鶴壁煤化工鐵路專用線與長風南路交叉方案研究及優化

李宏偉

(鶴壁煤業集團公司鐵路運輸處,河南鶴壁 458030 )

1 問題的提出

為了滿足鶴壁煤電股份有限公司年產60萬t甲醇項目(簡稱鶴壁煤化工)建設和運輸生產需要,需配套新建鐵路專用線1條,該鐵路專用線設計等級為：單線工企Ⅰ級,從鶴壁礦區鐵路八礦站接軌,然后輾轉向西到老七礦位置新建煤化工站,正線長2.405 km,鋪軌總長6.234 km,最大限制坡度15‰。但由于鐵路專用線位于鶴壁市鹿樓工業區范圍之內,線路走向方案已經確定,造成該鐵路專用線與鶴壁市城市道路—長風南路在專用線里程DK0+283.87處交叉。根據現代城市發展和一般設計思路,應采用立體交叉方案通過,但由于該交叉點又正好位于鶴壁市鹿樓煤礦采煤下沉區范圍之內,存在地面下沉的不確定性,且該交叉點公路方向又正好位于坡道之上,實測最大坡度4.3%,市政部門要求,公路方面改造設計坡度不能大于5%,由于受地面高程和線路縱坡等因素的限制,給該交叉方案的圖紙設計和方案選擇帶來了較大困惑。因此,仔細研究和優化此處交叉通過方案成為了該鐵路專用線設計和建設的重要一環。

2 長風南路概況及交叉點限制因素

2.1 長風南路概況

長風南路位于鶴壁市山城區,是連接鶴壁市老城區與鹿樓工業區的主要道路,道路規劃總寬度26 m,現有實際行車道路路面寬16 m,瀝青混凝土路面,兩側人行道寬5 m,屬城市主要道路。煤化工鐵路專用線線路走向及交叉位置見圖1。

圖1 煤化工鐵路專用線線路走向及交叉位置示意

2.2 交叉點附近的限制因素

(1)交叉點處建筑物限制。交叉點位于鶴壁市鹿樓工業區范圍之內,東側為鶴壁礦區鐵路八礦接軌站和居民區,西側為鹿樓煤礦主井和生產區域,北側180 m處為鶴壁市主要河流泗河4-15 m小莊橋,受上述條件限制,鐵路專用線可以移動和調整的范圍非常有限。

(2)交叉點處地面高程和鐵路縱坡限制。八礦接軌點處地面高程152.00 m,煤化工站地面高程174.20 m,交叉點處距離八礦接軌站僅有283 m,距終點煤化工站僅有1 275 m,地面高差22.2 m,自然坡度已達17.4‰,而鐵路專用線批復的最大限制坡度15‰,交叉點處鐵路軌面設計高程為155.38 m,長風南路在該處的高程為154.24 m,高差為1.14 m,由于鐵路專用線區間距離太短,調整鐵路縱坡亦非常困難。

(3)交叉點處公路坡度限制。長風南路與設計的鐵路專用線交叉處的道路正好位于長大坡道上,坡道總長460 m,實測最大公路縱坡4.3%,坡頂位于交叉點南側既有小電廠運煤小鐵路道口處,該處距交叉點280 m,坡腳位于小莊橋南橋頭,距交叉點180 m,受橋面高程控制,公路方向縱坡調整也十分困難。

(4)鹿樓煤礦采煤下沉區的限制。該交叉點正好位于鹿樓煤礦采煤下沉區范圍之內,依據地測部門預測,最大預估下沉量在0.8 m左右,根據現場實際觀測,由于該礦采煤,現已造成附近小莊橋橋拱裂縫和公路路面下沉錯位達0.4 m左右,故在此處修建鐵路立交不僅十分困難且存在較大安全風險。

3 立交與平交方案的比較與選擇

根據城市發展和鐵路安全行車需要,首選方案一般應采用立交方案,但由于受地形和煤礦采空區影響,該處采用立交方案困難較大,對比分析如下。

3.1 立交方案

由于受接軌點高程、鐵路縱坡以及煤礦采空區等因素限制,采用立交方案時,只能是采用公路上跨鐵路的整體箱涵立交方式,并且還造成交叉點北側原4-15 m小莊橋抬高重建和長風南路660 m既有道路抬高改造,工程投資較大,約需資金3 156萬元。不僅如此,該方案雖然采用了獨立的框架橋結構,但在采空區上修建立交仍然存在如下風險。

(1)煤礦采空區埋深約120 m,橋涵基礎和公路路基都存在著下沉的危險,且下沉的具體時間及下沉量都難以準確預測。

(2)煤礦采空區的下沉還可能造成立交箱橋傾斜變形,下沉嚴重時可導致結構毀壞,且難以修復。

(3)煤礦采空區的不確定性下沉還將直接影響到鐵路、道路的正常通行安全。

(4)根據設計方案,鐵路下穿長風南路箱橋雖預留了80 cm的下沉量,但此恐難以滿足實際下沉的要求,如下沉量過大時將影響鐵路通行凈空高度。

3.2 平交方案

相對比較簡單,即在交叉點處按照鐵路道口設計相關規范要求設置有人看守鐵路平交道口1處即可。平交方案在道路暢通、交通安全方面雖不如立交,但由于煤化工鐵路專用線每天通過的列車僅有6對,對公路通行影響不大,設置有人看守平交道口并設置完善的道口報警系統,能夠滿足鐵路及道路安全通行的需要,并具有以下優點。

(1)相對安全可靠,因采煤下沉及其他原因道路、鐵路出現下沉問題時容易修復,直接起墊恢復路面、軌面高程即可。

(2)工程簡單,容易實施,不需要大量抬高公路、不需要新建、拆建原有橋涵；不需要施工便橋、便線等臨時通行措施,施工不中斷長風南路正常通行。

(3)拆遷范圍較小,不涉及公路兩側加油站、車管所、自來水主管等建筑物和管線的拆遷改移。

(4)工程投資相對較小,包括道口房、道口欄桿及其相關設備約需資金389萬元,僅是立交方案的將近1/8。

4 平交方案的具體優化與管理

4.1 平交道口位置及平臺長度的確定

由于該道口位于長大坡道上,鐵路、公路交叉點處需設置道口平臺,根據《鐵路線路設計規范》的要求,鋼軌外側單側平臺最小長度不得小于16 m,但平臺太寬又沒有條件,為此,合理確定平臺的位置和長度非常重要。根據現場實際并考慮軌枕施工需要,道口平臺寬度設定為38 m,平臺高程為155.21 m。由于南側道路向鐵路方向為下坡,為保證交通安全,南側設置較寬的平臺,平臺邊緣距鐵路中心線為21 m；北側道路向鐵路方向為上坡,平臺邊緣距鐵路中心線為17 m。

4.2 公路方向5%縱坡的優化

根據《鐵路線路設計規范》的要求,困難條件下緊接道口平臺的公路縱坡不得大于5%,但由于受周邊地形和小莊橋高程的限制,設計部門最初推薦的方案,公路連接縱坡為5.2%,不僅不能滿足《鐵路線路設計規范》的要求,而且無法得到當地市政部門的認可,為此必須對該方案進行優化調整。經過多次現場測量和計算,在確保鐵路限制縱坡15‰的不變的前提下,在公路方向把交叉點南移11.1 m正好可以滿足5%縱坡需要。這樣,南側平臺邊緣至坡頂的距離調整為280-11.1-21=247.9 m,高差162.84-155.21=7.63 m,平均坡度為3.1%,道口平臺外與上坡段道路采用凹形豎曲線連接,豎曲線半徑采用870 m,豎曲線長度為40 m；北側平臺邊緣至坡腳的距離為180+11.1-17=174.1 m,高差155.21-147.63=7.58 m,道口平臺外與下坡段道路采用凸形豎曲線連接,豎曲線半徑采用900 m,豎曲線長度為45 m。豎曲線之外連接道路的最大坡度為7.58÷(180+11.1-17-22.5)=5%,正好滿足規范需要,并得到了當地市政部門的認可。

4.3 平交道口的管理及安保設施

為了確保鐵路和公路行車安全,防止道口事故的發生,該平交道口擬采用雙人雙崗有人看守的作業方式,同時設計有37 m2的道口看守房,設置4臺聯動道口欄桿,設置遠程道口視頻監控和完善的道口標志及信號報警系統。

5 結論及意見

經過上述綜合研究、比較和優化,由于該交叉地段位于煤礦采煤下沉區,地質條件無法充分滿足立交建設需要,從結構安全、鐵路行車量、經濟合理等方面綜合考慮,不能盲目追求立交方案,煤化工鐵路專用線與長風南路的交叉處理,應結合現場實際,因地制宜地進行研究和考慮,故采用優化后的平交方案還是比較合理可行的。優化后的平交方案,不僅滿足了鐵路縱坡15‰的限坡要求，同時也滿足了公路縱坡不大于5%的設計要求；不僅避免了在采煤下沉區修建橋涵的風險,同時也為項目建設節省了大量資金；不僅滿足了規范和市政部門的要求,同時也為項目的設計和施工建設奠定了基礎。

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