拉日鐵路選線回顧

毛 雷

拉日鐵路選線回顧

毛 雷

(中鐵第一勘察設計院集團有限公司,西安 710043)

拉(薩)日(喀則)鐵路位于西藏自治區西南部,線路穿越近90 km的雅魯藏布江峽谷區,沿線地勢起伏多變,地形、地質條件復雜。結合路網規劃、線路功能定位、接軌方案和線路走向方案、沿線地質情況、環保要求、地方經濟發展規劃等特點,提出復雜山區鐵路選線的基本原則和研究思路,為同類山區鐵路選線提供借鑒。

拉日鐵路;鐵路選線;設計

拉(薩)日(喀則)鐵路位于西藏自治區西南部,連接拉薩、日喀則兩市,是促進西藏自治區前、后藏政治、經濟、文化交流,促進鐵路沿線地區經濟發展,促進西藏口岸經濟發展,完善西藏鐵路網結構、擴大區域路網覆蓋面、強化區域鐵路網運輸布局,為西藏自治區全面構建和諧社會、增強民族團結的需要。

1 選線的概況及特點

1.1 路網結構

拉日鐵路北連既有青藏鐵路,東連規劃鐵路拉林線,南接規劃鐵路聶拉木亞東口岸線與規劃研究鐵路新藏線,是西藏自治區鐵路網中一條重要干線鐵路,是西藏鐵路建設自青藏線之后繼續發展的基礎性工程。拉日鐵路的修建,標志著西藏鐵路建設掀開新的一頁,進入了“后青藏線時代”,隨著西藏鐵路建設的逐步深入,西藏鐵路網將逐步完善,最終將形成以青藏鐵路、新藏鐵路(拉日線)、川(滇)藏鐵路(拉林線)3條鐵路構成的“Y”形主骨架,支線鐵路輻射周邊的鐵路網格局,同時,將根據國際形勢,逐步形成中尼、中印國際鐵路通道。因此,本項目的建設是完善西藏鐵路網結構、擴大區域路網覆蓋面、強化區域鐵路網運輸布局,保障西藏鐵路運輸平穩發展的需要,在區域鐵路網中具有重要的意義和作用。

1.2 線路特點

拉日鐵路東起青藏鐵路終點拉薩站,南至藏西南重鎮日喀則地區。2002年至2007年,先后完成了方案研究、預可研、加深地質工作及可行性研究設計。但受工程難度、投資額度高等因素影響,項目終未能付諸實施。

2010年,在最新航測調繪的基礎上,在大面積方案研究的基礎上進行綜合比選,批復方案全長253 km,速度目標值120 km/h的單線內燃Ⅰ級鐵路。全線橋、隧長度占線路總長近50%,工程艱巨,線路選線難度高。特別是線路需穿越近90 km的雅魯藏布江峽谷區,地形險峻、地質復雜,屬典型的山區高原鐵路,采用大跨橋梁三跨雅魯藏布江,以10 km的長隧道穿越盆因拉,該隧道為我國目前單線內燃且高原隧道中的最長鐵路隧道。本線也成為高原鐵路中地質條件最為復雜的鐵路之一。

1.3 技術標準的選擇

根據拉日鐵路所處地理位置的特殊性以及路網中的作用和建設必要性,選用NJ2機車與本線高海拔、內燃、牽引質量與相鄰鐵路配套,在滿足速度目標值的曲線半徑條件下,在橋隧集中的山區,采用較大坡度,有利于適應地形、縮短線路長度、節省工程;采用較小的限制坡度,利于提高運輸能力、提高運輸質量、降低運營成本。如何選擇一條既服務地方經濟發展又兼顧鐵路運輸,結合地形、地質條件,選擇經濟合理的技術標準成為選線的首要任務。

1.4 資源與生態保護

拉日鐵路位于青藏高原西南部,基本處于“一江兩河”(雅魯藏布江及其兩大支流拉薩河、年楚河)的腹地,沿途穿越近90 km雅魯藏布江峽谷區,山大溝深,植被稀疏,土地資源十分珍貴;拉薩、日喀則是中華民族發源地之一,歷史悠久,文化底蘊極為深厚。沿線旅游資源十分豐富,擁有眾多的自然景觀、人文景觀和名勝古跡。但滑坡、錯落、泥石流、崩塌等分布較多,局部山體穩定性差,加之溝谷縱橫,沿線水土流失嚴重,生態脆弱。因此對鐵路建設的生態保護和水土保持提出了更高的要求。

1.5 地形、地質條件復雜

拉日鐵路經過地區主要為寬谷區、峽谷區、低高山越嶺區,地勢起伏多變,地形條件復雜。雅魯藏布江峽谷區兩岸懸崖陡立,水流湍急,岸坡陡峻,相對高差500～1 000 m。

沿線多種構造交叉穿織,復合重疊,斷裂構造極為發育,通過線路共有12條斷裂帶;另外,高地溫是本段最主要的工程地質問題,本線共8座隧道涉及地熱問題;區內不良地質現象還有滑坡、錯落、巖堆、泥石流、地震液化、危巖落石等。

2 選線回顧

根據拉日鐵路選線特點、難點,在線路走向、重點工程選址、地質加深、環境保護和水土保持治理等方面,在大面積重新研究的基礎上,經經濟、技術比選,確定經濟合理的線路方案。

2.1 接軌方案(圖1)

拉日鐵路接軌點的選擇主要為青藏鐵路羊八井至拉薩段,主要對羊八井站接軌與拉薩站接軌進行比較。拉薩站接軌方案在青藏鐵路拉薩站西端引出,沿拉薩河左岸向南至協榮,跨拉薩河后至曲水,后沿雅魯藏布江而上,經卡如、仁布、大竹卡;羊八井站接軌方案,線路利用既有青藏鐵路拉薩至羊八井,后于羊八井站引出,山前迂回展線,以9.7、6.7 km的隧道先后穿越雪古拉山及冬古拉山,后沿鄔郁瑪曲而下至大竹卡。經技術經濟比較,推薦運營長度短,徑路順暢,利于地方經濟發展,投資節省的拉薩站接軌方案。

2.2 線路走向方案(圖2)

總體走向東起拉薩,途經曲水、尼木、任布縣城,南抵藏西南重鎮日喀則。江孜縣地處西藏南部、日喀則地區東部,是西藏自治區農業大縣,是藏南交通重鎮,擁有豐富的旅游資源。因此,結合沿線的地形條件,研究了2個走向方案:一個是沿雅魯藏布江方案,線路自宗嘎站引出,沿雅魯藏布江而上,經大竹卡、豁達,越嘎東埡口,跨年楚河至日喀則;另一個是經江孜方案,線路自宗嘎站引出,轉向南跨雅魯藏布江,經仁布縣至德吉林區,以12.7 km隧道穿勇拉山至江孜縣,沿年楚河經白朗至日喀則。沿雅魯藏布江方案,線路短直,線路長76 km,工程投資節省,遠期向聶拉木口岸延伸條件好,運營距離短。

經江孜方案,線路曲折,線路長125.2 km,較沿雅魯藏布江方案長近50 km,工程投資大;且遠期向聶拉木口岸延伸運營距離長,運營費高。

根據本線的運輸特點,為充分發揮投資效益,綜合考慮各種因素,推薦新建線路短順、運營長度短、投資節省的沿雅魯藏布江方案。

2.3 重大工程規劃選址

日喀則地區地處西藏自治區的西南邊陲,青藏高原西南部。東鄰山南地區和拉薩市,北接那曲地區,西連阿里地區與克什米爾地區,南接尼泊爾、不丹、錫金三國,是我國西南邊疆的重要門戶,戰略地位十分重要,其平均海拔在4 000 m以上。行署所在地日喀則市目前是西藏的第二大城市,是日喀則地區政治、經濟和文化中心,是歷世班禪駐錫地,是當年后藏的政教中心。

日喀則站作為拉日鐵路的設計終點,站位方案應體現以人為本的設計思想,車站應盡量靠近日喀則市區,便于旅客乘降和工礦企業接軌,同時根據日喀則市的地形、地貌、城市規劃及鐵路遠期向聶拉木及亞東口岸方向延伸的情況,確定合理的站位方案。

研究主要從以下3個方面對日喀則站位進行了深入細致的比較和分析:首先從拉日線引入日喀則地區時不同的走向方案進行比較;其次從延伸線在日喀則站位的引出條件分析;最后結合具體日喀則站位方案比選分析。以便確定工程投資較省、運營安全、工點設置合理可行、符合城市規劃的線路方案。經綜合比選,推薦的南站位方案具有工程投資省、遠期向聶拉木延伸條件好、交通便利、符合城市規劃及地方政府意見的特點。

2.4 地質綜合選線

本線地處青藏高原西南部,地勢起伏多變,地形變化劇烈,線路穿越近90 km雅魯藏布江峽谷區地段,地勢陡峻,山高谷深,不良地質現象極為發育,河谷山體穩定性差。其間多種構造交叉穿織,復合重疊,斷裂構造、斷層較為發育;雅魯藏布江兩岸多分布有滑坡、錯落、巖堆等不良地質;線路又位于藏南高溫水熱活動區,那曲—當雄(羊八井)—尼木水熱活動帶的南部,地熱為本段最重要的工程地質問題。在前期勘測設計過程中,對沿線的不良地質均進行了繞避或工程處理措施,以保證施工和運營安全。

該線路海拔3 550～4 000 m,工程地質條件極為復雜,主要技術難點是地熱問題,涉及長度約60 km,其中僅隧道就有8座。選線思路主要為線路盡量靠近雅魯藏布江,隧道靠近地面,以降低線路附近巖體溫度,在控制溝谷或可能出現地熱的斷層附近分別以淺埋隧道、明洞或明線等工程措施通過,縮短橫通道的長度,以便于對地熱進行處理。同時設計單位積極與國內相關單位和知名專家加強技術合作,成立了專門的課題組,聯合開展了大量專題項目研究,為解決隧道地熱超前預報、地熱隧道混凝土施工等一系列工程技術難題奠定了基礎。

拉日鐵路基本沿著岡底斯—念青唐古拉板片南緣和雅魯藏布江縫合帶行進,斷裂構造極為發育。其中東西向斷裂雅魯藏布江區域性深大斷裂(F1)、F1-1斷層;北東向斷裂有F2-1斷層、F2-2斷層、F2-3斷層;北西向斷裂有F3-1斷層、F3-2斷層、F3-3斷層、F3-4斷層;南北向斷裂有F4-1斷層、F4-2斷層、F4-3斷層、F4-4斷層,對鐵路工程均有不同程度的影響。

全線通過地區較大的滑坡有色崗村滑坡及卡如滑坡。色崗村滑坡為沿雅魯藏布江斷裂帶(F1)上發育的滑坡,長約900 m,寬350～600 m,滑體厚度大于50 m,為一特大型巨厚層滑坡。滑坡主滑方向為NE70°左右。滑坡體地表地形,呈波狀起伏,地面坡度10°～15°,滑坡前緣壓在雅魯藏布江一級階地上,形成約10 m高的陡坎,受水沖刷坡面有坍塌跡象。目前古滑坡體整體處于穩定狀況,由于滑坡前緣一直承受著雅江的沖刷,若線路走行在古滑坡體的上部或在滑坡體上施工,均有可能導致滑坡的復活,因此經反復比較,確定繞避色崗村滑坡的方案。

卡如滑坡寬約200 m,長約240 m,滑坡物質主要為第四系覆蓋物及斷帶物質。既有國道G318線在滑坡前緣通過時采用錨索和抗滑樁等工程措施處理。由于此滑坡發育于隧道左側,且按最不利滑面滑動,經斷面推測分析,對隧道無影響。

全線通過較大的錯落有尼木錯落和薩嘎錯落。尼木錯落位于吞巴村東側約1.5 km,長150 m,寬150 m,厚20～35 m,主要由塊石土組成,表體多為碎塊石土。線路在其后緣以隧道形式通過,對工程基本無影響。

薩嘎錯落位于薩嘎村東側約2 km,由2個錯落體組成,長300～500 m,寬200～500 m,厚20～40 m,主要由巨型塊石土組成,表層多為碎塊石土。線路方案在此以隧道從其下部通過,對工程基本無影響。

根據勘察成果,同時編制完成了隧道風險評估及隧道應急預案設計。

2.5 環保選線

拉日鐵路主要經拉薩河、雅魯藏布江及年楚河,拉薩河及年楚河均屬于雅魯藏布江的一級支流。對鐵路沿線取棄土場、棄砟場的設置,應充分考慮水土保持及環保要求,主要場點均設置擋護工程、綠色防護及通暢的防排水設施等生態保護措施。

在拉日鐵路的設計中,貫徹了節約用地、少占耕地的原則,用地指標遠低于同類鐵路項目;青藏鐵路的“生態鐵路”設計理念,對線路周邊的自然保護區、文物保護單位、水源地保護區以及濕地等,主動進行了繞避,避免了對環境敏感點的擾動。工程設計中對沿線車站采取了喬、灌、草結合的綠化措施,線路區間路基采取了喬灌結合的綠化措施,對工程施工中形成的取土場地,采取土地整治和植被恢復措施;并新增了旅客列車垃圾和各站生活垃圾集中堆放、收集、交付地方環衛部門統籌處理的方案。

3 主要技術標準選擇

3.1 技術標準選擇原則

對技術標準的選擇要本著因地制宜的原則,既要符合功能定位,又要與沿線地形條件相匹配,結合不同工程設置情況,在與相鄰線匹配的前提下,必要時可分段采用不同的限制坡度、曲線半徑等,以最大限度選擇經濟合理的技術標準。本文重點對限坡、牽引種類進行研究說明。

3.2 限制坡度的比選

結合相鄰線的技術標準,根據沿線地形條件、牽引及運輸組織、工程投資等方面進行了系統研究,由于全線地形整體呈中間高兩端低的“Λ”字形,頂點為吉瓊越嶺段,以吉瓊站為縱斷面的最高點,從全線對6‰、9‰、12.5‰及6‰和12.5‰坡度組合進行研究,其中9‰限坡方案經牽引計算,NJ2機車隧道內最低過洞速度僅20.2 km/h,不能滿足牽規要求。該方案列車過洞速度低,不利于運營安全及隧道通風設備布置。從本著快速通過隧道、提高安全角度出發,不再對9‰坡度方案進行深入比較,主要對6‰、12.5‰及6‰和12.5‰坡度組合3種坡度進行比較。

工程地質條件分析:3種坡度方案走向基本一致,區域工程地質條件基本相同。對于沿線的不良地質體,線路選線均予以合理繞避,均未穿越大的不良地質。經野外勘察及比較分析,3種坡度方案在工程地質條件上無大的區別。

工程投資及線路長度分析:12.5‰方案較6‰及6‰和12.5‰組合方案線路短5.9 km及2 km,工程投資分別節省6.8億元及3億元。

運輸組織分析:6‰方案可實現全線單機牽引,節省機輛購置費和運營費用較為明顯;12.5‰方案雙機牽引機車購置費高,僅越嶺段采用足坡,其他為自由坡段,運營費用增加不大。6‰和12.5‰組合方案在拉薩至燈古間采用6‰坡度,在吉瓊越嶺段采用12.5‰雙機坡,該方案需在燈古站設置補機點,辦理補機摘掛作業,造成定員人數增多,列車需增加技術作業環節,機車車輛運用效率低。從運輸組織方面,6‰及12.5‰方案運輸組織順暢,符合鐵路發展的技術政策。

綜合比較分析,12.5‰坡度方案能更好適應地形,線路順直,工程投資節省明顯,運輸組織靈活,經批復采用12.5‰坡度方案。

3.3 牽引種類的選擇

根據鐵路主要技術政策、鐵路設計有關規定,結合本線的功能定位、自然條件和運量特征,綜合考慮路網規劃、技術進步、能源政策等因素,對牽引種類的選擇進行了深入研究。

目前我國鐵路牽引種類主要有內燃和電力牽引。

本線地處高海拔地區,最高海拔4 000 m,地形地質條件復雜,橋隧比重大,從自然條件看,宜采用電力牽引;但采用電力牽引需可靠的外部電源和牽引變電、供電設備。通過對西藏電網狀況分析,要為本線提供電力供應,需在原規劃基礎上,進一步加強拉日線沿線電力網架及變電站的修建及加快拉薩地區電網建設,存在諸多需解決的問題。

因此,在保證拉日線按期投入運營,滿足近遠期客貨運輸需求的前提下,結合區域內動力資源分布和牽引動力的發展規劃,并與青藏線格拉段相協調,預留進一步發展空間,采用內燃牽引,預留電化條件。

4 結語

拉日鐵路已于2010年9月開工建設,2014年3月17日鋪軌貫通,目前工程施工正有序進行。從拉日線及其他項目選線研究,初步得出山區鐵路選線的設計原則和方法。

鐵路選線應服從國家、全局的需要,服從國民經濟發展的需要。在選線過程中,結合本線所處地理位置特點,以及對沿線地形、地質、水文、氣象等自然特征進行詳細調查研究的基礎上,堅持地質選線、重大工程優先選址及堅持環保選線相結合的綜合選線原則,多方比選,綜合考慮,做到工程建設與社會經濟發展的統一、工程建設與自然環境的統一、工程建設與經濟建設的統一,使社會綜合效益最大化。

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Review on Route Selection for Lasa-Shigatse Railway

MAO Lei
(China Railway First Survey and Design Institute Group Co.,Ltd.,Xi'an 710043,China)

Located in the southwest of the Tibet autonomous region,the Lasa-Shigatse Railway passes through nearly 90 km of the Brahmaputra Canyon area,where the terrain is undulant and changeable and the geological condition is complicated.In this study,the relevant characteristics were analyzed, including the railway network planning,the line's function orientation,the track junction scheme and the routing scheme,the geological condition along the line,the requirement of environment protection,the local economic development planning and so on.Furthermore,the basic principle and research idea ofrailway route selection in complicated mountain area were proposed in this study,serving as reference for railway route selection in similar mountain areas.

Lasa-Shigatse Railway;route selection;design

U212.32

A

10.13238/j.issn.1004-2954.2014.04.002

1004-2954(2014)04-0005-05

2013-06-27;

2013-08-12

毛 雷(1980—),男,工程師,2003年畢業于中南大學,工學學士,E-mail:1136709944@qq.com。