工作中加以借鑒。如圖5所示河流有曲有直,河流順直段沿河流方向定直線。在河流彎曲處,考慮展線或挖隧道通過,比較兩種方案的技術(shù)難度和經(jīng)濟效益等因素。河流一側(cè)農(nóng)田和居民較多,另一側(cè)地勢逐漸升高,所以線路不能局限于一側(cè),選擇合適的位置跨河,既要避開農(nóng)田和居民,又要考慮線路的位置和結(jié)構(gòu)形式。
線路到達A點后,若一直將線路置于這一側(cè),會侵占農(nóng)田,所以線路選定在B點以橋梁形式跨河。在此處跨河,橋梁縱軸線方向和水流方向基本垂直。而河流另一側(cè)地勢逐漸升高,但河岸比較開闊,通過現(xiàn)場踏勘可以找到放置線路的理想階地位置,將線路放置于階地高度上,做好邊坡防護工程,將線路設(shè)計為路堤形式[5]。在線路B點跨河后,為了減小線路縱向坡度,在C處設(shè)計曲線1,D處設(shè)計曲線2,注意C處曲線與橋梁之間的距離,使線路基本位于兩條相鄰等高線之間,保證不超過設(shè)計坡度。當(dāng)線路到達E處,需要將展線和挖隧道兩種方案進行技術(shù)和經(jīng)濟比較。如果直接挖隧道通過,如圖5中虛線部分所示,線路短直,安全條件好,對運營有利,但投資會增大。如果展線也能滿足線路平順,不設(shè)小半徑曲線的要求,考慮直接展線,降低投資。通過觀察地形圖和現(xiàn)場踏勘,此處地形比較開闊,可以分別在E、F處設(shè)兩條大半徑曲線,以套線的形式展線[6]。F點之后河流順直,可以沿著河流方向設(shè)計成直線。
整條線路的設(shè)計考慮了行車安全,旅客舒適,保護農(nóng)田等因素,遵循線形簡單且平順,結(jié)構(gòu)形式合理的原則,設(shè)計出了一條既滿足運輸需求,又考慮經(jīng)濟效益和生態(tài)環(huán)保的線路。
沿河選線有著豐富的設(shè)計內(nèi)容,針對沿河選線過程中的一些典型問題進行研究,結(jié)合具體案例進行說明。沒有哪一種方案是完美的,一條好的線路是集安全、生態(tài)于一體的,需要權(quán)衡好技術(shù)選線、經(jīng)濟選線和環(huán)境選線的關(guān)系,因地制宜,才能在沿河選線時,充分實現(xiàn)鐵路線路服務(wù)于地方,為旅客提供安全舒適的旅行環(huán)境,并與周圍環(huán)境相協(xié)調(diào)的目的。