向莆鐵路選線的總體思路

趙忠保

(中鐵第四勘察設計院集團有限公司,武漢 430063)

1 新建向莆鐵路的構思和功能定位

目前福建省與江西省及中西部地區聯系的鐵路通道主要有鷹廈、橫南、贛龍線,均為山區單線鐵路,技術標準低、運輸能力小、旅行速度低,難以滿足不斷增長的客貨運輸需要;即使對相關既有鐵路適當加強改造,預測福建至中西部地區的鐵路運輸能力缺口:2020年為貨運量 1 963萬 t,2030年為客車 20對、貨運量3310萬 t。同時,利用相關既有通道改擴建不僅工程投資巨大、列車迂回運輸,而且路網布局不合理,也不利于地方經濟發展。因此,研究提出贛閩兩省間必須新建一條大能力、高標準的快速鐵路,才能適應未來福建至江西等中西部地區的客貨交流需要,才能滿足未來經濟發展的需要。

根據運量預測,向莆鐵路近期(2020年)客車 50對 /d,貨運 1 260萬 t/年 ;遠期 (2030年 )客車 75對 /d,貨運 1 773萬 t/年;遠景年輸送能力為客車 100對、貨運量 2 000萬 t。

因此向莆鐵路是以客為主兼顧貨運的快速鐵路干線,主要承擔福建省大部分地區與內地中西部地區的旅客、貨物和雙層集裝箱交流以及省內城際客流運輸。是全國快速鐵路運輸網的重要組成部分,是福建省通往中西部地區的快捷大能力通道,也是福建沿海港口通達內陸腹地的后方通道。

2 建設項目起訖點研究

2.1 起點方案研究

南昌地區為江西省經濟、政治、文化中心,南昌樞紐為我國京九、浙贛兩大通道的交匯點,是路網上重要樞紐,因此項目起點定為南昌地區。

2.2 終點方案研究

2.2.1 線路終點選擇的初步意見

根據福建海峽西岸經濟區的生產力布局和沿海城市經濟特征,重點研究了福州、莆田、泉州、廈門(漳州)、寧德等 5個終點方案進行比選(表1)。

表1 江西至福建快速鐵路通道終點方案比較

廈門、泉州、寧德終點方案分別位于福建沿海的南部或北部,客貨流吸引范圍較小,部分客貨流繞行距離長,不能解決鷹廈、外福線能力緊張狀況。福州、莆田終點方案位于福建沿海的中部地區,客貨流吸引范圍大,能徹底打通福建省與中西部地區間運輸“瓶頸”,與鷹廈、橫南、贛龍線分工合理、協調;與相關路網協調性較好,投資較省,但中西部地區至福州、廈門的客貨流兩方案均有不同程度的繞行,福州終點方案和莆田終點方案各有優勢。因此,線路終點可在福州或莆田終點方案中選擇,也可選擇同時連接福州和莆田方案。

2.2.2 南昌至福州、莆田接軌方案研究(表2)

單獨引入福州方案新建線路最短,工程投資最省,充分考慮了省會城市的核心地位,存在的主要問題是與同時引入福州、莆田方案相比,人口最稠密、經濟最發達、客貨運輸需求最旺盛的福廈城市帶的大量客貨流(客車 35對,貨運 960萬 t)均需繞行 67.51 km。

單獨引入莆田方案新建線路較短,工程投資較省,接點位置適中,也有利于湄洲灣港貨物的大進大出;但主要問題是福州及以北方向占本線 54%的客運量(客車 40對)和 44%的貨運量(750萬 t)均需繞行 72.02 km,同時沿海方向客貨列車全部擠占福廈線能力,加速沿海通道中最繁忙區段福廈線客貨分線工程提前實施。

線路同時引入福州、莆田方案兼容了單獨引入福州和單獨引入莆田兩個方案的優點,克服其不足,可較好地滿足福建沿海地區的客貨運輸需求,突出中心城市的輻射作用,有利于沿海中部港口群的開發和發展,最大限度地為福建全省尤其是沿海地區的經濟發展提供優質的運力支持;同時,可大大減少不合理迂回運輸,節省大量運營支出和降低社會成本。但該方案由于增建永泰至莆田段 59.08 km,致使工程投資大,財務效益稍遜,但國民經濟效益、社會效益和路網整體效益較好。

表2 南昌至福州、莆田接軌方案技術經濟指標

推薦意見:同時引入福州、莆田方案雖然工程投資最大,但從有利于鐵路運輸、提高社會效益、緩解沿海通道運輸壓力、延遲福州樞紐擴建工程、促進港口及其后方通道建設、有利于沿海城市發展等方面都具有優勢,建設路網作用明顯。因此,推薦線路同時接福州、莆田方案。

3 地形、地質及工程概況

3.1 沿線地形特征

向莆鐵路西起江西省的南昌市,途經宜春市、撫州市,福建省的三明市,在永泰分岔同時引入莆田市和福州市,正線全長 635km,橫穿贛閩交界的武夷山脈和閩中的戴云山脈及其縱橫交錯的許多支脈和峰嶺,橫跨贛江水系和閩江水系及其眾多支流,山高坡陡,河谷深切。

3.2 工程特征

向莆鐵路南昌至省界 240 km為贛撫平原和丘陵區,福建省境內為中低山區,全線橋梁比重 70%,其中福建省境內高達 90%,再加上山體厚重,導致線路方案形成眾多的特長或超長隧道,全線大于 10 km的隧道 9座 136.72 km,其中大于 15 km的隧道 4座73.23 km。

主要不良地質:膨脹土、軟土、巖溶、危巖落石、崩坍錯落、堆積體、小型滑坡、溜坍、小型泥石流,深埋隧道高地應力、高地溫、巖爆、軟巖大變形等。因此向莆鐵路是一條“地形非常之困難、地質非常之復雜、工程非常之艱巨”的山區鐵路。

4 限制坡度的研究

本線旅客列車采用電動車組,其對坡度有很強的適應能力,因此,本線限制坡度的選擇主要從貨物列車組織方式的角度,對不同限制坡度進行技術經濟比較。

4.1 相鄰鐵路限制坡度、牽引質量簡述

與本線相鄰鐵路的到發線有效長均為 850m,浙贛線限制坡度為 7.2‰,牽引質量 4 000 t;正在進行電化改造的京九鐵路限制坡度為 6‰,牽引質量為4 000 t及以上;在建的沿海鐵路限制坡度為 6‰,具備運行 4 000 t的條件。因此,在選擇本線限制坡度時,盡量與相鄰線路技術標準協調一致,保證運輸組織的通暢。

4.2 限制坡度與地形適應性分析

本線所經江西省境內地形以平原、低丘區為主,采用 6‰能夠適應地形;所經福建省境內地形以中、低山區為主,地形起伏較大,區域整體地貌呈馬鞍形。沿線武夷山脈、戴云山脈及其余脈為起伏的高點,主要城市多位于溝谷底部為起伏的低點,因此,本線所經沿線城市站位高程為影響縱斷面的主要控制因素。

從適應地形地貌分析:江西省境內約 210 km線路采用 6‰能夠適應地形,加大限制坡度作用并不明顯;福建省境內以城市車站為控制,平均自然坡度均不大于 6‰,采用 6‰及以上的限制坡度均能適應地形,加大限坡雖然對整體工程影響較少,但對縮短特長隧道、降低橋梁高度有一定的效果。

4.3 方案構成

結合本線運輸特點,與相鄰線路技術標準相協調,并盡可能減少越嶺長大隧道工程,降低施工難度和工程風險,本項目對限制坡度 6‰、9‰、13‰、局部 13‰共計 4個方案進行了研究比選。

4.4 限制坡度的選擇

4.4.1 方案比選說明(表3)

6‰限坡方案:雖然線路長度最短,運營費最省,但橋隧工程最多,工程最艱巨,長度大于 10 km的特長隧道有 9座 155.073 km,最長隧道達 27 558 m。工程投資最大,折合工程運營費現值最貴。

表3 不同限制坡度方案技術經濟

9‰限坡方案:橋隧工程相對較艱巨,最長隧道 22 175m,與 6‰方案相比,線路展長 1.865 km,橋梁長度減少 4 951m,隧道長度減少 3 678m,工程靜態投資節省 121 890萬元,換算工程運營費現值減少27 146萬元。

13‰雙機方案:與其他限坡方案相比較,橋梁長度和隧道長度最小,縮短了部分特長隧道的長度,降低了施工難度和工程風險,工程靜態投資最省,換算工程運營費現值較省,但需采用雙機牽引,增加機車車輛購置費和運營費用,路網適應性和運營靈活性較差。

局部 13‰雙機方案:縮短了雙機坡地段的長度,相對于全線雙機而言可節省機車車輛購置費和運營費;換算工程運營費現值最小。但該方案需增設補機點,增加運營作業時分,對運營產生不利影響,路網適應性和運營靈活性較差。

4.4.2 研究結論

根據 4個方案的優缺點分析比較,9‰限坡方案雖然需采用大功率機車牽引 4 000 t,增加機車車輛購置費和運營費用,但隨著機車車輛的發展,該方案的路網適應性和運營靈活性將更加靈活;而且該方案可有效地縮短部分特長隧道的長度,降低了施工難度和工程風險,其中戴云山隧道由 27.7 km縮短至 15.6 km,大部分特長隧道采用人字坡,較 6‰方案節省投資 12.2億元、工程運營費節省 2.7億元,故研究推薦 9‰限坡方案。

5 環保水保選線

向莆鐵路沿線自然保護區、風景名勝區、水源保護區、文物保護單位等環境敏感點和軍事敏感點眾多,研究區域分布有國家級環境敏感點 35個、省級 164個。環保選線是根本解決鐵路對生態敏感目標影響的最有效手段,設計對可能通過生態敏感目標的線路在各方面因素協調統一的情況下,通過生態環境、水土保持、土地資源、拆遷安置及城市規劃、社會經濟等多種因素的分析比較,采取最大限度的繞避措施。向莆鐵路推薦的線路走向避開了所有森林公園、飲用水源一級保護區及絕大多數的生態環境保護目標。但受線路走向及城市設站等因素的控制,通過了泰寧世界地質公園的外圍生態保護區;以長隧道(青云山隧道)下穿青云山國家級風景名勝區及藤山和老鷹尖省級自然保護區。設計的泰寧車站繞避了地質公園的二級保護區及金湖風景名勝區,僅通過地質公園的外圍生態環境保護區,最大限度地減少了對地質環境影響。泰寧站占地類型主要為林地、農田和荒地,受人類活動的影響,植被遭到不同程度的破壞,水土流失比較嚴重。由于站址現狀環境質量一般,工程建設不會對該區域的生態環境和景觀造成質的影響。設計中采取對橋梁、路基、隧道洞口進行綠化、植物防護等景觀設計,施工結束后隨著植被的恢復以及綠化工程的實施,原來被破壞的景觀將被另一種景觀所替代。

由于受永泰設站和線路走向的控制,線路以長隧道形式下穿青云山國家級風景名勝區、藤山、老鷹尖省級自然保護區。由于隧道埋深 150～890m,工程運營不會對環境產生影響,影響主要表現為在施工期斜井開挖對景區、保護區產生的影響。設計中在加強景觀、綠化設計的同時,重點加強施工方案優化,使得隧道進出口、斜井等施工作業均在保護區之外,對隧道洞身斷層帶施工采取徑向注漿或超前帷幕注漿,防止地下水流失,施工結束后,對施工便道和斜井洞口進行植樹綠化和景觀設計,將其改造為旅游通道;景觀綠化樹種選擇與景區植被景觀規劃相協調,增加植物的觀賞價值,優化景觀效果,青云山隧道施工期環境影響可控;綜合社會、經濟、環境多因素考慮,環境評價設計方案可行。因此建設部、國家環保總局、福建省同意線路以隧道形式穿過青云山風景名勝區、藤山、老鷹尖省級自然保護區。

6 結語

選線設計是鐵路運輸的靈魂,更是鐵路建設優劣成敗之命脈,又是一項涉及因素多、牽及面廣、區域范圍大的系統性工程,如何結合當地的自然條件,發掘最合適的路線,確有其深邃的價值。結合向莆鐵路的選線設計,總結的“路網選線、城市選線、地形選線、地質選線、環保選線”基本含概了選線的基本原則和方法。

(1)路網選線主要根據《中長期鐵路網規劃(2008年調整)》,依據預測的客貨運量,研究比選項目的起訖點方案,并確定項目的功能定位。

(2)隨著我國經濟建設的發展,城市布局已成為制約線路走向的重要因素。城市選線主要結合城市的現狀、工農業布局、交通體系和總體規劃及區間城鎮的分布,研究項目起訖點的鐵路總圖布置和引入方案,區間城鎮作為經濟據點的經由比選和車站站址方案的研究。

(3)地形選線、地質選線是日常設計中最常用的兩種方法,地形選線主要結合隧道長度、橋渡方案和引線條件,選擇適宜當地自然條件的線位方案和限制坡度;地質選線重點關注區域地質構造,繞避大型滑坡、區域或活動斷裂、巖溶強發育區等大中型不良地質,對小型不良地質做到“繞有依據、治有措施”,宜最短距離通過為原則。

(4)環境保護、節約土地、拆遷安置是鐵路選線設計需高度關注的一項關鍵課題,而環保選線是根本解決鐵路對生態敏感目標影響的最有效手段,通過環保選線,采取最大限度的繞避措施,保護環境,節約用地,減少拆遷安置工程是環保選線的目的。對必須通過的環境敏感點,必須繞避其核心區、緩沖區等二級以上保護區,宜選擇在外圍保護地帶或邊緣通過,在設計中盡量考慮隧道、橋梁工程,減少對地表和植被的破壞,在工程方案中必須考慮符合當地自然環境的綠化景觀設計。

[1] GB50090— 2006,鐵路線路設計規范[S].

[2] 鐵建設[2005]285號,新建時速 200 km客貨共線鐵路設計暫行規定[S].

[3] 鐵道部第一勘測設計院.鐵路工程設計技術手冊?線路[M].北京:中國鐵道出版社,1994.

[4] 中鐵第四勘察設計院集團有限公司.向莆鐵路可行性研究報告[R].武漢:2007.