蘭合線跨越劉家峽水庫線路方案的綜合比選

魏其燦

(中鐵第一勘察設計院集團有限公司蘭州設計院,蘭州 730000)

1 概述

蘭(州)合(作)線是連接西北、西南與珠三角地區鐵路通道的重要組成部分,為Ⅰ級單線電氣化鐵路,采用16‰最大坡度。線路位于甘肅省南部臨夏回族自治州、甘南藏族自治州境內,由蘭州樞紐內蘭青鐵路八盤峽站南端引出,利用劉家峽專用線線位南行至鹽鍋峽鎮,沿黃河、大夏河河谷穿行于兩岸崇山峻嶺間,經永靖縣、東鄉縣、臨夏市、夏河縣等地至合作市。全線地處甘肅南部黃土高原與青藏高原的過渡地帶,地形、地質條件復雜且差異性較大。其中永靖至考勒段線路需跨越著名的劉家峽水庫、地形起伏劇烈、地質條件復雜、不良地質發育,工程艱巨且技術難度大,屬復雜、艱險山區,選線難度很大,故在項目初測、可行性研究過程中,對跨越劉家峽水庫段線路方案進行了重點研究。

2 影響選線的主要因素分析

2.1 總體情況

從總體走向分析,線路由永靖站引出后,需在跨越劉家峽水庫后,在考勒鄉附近設置會讓站一處,而后穿山而過至東鄉縣河灘鄉設站。劉家峽水庫水面寬闊且需考慮水庫大壩安全,橋梁工程難度大；沿線屬黃土梁峁及低中山區,溝壑、梁峁相間分布,沖溝發育,地形起伏劇烈,各類工程均較艱巨,考勒站位選址困難；沿線沖溝兩側及水庫沿岸滑坡、坡面溜坍、水庫坍岸等不良地質發育,原則上應盡量繞避。上述因素是影響線路方案的主要因素,對其分別進行研究分析。

2.2 跨越水庫的可能橋位

如圖1所示,從降低橋梁工程難度角度分析,應選擇在距水庫大壩較近的洮河或黃河峽谷地帶、水面較窄處跨越庫區；從永靖、考勒與水庫之間的相對位置分析,線路走向有兩跨黃河取直及一跨洮河繞行兩種選擇。因此應對可能的一跨黃河、二跨黃河以及跨洮河橋位分別研究。

圖1 考勒備選站位及黃河、洮河備選橋位示意

受水壩泄洪及庫區蓄水深度達100 m以上、淤積層厚度更達50～60 m的影響,跨越庫區各橋位橋梁主跨均應采用一跨通過水面,避免水中設墩。一跨黃河橋位受劉家峽大壩及永靖縣自來水廠和城市建成區的影響,只能選擇在城東公路橋上游約100 m處,由于地處水庫大壩下游,為避免大壩泄洪沖刷,主跨亦應一跨跨越水面,技術難度大。二跨黃河則可順應線路方案選擇并行公路橋位、橋兒溝橋位或祁家渡口橋位,其中以并行公路橋位主跨跨度最小,橋梁難度相對較低。根據線路走向,洮河橋位則有在洮河入黃河口2.0、1.5、0.5 km三處選擇,其中上游2.0 km處主跨最小,其余兩處主跨跨度均大幅增加。

2.3 考勒站位的可能選擇

根據行車組織要求,考勒站為兩股道會讓站,首先應考慮盡量置于路基、橋梁明線地段,則線路須沿水庫東岸布設,即考勒沿河站位。受溝谷發育影響,站區部分位于水庫回水范圍內需設橋通過,跨度大且需設置水中墩；站區填挖方高度大,站場路基工程艱巨；同時水庫坍岸需進行處理,難度很大。

為規避沿河站位的工程風險,則線路須穿山而行,于隧道間設站,即黃家咀站位。遠離庫區干擾少,不受水庫坍岸影響,工程風險小,但地形局促、部分站坪位于隧道內,引線隧道工程大。

2.4 沿線不良地質分布情況的影響

從永靖至考勒段,線路經過地區不良地質主要表現為滑坡、錯落、坡面溜坍、水庫坍岸等,另分布有濕陷性黃土、膨脹巖等特殊巖土。通過實地調查,結合紙上定線情況：如采用黃家咀站,沿線絕大多數不良地質可予以繞避；而沿河站位則不可避免地受到水庫坍岸的影響。對于特殊巖土,則均有較成熟的技術加以處理,能夠確保安全。

3 研究思路與方案構成

經上述分析初步認為：跨越庫區的橋梁工程均較艱巨,且隨著主跨跨度增加而建設難度越大、工程造價增幅明顯,是影響線路方案的最主要因素；考勒沿河站位有明顯缺點,但由于黃家咀站位亦有不利的方面,故應結合各方案工程造價情況進一步研究比選；線路方案研究中,應盡量繞避沿線不良地質。綜上因素,確定本段線路方案研究思路如下。

以兩跨黃河、一跨洮河兩個方向為主線,以不同橋位合理組合不同站位,紙上定線確定各種可能的線路方案,合理確定線路方案構成；通過深入的現場調查和測繪,計算各方案工程數量,以各方案工程經濟比較為基礎,以工程技術條件為決定因素,遴選確定兩跨黃河、一跨洮河兩個系列的主要方案；對兩個主要方案進行綜合比選最終確定推薦方案。方案研究構成如圖2所示。

圖2 永靖至考勒段線路方案

4 方案的遴選

在擬定方案構成后,對各線路方案進行了紙上定線和現場調查,進行了細致的工程經濟比較,其結果表明：一跨洮河系列方案中,洮河入黃河口1.5、0.5 km橋位方案跨越庫區主跨均達到約300 m,其設計、施工技術難度與投資均大幅增加,工程風險很大,故引入考勒兩可能的站位方案中,均以采用洮河入黃河口上游2.0 km橋位方案投資最低且技術難度適度。而引入沿河站位方案線路明顯增長,工程投資高且地質風險大。故本系列方案中,采用洮河入黃河口上游2.0 km橋位、引入考勒黃家咀站位方案為主要方案,其走向如圖3所示。

兩跨黃河系列方案中,如采用考勒沿河站位,則二跨黃河以采用祁家渡口橋位投資最低；如采用考勒黃家咀站位方案,則二跨黃河以采用并行公路橋位方案投資最省。受祁家渡口橋位跨越黃河主跨度大、引線地段跨越水庫回水區較長的影響,引入沿河站位方案橋梁工程艱巨、技術難度高、地質風險大,工程投資亦較高。因此,本系列方案中以二跨黃河采用并行公路橋位、引入考勒黃家咀站位的方案技術經濟條件較好,確定為主要方案。

5 主要方案的綜合比選

以初測資料為依據,對兩個主要方案進行了同精度設計工程經濟比選,并結合其他因素進行綜合分析。

從工程投資分析：一跨洮河方案雖線路長度較兩跨黃河方案長2.224 km,但由于橋梁主跨度小,隧道圍巖較好,工程投資反而低749萬元。兩方案主要技術經濟比較見表1。

從跨越庫區橋梁工程的技術難度分析：洮河與二跨黃河橋梁主跨跨度分別為165、205 m,對工程技術要求均較高,且需要橋梁工程技術做出一定突破,而這種突破尺度又以二跨黃河幅度更大,設計、施工難度均有較大幅度增加,工程風險也較高。

圖3 線路方案走向

表1 永靖至考勒段線路方案比較

從工程地質條件分析：兩方案處于相同的區域內,跨越黃河、洮河橋位處巖質堅硬,地層穩定,且兩方案均有效繞避了滑坡、錯落等不良地質,總體上地質條件相當。

從施工組織角度分析：跨越洮河方案橋梁主跨度小,工程難度較低；而兩跨黃河方案施工場地開闊、道路運輸方便,但橋梁工程主跨度過大,工程難度高,設計、施工周期長。兩方案總體上不控制工期,但以一跨跨洮河方案工期風險小。

從運輸組織角度分析：兩方案永靖至考勒區間長度均滿足通過能力需求,但兩跨黃河方案線路長度短,運輸組織條件略好。

綜上所述,兩方案各有優勢,一般在這種情況下,考慮線路長度較兩跨黃河線路長度短近2.2 km、通過能力大,具有一定優勢,應予以采用。但經反復權衡推敲,可行性研究設計中卻從降低施工難度、規避工程風險、保證施工安全的角度出發,推薦采用一跨洮河、引入考勒黃家咀站位方案。

2010年3月,鐵道部組織對蘭合線可行性研究進行審查。期間鐵道部鑒定中心對本段線路方案研究的思路、方法和比選成果給予了充分肯定,并同意采用一跨洮河、引入考勒黃家咀站位方案。

6 結語

在復雜艱險山區的線路方案研究工作中,要在深入分析各種影響因素的基礎上,確定主要和控制性影響因素；擬定方案研究層次與方案構成,不遺漏有價值的方案；進行深入細致的技術經濟比較與綜合分析,提出翔實的比選資料,結合各類工程設計、施工技術的最新發展情況,合理確定推薦方案。最終為項目的決策提供科學的依據,取得好的工作效果。

同時應該看到,在受線路平、縱斷面標準、地形條件等因素限制,線路選線難以保證各類工程難度控制在以往既有經驗范圍內時,就需要橋梁、隧道等工程的設計、施工做出必要的創新和突破。但這種突破和創新往往需要注重對工程風險的控制,謹慎決策,技術跨度一般不會過大。而正是這種選線造成的工程難度的增加,在很大程度上促進了各類工程技術的不斷提高。

[1]中華人民共和國鐵道部.GB50090—2006鐵路線路設計規范[S].北京：中國計劃出版社，2006.

[2]中鐵第一勘察設計院集團有限公司.新建鐵路蘭合線可行性研究[R].西安：中鐵第一勘察設計院集團有限公司，2009.