尼日利亞拉伊鐵路線路方案研究

姜義高

(中國(guó)土木工程集團(tuán)有限公司 北京 100038)

1 概述

尼日利亞是非洲人口最多的國(guó)家，是世界第12大產(chǎn)油國(guó)和第8大石油輸出國(guó)，在整個(gè)非洲大陸起著舉足輕重的作用。尼日利亞將建設(shè)成擁有世界級(jí)交通系統(tǒng)的中西部非洲中心，其中，拉伊鐵路全長(zhǎng)約156.08 km，是尼鐵現(xiàn)代化項(xiàng)目的關(guān)鍵線路[1]。

2 線路概況

2.1 線路建設(shè)概況

根據(jù)國(guó)家鐵路建設(shè)規(guī)劃，拉伊鐵路位于尼日利亞西南部，線路起點(diǎn)為拉各斯港口城市，拉伊鐵路沿線貫穿各州主要人口、城鎮(zhèn)分布密集區(qū)，對(duì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展具有重要意義。

根據(jù)近期規(guī)劃，線路以客運(yùn)為主、貨運(yùn)為輔，遠(yuǎn)期客貨并重。本線路正線工程線路全長(zhǎng)156.08 km，設(shè)站7座，是一條內(nèi)陸港運(yùn)輸線，內(nèi)陸港規(guī)劃在Ibadan。

2.2 線路功能定位

本線路是國(guó)家現(xiàn)代化鐵路網(wǎng)中西部地區(qū)一條縱線Lagos至Kano鐵路最南段，Lagos至Kano鐵路經(jīng)8個(gè)州及首都區(qū)，同時(shí)連接了尼日利亞首都，是國(guó)家南北經(jīng)濟(jì)走廊最為重要的交通基礎(chǔ)設(shè)施，Lagos至Ibadan段是Lagos至Kano線的重要組成部分和先期實(shí)施段。

Lagos至Kano鐵路沿線途經(jīng)包括Abuja在內(nèi)的8個(gè)州及首都區(qū)，沿線人口占全國(guó)的1/3，分布有全國(guó)前四大城市(Lagos、Kano、Ibadan和 Abuja)，人口城鎮(zhèn)分布密集，是全國(guó)最為重要的經(jīng)濟(jì)走廊之一，建成后將成為沿線地區(qū)運(yùn)輸主通道和帶動(dòng)沿線經(jīng)濟(jì)發(fā)展的大動(dòng)脈[2]。

2.3 客貨運(yùn)量預(yù)測(cè)

本線運(yùn)量最大區(qū)段為L(zhǎng)agos-Kajola，近期重車方向貨流密度320萬(wàn)t，客流密度400萬(wàn)人，開行旅客列車16對(duì)/d；遠(yuǎn)期重車方向貨流密度1 880萬(wàn)t，客流密度1 850萬(wàn)人，開行旅客列車62對(duì)/d，各區(qū)段客貨運(yùn)量預(yù)測(cè)值如表1所示。

表1 區(qū)段貨流密度、客流密度及客車對(duì)數(shù)

2.4 主要技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)

綜合考慮線路通過能力及施工難易程度，確定了拉伊鐵路主要技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)[3]。軌距為1 435 mm，正線為雙線，線間距為4.2 m，限制坡度12‰，全線推薦速度目標(biāo)值150 km/h，相應(yīng)最小曲線半徑一般為2 000 m、困難為1 600 m。

3 線路走向方案設(shè)計(jì)

Lagos至Ibadan鐵路是尼日利亞鐵路現(xiàn)代化項(xiàng)目的重要組成部分，Lagos既是Lagos至Ibadan鐵路的起點(diǎn)，更是整個(gè)鐵路現(xiàn)代化項(xiàng)目客貨來(lái)源的支撐點(diǎn)。鐵路現(xiàn)代化項(xiàng)目與既有窄軌鐵路共通道，Lagos線路走向既要考慮遠(yuǎn)期與既有鐵路的關(guān)系，又要考慮近期對(duì)城市和既有鐵路的影響。

為此，考慮拉伊鐵路遠(yuǎn)期規(guī)劃的情況下，針對(duì)既有窄軌廢棄與否、增設(shè)新通道方法、既有窄軌利用方法等問題[4-5]，遴選了Lagos地區(qū)兩大系列6個(gè)方案，如圖1所示。

圖1 線路走向方案設(shè)計(jì)概覽

3.1 不引入Lagos城區(qū)方案

3.1.1 既有窄軌充分利用方案

此方案中，北上出發(fā)和到達(dá)旅客列車在Kajola辦理，同時(shí)構(gòu)建了標(biāo)準(zhǔn)軌和窄軌鐵路換裝的功能。該方案在保證既有線路常規(guī)條件下運(yùn)營(yíng)的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)既有線路窄軌的完整保留[6]。但此方案的缺點(diǎn)也是較為明顯的:其一，Kajola站距離拉各斯城區(qū)較遠(yuǎn)，很難吸進(jìn)乘客；其二，Kajola站距離拉各斯港口太遠(yuǎn)，難以保證貨物的送達(dá)及時(shí)性；其三，根據(jù)前述客貨運(yùn)量預(yù)測(cè)，遠(yuǎn)期客貨運(yùn)量已超過了當(dāng)前單線窄軌的運(yùn)量。綜上，宜考慮其他方案。

3.1.2 既有窄軌合理改造方案

通過對(duì)既有窄軌合理改造方案的研究計(jì)算，為滿足擴(kuò)能及遠(yuǎn)期運(yùn)量的限額，所造成的工程改造成本極大:既包括Lagos至Kajola段既有鐵路的路基、橋涵、軌道、排水系統(tǒng)、城市道路立體交叉工程等土建工程的改造，還包括機(jī)車、車輛、通信、信號(hào)、電力等站后設(shè)備的更新改造，同時(shí)還需對(duì)Ijoko至Kajola段約8 km單線地段增建第二線。經(jīng)過多方面的評(píng)估，該方案的改造難度已經(jīng)超過了雙線鐵路的重建難度，同時(shí)工程造價(jià)超過7億元。

根據(jù)上述分析可知:若本項(xiàng)目不引入Lagos城區(qū)，無(wú)論現(xiàn)狀利用既有線方案還是改造既有線方案，都無(wú)法從根本上整治既有鐵路的各種病害及面臨癱瘓的局面，也解決不了通道內(nèi)鐵路運(yùn)輸能力的供需矛盾，更失去了Lagos至Kano線建設(shè)的真正意義。因此，把鐵路現(xiàn)代化項(xiàng)目引入城市腹地及港口，在Lagos城市中心新建雙線標(biāo)準(zhǔn)軌鐵路并設(shè)置客貨運(yùn)車站，將成為研究工作的必然之選[7]。

其次，從城市發(fā)展的需求分析，Lagos城市是全國(guó)最大的金融中心，經(jīng)濟(jì)總量占全國(guó)的近70%，現(xiàn)狀人口已超過2 100萬(wàn)，而且擁有全國(guó)最大的港口，并承擔(dān)了絕大部分的貨物吞吐作業(yè)。因此，無(wú)論從方便旅客出行、有利于疏港物資集散出發(fā)，還是從帶動(dòng)城市建設(shè)快速有序發(fā)展考慮，新建鐵路都必需深入城市腹地，連通港口碼頭。

再者，新建鐵路走向必須遵循“經(jīng)濟(jì)合理、減少拆遷、易于實(shí)施”的原則。Lagos為特大型城市，Lagos港為國(guó)際碼頭，客貨交流的有序、高效運(yùn)作對(duì)Lagos城市乃至全國(guó)的社會(huì)經(jīng)濟(jì)快速、健康發(fā)展舉足輕重，既有鐵路系統(tǒng)已無(wú)力擔(dān)此重任。

因此，建設(shè)大運(yùn)能、高效率的新型鐵路交通體系勢(shì)在必行。綜合上述分析可以發(fā)現(xiàn)，新建鐵路在連接港口的同時(shí)須貫穿中心城區(qū)，形成交通體系。

3.2 城區(qū)接通港口引入方案

由上可知，Lagos至Kano線須貫穿中心城區(qū)，形成交通體系。考慮線路遠(yuǎn)期規(guī)劃，針對(duì)既有窄軌舍棄、占用與否等問題，綜合遴選了貫穿城區(qū)、連接港口的線路方案[8-9]，主要包括關(guān)鍵城區(qū)繞行方案、既有窄軌通道并行方案、既有窄軌通道舍棄方案、既有窄軌通道保留方案，具體設(shè)計(jì)如圖2所示。

圖2 線路走向方案設(shè)計(jì)

3.2.1 既有窄軌通道舍棄方案

Lagos地區(qū)線路自Apapa港口進(jìn)入之后，首先利用既有窄軌和Apapa港口支線，隨后經(jīng)過E.B.J、Agege至 Kajola，線路沿途對(duì) Apapa、Lagos、Agege等進(jìn)行站點(diǎn)的新增，線路全長(zhǎng)為45.54 km。此方案拆除了Kajola以南既有線，同時(shí)向北在Kajola附近新設(shè)計(jì)了窄軌系統(tǒng)，此外建設(shè)部分保證機(jī)務(wù)、檢修的設(shè)備設(shè)施，保證窄軌的正常運(yùn)營(yíng)。

3.2.2 既有窄軌通道保留方案

考慮到窄軌系統(tǒng)可能受到的影響，針對(duì)性地設(shè)計(jì)了平行窄軌方案，方案自Apapa港口引出之后，線路途經(jīng)Alaka，進(jìn)而沿Agege Motor Road東側(cè)向北延伸至Iju接軌站，充分利用停運(yùn)支線，參照既有窄軌通道舍棄方案新增站點(diǎn)Apapa、Lagos、Agege，線路全長(zhǎng)為46.04 km。

3.2.3 關(guān)鍵城區(qū)繞行方案

考慮到對(duì)既有窄軌運(yùn)營(yíng)及城市的影響，設(shè)計(jì)了關(guān)鍵城區(qū)繞行方案。此方案同樣從Apapa港口引出，沿線跨越 Apapa Oworonshoki Express Way、Lagos Badagry Road之后，新增Lagos站點(diǎn)，從Lagos站引出至Ijegun，隨后經(jīng)過 Itele，在 Owode Ijako南端跨越停運(yùn)的Iju—Ifo支線接上Kajola，線路全長(zhǎng)為57.14 km。

3.2.4 既有窄軌通道并行方案

考慮到窄軌系統(tǒng)及附屬設(shè)備的運(yùn)營(yíng)效果，設(shè)計(jì)了與既有窄軌的并行窄軌方案，首先拆除既有窄軌左線，適當(dāng)改移既有窄軌右線。線路全長(zhǎng)44.54 km，從Apapa港引出后，沿Apapa港口支線和既有窄軌E.B.J—Kajola左側(cè)走行，沿途新設(shè)Apapa港灣站、Lagos站、預(yù)留Agege站。

規(guī)劃的Lagos紅線輕軌位于保留的既有窄軌鐵路右側(cè)(東面)，本項(xiàng)目與紅線輕軌均避免改移既有站窄軌系統(tǒng)有關(guān)機(jī)務(wù)、車輛等的維修、養(yǎng)護(hù)設(shè)施。既有30 m通道內(nèi)布置線路，從東到西分別為L(zhǎng)agos紅線輕軌雙線、窄軌單線、Lagos至Kano線雙線，從而構(gòu)建5條線路共用同一通道的網(wǎng)絡(luò)。

3.3 線路走向方案比選

3.3.1 工程量對(duì)比

各線路走向方案工程量對(duì)比[10]如表2所示。由表2可知，繞城方案線路長(zhǎng)度最長(zhǎng)，且工程總額最高，而不保留既有通道方案線路長(zhǎng)度相對(duì)較短，工程總額減少1 633萬(wàn)美元。

表2 各方案工程量對(duì)比

3.3.2 優(yōu)缺點(diǎn)分析

各線路走向方案優(yōu)缺點(diǎn)分析如表3所示。如果要在人口高度集中、建筑物異常密集的中心城區(qū)另行開辟一條新的鐵路通道，拆遷工程巨大，工程投資昂貴，且易造成城市景觀污染。又因尼鐵現(xiàn)代化項(xiàng)目Lagos至Kano線與既有西北線走向相同，服務(wù)的范圍相同，準(zhǔn)軌鐵路速度快且運(yùn)量大，對(duì)既有窄軌的替代作用較強(qiáng)，因此從長(zhǎng)期看，窄軌鐵路在Lagos至Kano線建成后將處于競(jìng)爭(zhēng)中的弱勢(shì)地位，最終窄軌系統(tǒng)也必將廢棄，只要處理好窄軌系統(tǒng)的人員安置，在Lagos至Kano線建成后窄軌西北線可以全線停止運(yùn)營(yíng)。從減少房屋拆遷、降低工程造價(jià)、改善施工條件等因素考慮，廢除Lagos市內(nèi)的窄軌系統(tǒng)，占用既有窄軌鐵路通道成為新建鐵路Lagos至Kano線、Lagos城市紅線輕軌線路走向的最佳選擇。

表3 各線路走向方案優(yōu)缺點(diǎn)分析

3.3.3 方案推薦意見

綜上所述，在遠(yuǎn)期鐵路現(xiàn)代化項(xiàng)目Lagos至Kano段全線建成時(shí)，采用不保留既有窄軌通道方案為L(zhǎng)agos地區(qū)線路走向的最佳方案。但因Lagos至Ibadan準(zhǔn)軌鐵路長(zhǎng)度只有156.08 km，無(wú)法對(duì)Ibadan以北近1 000 km的窄軌沿線提供客貨服務(wù)，對(duì)既有窄軌的替代作用較弱，所以在近期鐵路現(xiàn)代化項(xiàng)目?jī)H建成Lagos至Ibadan段時(shí)，需要保留Lagos地區(qū)窄軌鐵路線路和機(jī)輛及客貨運(yùn)設(shè)施，對(duì)與本項(xiàng)目沖突的窄軌區(qū)間進(jìn)行改移，準(zhǔn)軌和窄軌鐵路并行共享既有線通道，保留既有E.B.J車站，并在E.B.J車站對(duì)面修建準(zhǔn)軌Lagos車站，同時(shí)新建線與既有Apapa港口支線并行的準(zhǔn)軌線路同時(shí)引入Apapa港口區(qū)，實(shí)現(xiàn)疏港功能。

4 線路局部方案設(shè)計(jì)

針對(duì)Lagos城區(qū)縱斷面高程設(shè)計(jì)，由Lagos地區(qū)線路走向方案可知，Lagos至Kajola段沿既有窄軌通道，與既有窄軌鐵路共通道、考慮Lagos紅線輕軌，則該通道為5線布置。在此前提下，結(jié)合本線與既有窄軌鐵路、紅線輕軌關(guān)系，考慮通道內(nèi)城市排水系統(tǒng)及城市道路交叉問題，就本段縱斷面高程設(shè)計(jì)3個(gè)方案，比較范圍CK0+000～CK32+855。

4.1 低路基方案

線路與既有窄軌鐵路、紅線輕軌共路基，與既有窄軌等高敷設(shè)，部分地段低于沿線控制洪水位。此方案修復(fù)完善既有窄軌排水設(shè)施，加大既有排水設(shè)施孔徑，并適當(dāng)設(shè)置抽排設(shè)施，連接Lagos城區(qū)排水系統(tǒng)，但因路基高程較低，存在一定的排水安全隱患和侵泡路基，因此，本段路基填料采用滲水性AB組。與鐵路交叉的城市道路均采用公路跨鐵路的立交形式。

各線路基橫斷面布置形式:Lagos至Ibadan鐵路布置于既有窄軌鐵路西側(cè)，拆除既有窄軌鐵路左線，保留既有窄軌右線并適當(dāng)改移，本線右線與保留的窄軌鐵路距離5.3 m；紅線輕軌在保留的既有窄軌東側(cè)平行布置，輕軌左線距既有窄軌6.5 m，通道總寬度在大部分地段控制在30 m左右，詳細(xì)布置如圖3所示。本線與紅線輕軌、既有窄軌鐵路在Lagos站并站換乘。

圖3 低路基方案斷面圖

施工過渡措施:由于本項(xiàng)目建設(shè)需拆除既有窄軌左線，并適當(dāng)改移右線。實(shí)施期間既有窄軌鐵路可以采用單線運(yùn)營(yíng)進(jìn)行施工過渡，首先既有鐵路采用左線運(yùn)營(yíng)，封閉右線進(jìn)行改移施工，右線改移施工完成后利用右線運(yùn)營(yíng)，并拆除左線進(jìn)行本項(xiàng)目施工。

4.2 抬高路基方案

因低路基方案存在一定的排水隱患，在低路基方案的基礎(chǔ)上研究了本段線路抬高路基方案。此方案縱斷面按沿線控制洪水位及上跨道路凈空控制，整體抬高本線、既有窄軌及紅線輕軌縱斷面，僅需對(duì)既有窄軌鐵路排水設(shè)施適當(dāng)改造即可滿足路基排水要求。為了滿足城區(qū)洪水位的控制要求，本方案縱斷面較既有窄軌縱斷面高程僅抬高約2 m，與鐵路交叉的城市道路均采用公路跨鐵路的立交形式。

各線路基橫斷面布置形式:因既有窄軌需同步抬高，故本項(xiàng)目建設(shè)需拆除既有窄軌鐵路，Lagos至Ibadan鐵路與既有窄軌鐵路等高布置，既有窄軌位于東側(cè)，與Lagos至Ibadan鐵路線間距按5.3 m考慮；紅線輕軌在保留的既有窄軌東側(cè)平行布置，輕軌左線距既有窄軌6.5 m，通道總寬度在大部分地段控制在32 m左右，詳細(xì)布置如圖4所示。本線與紅線輕軌、既有窄軌鐵路在Lagos站并站換乘。

圖4 抬高路基方案斷面圖

施工過渡措施:因既有窄軌鐵路需同步抬高，既有窄軌鐵路需全部拆除重建，本方案施工過渡方案較低路基方案復(fù)雜。因本項(xiàng)目實(shí)施時(shí)，紅線輕軌暫未實(shí)施，建議利用紅線輕軌線位修建施工便線維持既有窄軌鐵路運(yùn)營(yíng)，拆除既有窄軌同步實(shí)施本項(xiàng)目及保留的既有窄軌鐵路。

4.3 橋梁方案

在保證Lagos站落地與既有窄軌鐵路等高的前提下，盡量考慮鐵路兩側(cè)道路的互通，除車站外全線抬高縱斷面設(shè)置橋梁上跨既有道路[11]。

各線布置方式:拆除既有窄軌鐵路左線，Lagos至Ibadan鐵路采用橋梁方式布置于既有窄軌鐵路西側(cè)，保留既有窄軌右線并適當(dāng)改移；因本線采用橋梁方案上跨既有道路，紅線輕軌實(shí)施時(shí)沒有條件采用既有道路上跨輕軌方案，因此紅線輕軌也必須采用高架方案，在既有窄軌鐵路東側(cè)平行布置，大部分采用橋梁方式，Lagos至Agege之間部分車站高架。

施工過渡措施:同低路基方案一樣，由于本項(xiàng)目部分拆除既有窄軌鐵路左線并改移部分既有窄軌鐵路右線。既有窄軌鐵路施工過渡首先利用左線運(yùn)營(yíng)，封閉右線進(jìn)行改移施工，右線改移施工完成后利用右線運(yùn)營(yíng)，并拆除左線進(jìn)行本項(xiàng)目施工。

4.4 方案推薦意見

各方案工程數(shù)量比較[12]如表4所示，各方案優(yōu)缺點(diǎn)分析如表5所示。分析可知，橋梁方案工程投資較大，且對(duì)后期紅線輕軌方案影響較大，通道內(nèi)并行的輕軌工程有2個(gè)車站(Mushin站、Ashodi站)需高架，增加了輕軌的投資；而低路基方案雖然改建既有窄軌長(zhǎng)度較短，工程措施簡(jiǎn)單，既有線施工過渡簡(jiǎn)單，工程投資較省。但是其鐵路路基標(biāo)高均處于Lagos城區(qū)洪水位以下，給路基基床穩(wěn)定和運(yùn)營(yíng)帶來(lái)安全隱患，抬高路基方案滿足了Lagos城區(qū)洪水位的要求，運(yùn)營(yíng)安全有保障，且工程投資適中，綜上所述，宜采用抬高路基方案。

表4 各方案工程量對(duì)比

表5 各方案優(yōu)缺點(diǎn)分析

5 結(jié)束語(yǔ)

鐵路線路走向方案、局部方案的比選，不僅需要綜合考慮工程投資、施工難度、長(zhǎng)期效益、政府意見等因素，還需要結(jié)合該線路、該地區(qū)近期、遠(yuǎn)期現(xiàn)代化項(xiàng)目發(fā)展戰(zhàn)略，保障線路整體及局部安全運(yùn)營(yíng)，從而保證沿線地區(qū)運(yùn)輸主通道的暢通，并帶動(dòng)沿線地區(qū)的經(jīng)濟(jì)大發(fā)展。