淺議工程技術(shù)進(jìn)步對鐵路選線的影響

解新福

(蘭州鐵道設(shè)計院有限公司,蘭州 730000)

淺議工程技術(shù)進(jìn)步對鐵路選線的影響

解新福

(蘭州鐵道設(shè)計院有限公司,蘭州 730000)

從蘭新鐵路天山隧道群歷次選線不同變化、青藏鐵路關(guān)角山長隧道選線及蘭合鐵路以大跨度連續(xù)剛構(gòu)梁跨越劉家峽水庫的典型實(shí)例出發(fā)，闡述橋涵、隧道、路基等工程修建技術(shù)的進(jìn)步、發(fā)展與鐵路選線設(shè)計的相互影響，分析在當(dāng)前形勢下，鐵路工程選線中需把握的主要原則及注意的若干問題。

鐵路選線；工程選線；技術(shù)進(jìn)步

鐵路作為國家的重要基礎(chǔ)設(shè)施、國民經(jīng)濟(jì)的大動脈和大眾化的交通工具,是國家綜合交通運(yùn)輸體系的骨干［1]。鐵路運(yùn)輸具有便捷、節(jié)能、環(huán)保、安全、大運(yùn)力的特點(diǎn),采用先進(jìn)、成熟、經(jīng)濟(jì)、可靠的技術(shù),加快實(shí)現(xiàn)鐵路現(xiàn)代化是我國鐵路技術(shù)發(fā)展的總體目標(biāo)［2]。現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)和經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展,為鐵路工程建設(shè)提供了充足的技術(shù)和經(jīng)濟(jì)支持。隨著鐵路路網(wǎng)覆蓋率的逐漸擴(kuò)大,各種復(fù)雜困難的工程設(shè)置條件和環(huán)保理念的貫徹對鐵路選線提出了更高的要求。

鐵路各類工程修建技術(shù)的發(fā)展水平與線路方案的選擇密切相關(guān)［3]。一方面,線位的選擇直接影響工程總量,進(jìn)而影響項(xiàng)目的整體投資和社會經(jīng)濟(jì)效益；另一方面,各類工程的當(dāng)前修建技術(shù)水平?jīng)Q定了該項(xiàng)工程的修建難度與可實(shí)施性,反過來影響線路方案的合理性。因此,通過實(shí)例對兩者之間的相互影響進(jìn)行分析,有助于準(zhǔn)確把握鐵路工程選線的科學(xué)性和合理性、提高選線工作效率。

1 蘭新鐵路天山隧道群歷次選線思路變化

1.1 蘭新鐵路基本概況

蘭新鐵路東起甘肅省蘭州市,西至新疆維吾爾自治區(qū)烏魯木齊市,后延伸至阿拉山口,全長2 000余km。該線始建于20世紀(jì)50、60年代,90年代初實(shí)施了增建二線工程,進(jìn)入21世紀(jì)以來,又分段實(shí)施了提速改造工程。

其中天山至達(dá)坂城段線路通過天山白楊河峽谷,峽谷間溝谷發(fā)育,地形條件困難,工程量較大［4]。由于歷次工程建設(shè)年代跨度較大,其線路位置的選擇和工程設(shè)置差異明顯,集中反映了不同時期的選線理念和工程修建技術(shù)特點(diǎn),具有較普遍的代表性。圖1為白楊河峽谷區(qū)(局部)各時期線位與工程設(shè)置變化示意。

1.2 |線選線方案及存在問題

I線于1962年建成,其線路最小曲線半徑為300 m。線路蜿蜒于溝谷間,以總長度4 458 m的12座短隧道穿越峽谷。限于當(dāng)時修建技術(shù)水平,各隧道長度基本不超過1 000 m；跨越溝谷間也主要以高填深挖的路基工程通過,沒有一處采用橋梁工程；甚至為節(jié)省建筑材料,在跨越2條沖溝處,僅設(shè)置了1座片石混凝土拱涵。

該線建成后,存在隧道偏壓、雨季排水不暢、鋼軌磨損和道床變形等問題,造成運(yùn)營部門需長期投入大量人力、物力進(jìn)行養(yǎng)護(hù)維修和監(jiān)測［5]。以當(dāng)前的設(shè)計理念來衡量,本段采用的線路方案是十分不合理的。但機(jī)械設(shè)備短缺、隧道施工進(jìn)度慢、通風(fēng)難,橋梁設(shè)計施工體系不完備、施工難度大,鋼材、水泥等建筑材料極度匱乏是當(dāng)時真實(shí)外部環(huán)境的體現(xiàn)。在如此簡陋的技術(shù)條件下,I線的選線最大限度地降低了工程建設(shè)的難度,節(jié)省了稀缺的建筑材料,有效控制了工程投資和工期,實(shí)現(xiàn)了工程技術(shù)水平與選線的合理結(jié)合,及時解決了新疆與內(nèi)地沒有鐵路通道的問題。因此其選線與工程設(shè)計實(shí)際上是一個成功的范例。

圖1 蘭新鐵路白楊河峽谷區(qū)（局部)各時期線位與工程設(shè)置變化示意

1.3 ‖線的選線和工程設(shè)置

Ⅱ線工程于1995年建成。經(jīng)過30余年的發(fā)展,普通橋梁的修建技術(shù)已很成熟,不再成為選線的制約因素,鋼材、水泥等建筑材料供應(yīng)也較為充足。雖隧道修建的機(jī)械化程度有了明顯提高,但長隧道施工、運(yùn)營通風(fēng)技術(shù)仍處于探索階段,工程投資也較常規(guī)橋梁高,限制了長隧道的普遍使用。Ⅱ線選擇在I線左側(cè)(靠河側(cè)),仍以12座短隧道(總長度計5 002 m)穿過峽谷左岸山區(qū),跨越溝谷不再采用高填路基工程,轉(zhuǎn)而采用橋梁工程,同時得益于隧道工程技術(shù)在處理偏壓、淺埋等方面的進(jìn)步,隧道位置選擇有更大的自由度,線路最小曲線半徑增大至400 m。

由于各類工程修建技術(shù)的進(jìn)步,Ⅱ線的線路條件較I線有較大改善,建成后基本未發(fā)生各類病害,橋涵、隧道、路基等固定設(shè)備技術(shù)狀態(tài)良好,運(yùn)營養(yǎng)護(hù)成本明顯降低。因此,選線設(shè)計很好地平衡了各類工程的技術(shù)難度、工程數(shù)量和工程投資,滿足了當(dāng)時經(jīng)濟(jì)發(fā)展對提高蘭新鐵路運(yùn)輸能力的要求。

1.4 提速改造

提速改造工程于2006年建成通車。提速改造平面最小曲線半徑加大至2 800 m［6],線路位置選擇在I線右側(cè)(靠山側(cè))通過,以連續(xù)3座總長度計8 879 m的雙線隧道穿越山體,其中最長隧道達(dá)4 002 m。3座隧道之間以15 m以下高度的填方路基通過,并設(shè)大孔徑涵洞排水。線路標(biāo)準(zhǔn)和各項(xiàng)工程可靠性得到了很大的提高。在線路允許速度從70～80 km/h提高到200 km/h的同時,明顯降低了運(yùn)營養(yǎng)護(hù)費(fèi)用,實(shí)現(xiàn)了運(yùn)營質(zhì)量和效益的同步提高。

2 青藏鐵路關(guān)角隧道選線變化情況

2.1 既有線現(xiàn)狀

青藏鐵路西格段東起青海省西寧市,西至格爾木市,全長800余km,是目前青藏高原對外聯(lián)系的唯一鐵路通道。20世紀(jì)50～60年代開始分段修建,歷經(jīng)26年于1984年建成通車,90年代末分段進(jìn)行了提速改造,之后又實(shí)施了增建二線工程。

其中天峻至烏蘭段線路通過關(guān)角山,高山及山麓邊緣丘陵地帶溝谷發(fā)育,且北西向中吾農(nóng)山―――青海南山斷裂帶在關(guān)角隧道附近穿越線路,對工程影響較大［7]。由于越嶺地段落差達(dá)320 m,為爭取高程,線路選擇主要以隧道工程通過關(guān)角山,不同時期隧道長度的設(shè)置具有較典型的代表性。圖2為不同時期關(guān)角隧道長度設(shè)置變化示意。

既有線最小曲線半徑為300 m,線路以總長度計5 044 m的6座中、短隧道穿越峽谷,僅關(guān)角隧道長4 010 m,其余隧道基本不超過400 m；橋梁工程以8 m梁橋?yàn)橹?未采用24 m以上大跨度橋梁工程；同時為節(jié)省投資大量利用回頭曲線進(jìn)行展線,以低填淺挖的路基工程通過。

2.2 增建二線工程的改進(jìn)

增建二線工程于2008年開工建設(shè)。二線工程在既有線左側(cè)以2座長32.605 km的單線隧道取直穿越關(guān)角山,不再采用展線方式適應(yīng)地形。該隧道建成后將成為世界最長的鐵路隧道。由于長大隧道施工技術(shù)的成熟和運(yùn)營通風(fēng)、排水技術(shù)的完善,不再控制選線,隧道長度的設(shè)置有了更大的靈活性。

圖2 青藏鐵路不同時期關(guān)角隧道長度設(shè)置變化示意

3 蘭合鐵路跨越劉家峽水庫橋梁結(jié)構(gòu)形式的采用

3.1 總體情況

蘭州至合作鐵路是連接隴海、西寧至成都鐵路通道的重要組成部分。線路全線位于甘肅省境內(nèi),行經(jīng)蘭州市、臨夏回族自治州和甘南藏族自治州,地處黃土高原與青藏高原的過渡地帶,地震烈度為8度區(qū),地形、地質(zhì)條件復(fù)雜且差異性較大［8]。其中永靖至考勒段線路需跨越著名的劉家峽水庫,兩岸滑坡、坡面溜坍、水庫坍岸等不良地質(zhì)發(fā)育,橋梁工程艱巨且技術(shù)難度大,屬復(fù)雜、艱險山區(qū),選線難度很大,故對跨越劉家峽水庫段線路方案進(jìn)行了研究。圖3為蘭合鐵路跨越劉家峽水庫不同橋位的選擇示意。

圖3 蘭合鐵路跨越劉家峽水庫不同橋位的選擇示意

3.2 跨越水庫橋梁形式的選擇

根據(jù)勘察,橋位處因長期的水流切蝕,水庫水位的升降,岸坡松散物質(zhì)被水流帶走,而堅硬的巖石不易風(fēng)化,多部地段風(fēng)化厚度較小,部分坡腳新鮮巖石出露。經(jīng)歷了長期的地質(zhì)構(gòu)造、地震、風(fēng)化等作用,水庫建成40多年來,堅硬巖石形成了陡立的岸坡,岸坡基本穩(wěn)定。

位于劉家峽水電站大壩上游4.2 km、距挑河入河口2 km處的折達(dá)公路橋資料顯示,該處谷底最低約為1 622 m,水庫蓄水后,庫底已淤積到約1 690 m的高程,淤積高68 m［9]。橋址處受劉家峽水庫庫區(qū)回水影響,水中設(shè)墩施工難度很大,跨越庫區(qū)橋梁以單孔一次跨越為宜。經(jīng)過對主跨橋梁結(jié)構(gòu)形式多方案比選論證,主橋采用100 m+180 m+100 m連續(xù)剛構(gòu),主墩墩高達(dá)105 m。該橋建成后將是我國單線鐵路高烈度地震區(qū)［10]最大跨度連續(xù)剛構(gòu)橋,橋式受力合理、新穎美觀且易與橋址周圍環(huán)境融為一體。該類結(jié)構(gòu)施工技術(shù)較為成熟,在國內(nèi)外有著悠久的建造歷史,施工難度不大,降低了工程風(fēng)險,同時對現(xiàn)有工程技術(shù)的創(chuàng)新和發(fā)展具有一定的推動作用。

4 結(jié)論

由蘭新鐵路天山隧道群選線的普遍性及青藏鐵路關(guān)角隧道、蘭合鐵路跨越劉家峽水庫選線的典型性可見,鐵路工程選線和工程修建技術(shù)水平是相輔相成的。通常情況下,各類工程修建技術(shù)水平限制了線路方案的選擇,而隨著工程技術(shù)水平的不斷提高,選線亦有了更大的自由度。在當(dāng)前既有鐵路網(wǎng)進(jìn)行大范圍、大跨度技術(shù)改造,鐵路網(wǎng)覆蓋面不斷擴(kuò)大、高新技術(shù)與適用技術(shù)并舉的形勢下,鐵路選線在貫徹環(huán)保理念、降低風(fēng)險、節(jié)省投資的原則下,對各類工程設(shè)置的難度要求不斷加大,這就要求工程技術(shù)水平也需要不斷地更新、成熟,表現(xiàn)為“技術(shù)突破―難度增加―技術(shù)再突破”的螺旋式提高形式。反之,工程技術(shù)水平的提高與發(fā)展,使得可供選擇的線路方案具有了多樣化,加大了線路方案選擇的難度。

鐵路選線設(shè)計是一項(xiàng)涉及面很廣、政策性很強(qiáng)的綜合性工作［1112]。工程選線一般應(yīng)盡量考慮不同時期各類工程技術(shù)的水平,在保證實(shí)現(xiàn)鐵路運(yùn)輸功能的前提下,盡可能平衡線路條件、工程條件、工程造價、建設(shè)工期、建筑材料等各方面因素,以安全可靠為原則,保證項(xiàng)目順利建成。為保證線路方案的合理性,鐵路專業(yè)設(shè)計人員應(yīng)積極了解掌握各類工程技術(shù)的最新發(fā)展和變化,確保各項(xiàng)工程具備可實(shí)施性。此外,對各種可行方案的比較選擇,除進(jìn)行詳細(xì)的工程經(jīng)濟(jì)比較與技術(shù)分析外,不能局限于工程本身,還應(yīng)在充分熟悉有關(guān)政策、法規(guī)的基礎(chǔ)上考慮民生、環(huán)保、土地利用等問題,最大程度地保證推薦方案的合理性、可實(shí)施性。

［1] 中華人民共和國鐵道部.鐵路技術(shù)管理規(guī)程［S].北京:中國鐵道出版社,2006.

［2] 中華人民共和國鐵道部.鐵路主要技術(shù)政策［S].北京:中國鐵道出版社,2013.

［3] 鐵道部第一勘測設(shè)計院.鐵路工務(wù)設(shè)計技術(shù)手冊―線路［M].北京:中國鐵道出版社,1999:1-24.

［4] 馬玉春.改建鐵路蘭新線武威南至烏魯木齊段增建二線初步設(shè)計總說明書［R].蘭州:鐵道部第一勘測設(shè)計院,2003:5-76.

［5] 鐵道部經(jīng)濟(jì)規(guī)劃研究院.TB100082―2005鐵路軌道設(shè)計規(guī)范［S].北京:中國鐵道出版社,2005.

［6] 中華人民共和國鐵道部.GB50090―2006鐵路線路設(shè)計規(guī)范［S].北京:中國計劃出版社,2006.

［7] 周文俊.改建鐵路青藏線西寧至格爾木段增建第二線可行性研究總說明書［R].蘭州:鐵道第一勘察設(shè)計院,2005:1 34.

［8] 解新福.新建鐵路蘭州至合作線可行性研究總說明書［R].蘭州:中鐵第一勘察設(shè)計院集團(tuán)有限公司,2009:3 13.

［9] 武維宏.臨夏折橋至蘭州達(dá)川二級公路初步設(shè)計總說明書［R].蘭州:甘肅省交通規(guī)劃勘察設(shè)計院有限責(zé)任公司,2009:52-65.

［10]中華人民共和國鐵道部.GB50111―2006鐵路工程抗震設(shè)計規(guī)范［S].北京:中國計劃出版社,2009.

［11]崔學(xué)東.山區(qū)鐵路選線應(yīng)注意的幾個問題［J].鐵道標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計, 2005(6):27-28.

［12]魏其燦.天平鐵路選線回顧［J].鐵道標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計,2010(12):8-12.

The Influence on Railway Route Selection Caused by Technology Progress in Construction Method

XIE Xin-fu
(Lanzhou Railway Survey and Design Institute Co.,Ltd.,Lanzhou 730000,China)

U212.32

A

10.13238/j.issn.1004-2954.2014.07.001

1004-2954(2014)07-0001-03

2013-11-03；

2013-11-26

解新福(1981―),男,工程師,2004年畢業(yè)于西南交通大學(xué)土木工程專業(yè),E-mail:yixin20000407@163.com。