鄭萬鐵路平頂山地區(qū)線路走向方案研究

陳 俊,吳紅巖

(中鐵第四勘察設(shè)計院集團有限公司,武漢 430063)

鄭州至萬州鐵路(以下簡稱“鄭萬鐵路”)位于豫、鄂、渝三省市境內(nèi)，北接京廣鐵路、隴海鐵路，中與既有焦柳、寧西、襄渝鐵路，在建蒙西至華中煤運通道，規(guī)劃安(康)張(家界)常(德)等鐵路相交，南端連接萬州，并通過渝萬客專到達重慶。鐵路等級為高速鐵路，設(shè)計行車速度目標(biāo)值為350 km/h。

鄭州至平頂山段屬黃淮沖積平原，巨厚(150～450 m)第四系地層覆蓋。鄭州至許昌段液化土、松軟土廣泛分布，厚10～20 m。煤礦采空區(qū)為本段影響線路走向的主要不良地質(zhì)問題，對控制線路的走向及工程措施選擇具有決定性的作用。鄭州至平頂山段為河南省礦產(chǎn)資源富集區(qū)域，沿線礦產(chǎn)資源十分豐富，煤礦、鐵礦及鹽礦具有品位高、儲量大的特點，尤其是許昌市禹州市的西部、北部和南部，已探明礦產(chǎn)總儲量超過15億t。鄭州至平頂山段，地震動峰值加速度為0.05g～0.15g，工程需按抗震設(shè)防烈度7度設(shè)防。

線路走向方案受城市規(guī)劃、地形地質(zhì)條件和煤礦采空區(qū)等諸多因素的影響，分別從客流、工程地質(zhì)條件、線路走向順直、工程投資和城市規(guī)劃銜接及相關(guān)部門意見等方面綜合分析各方案的優(yōu)缺點，以各級政府及其職能部門的意見為指導(dǎo)，確定出相對優(yōu)化的推薦方案。

1 影響線路走向的主要因素

鐵路選線設(shè)計是一個集決策和設(shè)計為一體的，多因素、多層次的復(fù)雜系統(tǒng)工程[1-2]，根據(jù)鄭萬鐵路的特點，影響線路走向的主要因素有：道路、城市規(guī)劃銜接、地形地質(zhì)條件、煤礦采空區(qū)和工程投資[3]，具體如下。

(1)城市規(guī)劃

平頂山位于河南省中南部，是國家重要的能源原材料工業(yè)基地、河南省中原城市群9個中心城市之一；全市土地面積7 882 km2，總?cè)丝?34.7萬人，中心城區(qū)人口100萬人，2012年全市生產(chǎn)總值達到1 502億元。

2011年11月，河南省人民政府批復(fù)平頂山新區(qū)建設(shè)總體方案，在平頂山市區(qū)西部集中布局建設(shè)平頂山新區(qū)，遠期規(guī)劃面積約295 km2，按功能定位劃分為城鄉(xiāng)一體化先行區(qū)、產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級先導(dǎo)區(qū)、對外開放示范區(qū)、豫中南綜合交通樞紐和物流中心的“三區(qū)一中心”。

(2)道路

本段主要跨越的道路有永登高速公路、寧洛高速公路、鄭堯高速公路、G311、S103、S301、S237、S238、S231、S236、S239、S241、S242、新寶大道(市政道路)等。選線時，應(yīng)考慮跨越主要道路的角度、方式并預(yù)留后期改擴建的條件。

(3)地形地質(zhì)條件

主要不良地質(zhì)條件主要為煤礦采空區(qū)、膨脹土。由于禹州至平頂山段煤礦等礦產(chǎn)資源豐富，沿線成片分布有礦業(yè)權(quán)項目、省地勘基金項目及國家礦產(chǎn)地項目等礦區(qū)，本段線位附近的采空區(qū)約16個，收集了鄭萬鐵路沿線詳細的礦區(qū)、采空區(qū)資料，并通過多次現(xiàn)場調(diào)查，工程物探、深孔鉆探等手段對采空區(qū)進行驗證核實。經(jīng)研究，線位宜繞避采空區(qū)。鐵路選線時穿越部分礦區(qū)，需設(shè)置保護礦柱。按照高速鐵路對沉降嚴格控制的要求，開展了鄭萬鐵路壓覆礦產(chǎn)安全距離專題評估，對穿越區(qū)鐵路地基基礎(chǔ)的穩(wěn)定性和相關(guān)構(gòu)筑物可能產(chǎn)生的工后變形等綜合分析，線位繞避采空區(qū)，確定鐵路兩側(cè)的安全保護距離并留設(shè)保安礦柱，并進行壓覆礦產(chǎn)資源備案登記。

結(jié)合本次線位方案研究，對平頂山地段的煤炭采空區(qū)進行專項調(diào)查，采用繞避不良地質(zhì)，盡量減少、避免技術(shù)復(fù)雜的特殊工程措施等綜合確定線位，使線路選擇在地質(zhì)條件相對較好地段或設(shè)計選用合理的工程措施處理后通過。

2 線路走向方案說明

平頂山主城區(qū)呈狹長東西帶狀，根據(jù)河南省人民政府批復(fù)平頂山新城區(qū)建設(shè)總體方案及平頂山城市建設(shè)現(xiàn)狀，新城區(qū)以南為白龜山水庫，新城區(qū)以北為平煤集團采空區(qū)，集中分布在孟平鐵路以北、郟縣至襄縣(連線)以西、鄭堯高速公路以南的三角形區(qū)域，東西向約40 km，南北向約24 km，結(jié)合煤礦采空區(qū)分布，本次研究了平頂山城市東部設(shè)站和西部設(shè)站兩大系列3個方案。如圖1所示。

圖1 平頂山地區(qū)線路方案示意

2.1 平頂山城市西部設(shè)站方案

經(jīng)禹州平頂山西方案：線路經(jīng)長葛市西北、禹州、郟縣，從平煤開采區(qū)西側(cè)繞避，在平頂山西部新城區(qū)設(shè)平頂山西站。線路長度167.117 km，橋隧總長142.638 km，橋隧比85.35%。

2.2 平頂山城市東部設(shè)站方案

2.2.1 經(jīng)許昌北平頂山東方案

線路經(jīng)許昌市北部13.7 km處設(shè)許昌北站，從平煤開采區(qū)東側(cè)繞避，在城區(qū)東南側(cè)11 km處設(shè)平頂山東站。線路長度160.734 km，橋隧總長139.098 km，橋隧比86.54%。

2.2.2 經(jīng)許昌東平頂山東方案

線路引入石武客專許昌東站，從平煤開采區(qū)東側(cè)繞避，在城區(qū)東南側(cè)11 km處設(shè)平頂山東站。線路長度167.585 km，橋隧總長144.370 km，橋隧比86.15%。

許昌東站為石武客專上的中間站，現(xiàn)有規(guī)模為2臺5線(含正線2條)，到發(fā)線有效長650 m。站房同側(cè)已預(yù)留2臺5線規(guī)模車場建設(shè)條件(含正線)。

3 線路走向方案研究

3.1 開采區(qū)專項調(diào)查

本段線路穿越的平頂山地區(qū)為河南省礦產(chǎn)資源富集區(qū)域，沿線影響線路走向方案的礦區(qū)有許昌鐵礦、平禹一礦、泉店煤礦、平禹九礦(梁北2井)、平禹煤電(梁北礦)、平煤十三礦、平煤香山礦、寶豐東方礦、寶豐宏九礦、寶豐運通礦、惠家金礦(魯豫金礦)、平頂山魯山境內(nèi)馬樓鄉(xiāng)銀洞金礦和拐河鎮(zhèn)韓家-姚店螢石礦。

結(jié)合線路走向方案，對采空區(qū)和礦產(chǎn)資源開采區(qū)進行了專項調(diào)查，收集、整理沿線主要地質(zhì)礦產(chǎn)開采區(qū)資料，重點對開采區(qū)的開采現(xiàn)狀、不良地質(zhì)災(zāi)害出現(xiàn)情況等方面進行了梳理，為線路穿越開采區(qū)進行壓覆礦產(chǎn)資源評估提供了詳實的資料，沿線主要開采區(qū)概況見表1。

表1 沿線主要開采區(qū)一覽

3.2 城市規(guī)劃(道路)銜接

經(jīng)許昌北平頂山東方案和經(jīng)許昌東平頂山東方案從城區(qū)東南側(cè)進行了繞避，基本不涉及城市規(guī)劃。經(jīng)禹州平頂山西方案從西部新城區(qū)進行穿越，需與城市規(guī)劃(道路)銜接，平頂山段銜接城市道路具有代表性的為新寶大道，經(jīng)禹州平頂山西方案與新寶大道存在交叉。新寶大道位于經(jīng)禹州平頂山西方案平頂山西站南咽喉處，距離站中心620 m，道路現(xiàn)狀路面寬為30 m。鄭萬鐵路建設(shè)將影響新寶大道及鄭堯高速連接線平頂山新城區(qū)、寶豐出入口的道路位置，新寶大道需改移為公跨鐵，需設(shè)置鄭堯高速連接線出入條件，施工期間需過渡。結(jié)合該區(qū)域路網(wǎng)規(guī)劃，既能滿足新寶大道修建時的繞行需求，又能滿足鄭堯高速連接線平頂山新城區(qū)、寶豐縣出入口永久出入需求。上跨橋梁及引線改移長度為800 m，其中新寶大道上跨鐵路橋需滿足“雙向八車道+人行道”要求，并配套相應(yīng)的照明等系統(tǒng)。

3.3 線路走向方案分析及工程經(jīng)濟比較

對線路走向方案進行了技術(shù)經(jīng)濟比較，如表2所示。在此基礎(chǔ)上，根據(jù)線路方案的特點[4]，著重從客流、工程地質(zhì)條件、線路走向順直、工程投資和相關(guān)部門意見及城市規(guī)劃銜接角度[5-6]等方面分析各方案的優(yōu)缺點。

表2 工程技術(shù)經(jīng)濟比較

從吸引客流條件分析[7]：經(jīng)禹州平頂山西方案，線路經(jīng)過許昌地區(qū)長葛市和禹州市，距離許昌城區(qū)較遠，將損失部分往西南方向有出行需求的許昌市客流；經(jīng)許昌東平頂山東方案，平頂山站距平頂山老城區(qū)中心約11 km，距葉縣中心約5.5 km，能同時吸引平頂山城區(qū)和葉縣客流；經(jīng)許昌北平頂山東方案，許昌北站位于城市北側(cè)13.7 km，距示范區(qū)主中心約有9 km，距許昌縣的新縣城約4 km，距長葛市中心約3 km，能同時吸引許昌市區(qū)、示范區(qū)、許昌縣和長葛市的客流。

從工程地質(zhì)條件角度分析：經(jīng)禹州平頂山西方案有43.10 km線路位于煤炭勘查區(qū)、2.45 km線路經(jīng)過(從中間穿過)平禹九礦煤炭規(guī)劃開采區(qū)。經(jīng)許昌東平頂山東和經(jīng)許昌北平頂山東方案都有16.50 km線路經(jīng)過葉縣凹陷鹽礦普查區(qū)。

從線路走向順直[8-9]、工程投資角度分析：經(jīng)禹州平頂山西方案線路長度較經(jīng)許昌東平頂山東方案短0.468 km，較經(jīng)許昌北平頂山東方案長6.383 km；工程投資較經(jīng)許昌東平頂山東方案多0.96億元，較經(jīng)許昌北平頂山東方案多7.22億元。

從城市規(guī)劃銜接及相關(guān)部門意見的角度進行分析：根據(jù)平頂山總體規(guī)劃，平頂山市區(qū)西部集中布局建設(shè)平頂山新城區(qū)，遠期規(guī)劃面積約295 km2。經(jīng)禹州平頂山西方案在平頂山新區(qū)設(shè)站，與河南省人民政府批復(fù)的平頂山新城區(qū)建設(shè)總體規(guī)劃相符合，可更好地引導(dǎo)城市發(fā)展方向，將對平頂山市的發(fā)展乃至中原經(jīng)濟區(qū)的建設(shè)起到重要推動作用，且能帶動沿線長葛市、禹州市、郟縣、寶豐縣的城市發(fā)展；平頂山城區(qū)東部設(shè)站的兩個方案都在平頂山老城區(qū)東側(cè)設(shè)置平頂山東站，與河南省人民政府批復(fù)的平頂山新區(qū)建設(shè)總體方案相背離。

3.4 推薦方案

經(jīng)禹州平頂山西方案雖壓覆礦產(chǎn)資源較多，但線路相對比較順直，與河南省人民政府批復(fù)的平頂山新城區(qū)建設(shè)總體規(guī)劃相符合，可更好地引導(dǎo)城市發(fā)展方向，將對平頂山市的發(fā)展乃至中原經(jīng)濟區(qū)的建設(shè)起到重要推動作用，且能帶動沿線長葛市、禹州市、郟縣、寶豐縣的城市發(fā)展。綜合考慮河南省對該段線路方案的有關(guān)意見，有利于提升項目外部實施環(huán)境，推薦經(jīng)禹州平頂山西方案。

各礦區(qū)邊界計算最小安全距離及與經(jīng)禹州平頂山西方案的關(guān)系如表3所示。

經(jīng)禹州平頂山西方案，線路與沿線主要礦區(qū)(擬開采)邊界之間的距離，除梁北井東南煤層邊界外，均滿足規(guī)范計算值及相關(guān)法規(guī)要求的最小安全距離要求。

梁北井東南煤層邊界(遠期規(guī)劃區(qū))擬開采深度為900 m，采空區(qū)計算最小安全距離為901 m；經(jīng)禹州平頂山西方案目前距離其東南煤層邊界(遠期規(guī)劃區(qū))最近距離為43 m，小于計算最小安全距離，但經(jīng)禹州平頂山西方案距離梁北井目前已開采邊界大于2 km，因此，目前梁北井開采區(qū)對此方案基本無影響，考慮到后期開采不影響鐵路的安全運營，故對臨近線路側(cè)43～901 m范圍禁止開采的礦產(chǎn)進行壓覆礦專項評估。

表3 各礦區(qū)邊界計算最小安全距離及與線位關(guān)系

4 結(jié)語

本文通過對平頂山地區(qū)線路走向方案進行分析，從客流、城市規(guī)劃銜接、工程地質(zhì)條件、線路走向順直、煤礦采空區(qū)、工程投資等影響線路走向的主要因素，以及相關(guān)部門意見等方面分析各方案的優(yōu)缺點，以沿線各級政府意見為指導(dǎo)，確定出相對優(yōu)化的推薦方案。

通過案例可以看出，在保證線路走向順直實現(xiàn)設(shè)計速度目標(biāo)值和鐵路客運運能合理的前提下，地方各級政府相關(guān)部門的意見、建議對于線路方案優(yōu)選具有舉足輕重的作用，工程地質(zhì)條件是影響線路走向和后期安全營運及維護的重要因素，銜接城市規(guī)劃為后續(xù)相關(guān)工程建設(shè)及交通路網(wǎng)系統(tǒng)的完善創(chuàng)造條件，設(shè)計考慮遠期城市規(guī)模、路網(wǎng)優(yōu)化等方面超前設(shè)計。此外對于工程投資來說，雖然有時候前期的工程投資略大，但卻可以消除很多遠期不可預(yù)見的不利影響，對于城市的長遠規(guī)劃和發(fā)展來說卻是相當(dāng)有益的，對鐵路選線設(shè)計具有一定的參考價值。

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