文山至蒙自鐵路線路方案研究

劉劍飛 彭妮蘭 陳文榮

(中鐵工程設(shè)計(jì)咨詢集團(tuán)有限公司，北京 100055)

文山至蒙自鐵路位于“老少邊窮”多民族聚居區(qū)，經(jīng)濟(jì)總量偏低，工業(yè)發(fā)展滯后；沿線坡陡溝深，地形地貌復(fù)雜，巖溶中等-強(qiáng)烈發(fā)育；環(huán)境敏感區(qū)眾多。選線時(shí)，應(yīng)充分落實(shí)各項(xiàng)主要影響因素對(duì)選線的影響程度，有針對(duì)性地提出選線原則和工程處理措施，按照“舍小求大”的原則進(jìn)行綜合比選分析，確定最優(yōu)方案[1-2]。采用集成了衛(wèi)星影像、航飛影像、三維地物模型等信息的數(shù)字地球軟件進(jìn)行輔助設(shè)計(jì)[3]，其包含的數(shù)字化地理信息能夠滿足方案研究階段大面積選線的要求。

1 概述

文山至蒙自鐵路是西南沿邊鐵路的重要組成部分，向西銜接彌勒至蒙自鐵路、云桂鐵路通達(dá)昆明，向東銜接規(guī)劃的文山至富寧鐵路、云桂鐵路，其建設(shè)對(duì)于加強(qiáng)沿邊地區(qū)東西向聯(lián)系，擴(kuò)大路網(wǎng)覆蓋面，完善區(qū)域鐵路網(wǎng)結(jié)構(gòu)具有重要意義[4]。線路起自文山壯族苗族自治州首府文山市，終到紅河哈尼族彝族自治州蒙自市，線路長116.148 km。以下結(jié)合沿線自然特征，對(duì)線路方案進(jìn)行研究。

2 沿線自然特征

2.1 地形地貌

文山至蒙自鐵路位于云貴高原南緣，東西兩端分別為文山構(gòu)造溶蝕斷陷盆地和蒙自構(gòu)造侵蝕湖積平原，中部為淺-深切割的中山山地高原地貌，沿線自然坡度較大，整體地勢中間高、兩端低，如圖1所示。

圖1 沿線地形地貌示意

2.2 地震

根據(jù)《中國地震動(dòng)參數(shù)區(qū)劃圖》(GB18306—2015)，Ⅱ類場地下，場區(qū)地震動(dòng)峰值加速度為0.05～0.10g，地震動(dòng)反應(yīng)譜周期為0.45 s。

2.3 工程地質(zhì)

(1)復(fù)雜地質(zhì)問題

①巖溶：沿線可溶巖地層分布較廣，占出露巖層的43.1%。易遭遇突水、突泥等地質(zhì)災(zāi)害。

②礦區(qū)與采空區(qū)：沿線礦產(chǎn)資源較豐富，開采年代久遠(yuǎn)，形成了多個(gè)采空區(qū)。

③構(gòu)造：沿線構(gòu)造活動(dòng)強(qiáng)烈，斷裂及褶皺構(gòu)造發(fā)育，多組斷裂構(gòu)造交匯，易導(dǎo)致滑坡、巖堆、危巖落石等各種重力地質(zhì)災(zāi)害。

(2)處理措施

①巖溶：查明越嶺區(qū)巖溶及巖溶水發(fā)育規(guī)律，選線時(shí)繞避或以大角度通過巖溶強(qiáng)烈發(fā)育帶、構(gòu)造發(fā)育帶、可溶巖與非可溶巖接觸帶、大型富水溶蝕洼地、暗河。高程1 000～1 500 m為區(qū)域內(nèi)巖溶地下水的主要排泄地帶，線路應(yīng)盡量走行于巖溶侵蝕基準(zhǔn)面以上。復(fù)雜巖溶隧道應(yīng)做專項(xiàng)巖溶水文地質(zhì)分析，并選擇在垂直循環(huán)帶中通過，以降低施工及運(yùn)營風(fēng)險(xiǎn)。

②礦區(qū)與采空區(qū)：查明采空區(qū)分布，選線時(shí)應(yīng)繞避規(guī)模較大的礦區(qū)及采空區(qū)。

③構(gòu)造：選線時(shí)盡量以大角度通過斷裂，避免大段落與斷裂并行，并充分利用寬緩穩(wěn)定坡面展線爬高，避免沿陡峻河谷斜坡展線。對(duì)繞避困難、穩(wěn)定性較好、規(guī)模較小的復(fù)雜地質(zhì)地段，應(yīng)根據(jù)其性質(zhì)、規(guī)模、工程地質(zhì)條件、危害程度等因素，選擇合理部位通過。

2.4 環(huán)境敏感點(diǎn)

沿線共分布有1處國家級(jí)自然保護(hù)區(qū)、1處國家級(jí)濕地公園、2處地方風(fēng)景名勝區(qū)及8處水源保護(hù)區(qū)。沿線地區(qū)歷史文化積淀深厚，人文環(huán)境特色濃郁，共有以碧色寨為代表的4處國家級(jí)傳統(tǒng)村落及數(shù)十處文物保護(hù)單位。

3 數(shù)字地球軟件輔助設(shè)計(jì)

Google Earth擁有全球高清衛(wèi)星影像、高程數(shù)據(jù)、等高線等資源，百度地圖和高德地圖等軟件擁有較為精確的鐵路、公路、水系等信息。利用這些軟件實(shí)時(shí)批量提取數(shù)字地形與影像數(shù)據(jù)，在AutoCAD平臺(tái)下輔助鐵路選線設(shè)計(jì)，并將鐵路設(shè)計(jì)成果在Google Earth中形成三維立體圖像，實(shí)現(xiàn)大面積、高精度選線，不遺漏有價(jià)值的方案。

4 線路方案

方案比選思路：根據(jù)區(qū)域經(jīng)濟(jì)據(jù)點(diǎn)、運(yùn)輸組織、工程地質(zhì)、環(huán)境敏感區(qū)、建設(shè)條件及工程投資等因素，形成北線、中線、南線三大走向方案，納入綜合比選。方案構(gòu)成見圖2，線路方案示意見圖3。

圖2 方案構(gòu)成

圖3 全線線路方案示意

4.1 北線方案

(1)文山至薄竹段

該段推薦沿高速公路方案，具體研究見“4.2中線方案文山至老寨段”說明。

(2)薄竹至紅河段

根據(jù)巖溶、地下暗河發(fā)育狀態(tài)，以及線形、設(shè)站條件等因素，研究了繞避南洞暗河方案和取直方案。

①繞避南洞暗河方案：線路長62.58 km，橋梁長13.076 km，隧道長38.165 km，最長隧道為10 580 m ，橋隧比為81.88%，工程投資為44.32億元。優(yōu)點(diǎn)：繞避了南洞巖溶地下暗河系統(tǒng)中的大黑水洞暗河和小黑水洞暗河，地質(zhì)條件相對(duì)較好，隧道工程相對(duì)簡單。缺點(diǎn)：向北展線13.21 km，投資最多。

②取直方案：線路長49.37 km，橋梁長6.655 km，隧道長37.875 km，最長隧道為15 605 m，橋隧比為90.20%，工程投資為39.41億元。優(yōu)點(diǎn)：線路較短，工程投資更省。缺點(diǎn)：走行于南洞巖溶地下暗河系統(tǒng)中的大黑水洞暗河和小黑水洞暗河的流域范圍，巖溶水文地質(zhì)條件復(fù)雜，施工風(fēng)險(xiǎn)大；最長隧道達(dá)到15 605 m，工期最長。

經(jīng)比較，繞避南洞暗河方案地質(zhì)條件相對(duì)較好，隧道工程相對(duì)簡單，設(shè)站條件較好，站間距布局合理，故推薦繞避南洞暗河系統(tǒng)方案。

北線方案走向綜述：線路自新建文山南站引出，向西北經(jīng)文山老城區(qū)西側(cè)設(shè)文山站，沿蒙文硯高速公路，經(jīng)馬塘鎮(zhèn)、薄竹鎮(zhèn)、開遠(yuǎn)大莊鄉(xiāng)、草壩鎮(zhèn)，終到蒙自市在建彌蒙鐵路紅河站。線路全長121.983 km，橋梁長25.134 km，隧道長63.495 km，橋隧總長88.629 km，橋隧比為72.66%，工程投資為86.39億元。

4.2 中線方案

(1)文山至老寨段

結(jié)合公路交通廊道走向及文山國家級(jí)自然保護(hù)區(qū)老君山片區(qū)、暮底河水庫水源保護(hù)區(qū)等環(huán)境敏感區(qū)域分布，研究了沿高速公路方案和老君山取直方案，見圖4。

圖4 文山至老寨段方案(中線)

①沿高速公路方案：線路長42.8 km，橋梁長8.543 km，隧道長16.145 km，橋隧比為57.68%，工程投資為31.32億元。優(yōu)點(diǎn)：沿蒙文硯高速公路走廊走行，橋隧比重低；所經(jīng)經(jīng)濟(jì)據(jù)點(diǎn)多，可促進(jìn)鄉(xiāng)鎮(zhèn)經(jīng)濟(jì)發(fā)展。缺點(diǎn)：線路繞長2.8 km，投資多。

②老君山取直方案：線路長39.992 km，橋梁長6.067 km，隧道長24.745 km，橋隧比為77.05%，工程投資28.33億元。優(yōu)點(diǎn)：線形順直。缺點(diǎn)：帶動(dòng)地方鄉(xiāng)鎮(zhèn)經(jīng)濟(jì)發(fā)展方面較差。

經(jīng)比較，沿高速公路方案線路走行于既有交通廊道，橋隧比重低，施工便利，工程相對(duì)簡單，完全繞避了環(huán)境敏感點(diǎn)，所經(jīng)經(jīng)濟(jì)據(jù)點(diǎn)較多，文山站址更靠近城區(qū)，故推薦沿高速公路方案。

(2)老寨至紅河段

結(jié)合地形、地質(zhì)條件和水源保護(hù)區(qū)范圍，研究了經(jīng)芷村北方案和經(jīng)芷村南方案，見圖5。

①經(jīng)芷村北方案：線路長49.129 km，橋梁長6.207 km，隧道長32.115 km，橋隧比為78.0 %，工程投資為34.80億元。優(yōu)點(diǎn)：地質(zhì)條件相對(duì)較好; 線路長度短，工程投資省。缺點(diǎn)：芷村至紅河段高程相對(duì)較高；且方案穿越莊寨水庫二級(jí)水源保護(hù)區(qū)。

②經(jīng)芷村南方案：線路長51.592 km，橋梁長7.046 km，隧道長35.440 km，橋隧比為82.35 %，工程投資為36.54億元。優(yōu)點(diǎn)：芷村至紅河段高程相對(duì)較低。缺點(diǎn)：芷村站附近構(gòu)造發(fā)育，地質(zhì)條件相對(duì)較差。

經(jīng)比較，經(jīng)芷村北方案線路長度短，工程投資省，地質(zhì)條件相對(duì)較好，對(duì)昆河鐵路(米軌)影響較小，故推薦經(jīng)芷村北方案。

中線方案走向綜述：線路自新建文山南站引出，向西北經(jīng)文山老城區(qū)西側(cè)設(shè)文山站，沿蒙文硯高速公路，經(jīng)馬塘鎮(zhèn)、薄竹鎮(zhèn)、老寨苗族鄉(xiāng)、芷村鎮(zhèn)，終到蒙自市在建彌蒙鐵路紅河站。線路全長114.029 km，橋梁長15.053 km，隧道長65.8 km，橋隧總長80.853 km，橋隧比為70.91%，工程投資為80.77億元。

4.3 南線方案

(1)文山至屏邊北段

結(jié)合礦區(qū)、不良地質(zhì)和環(huán)境敏感區(qū)分布、那母果河橋位，研究了120 m高橋方案、90 m高橋方案和取直方案，見圖6。

圖5 老寨至紅河段方案(中線)

圖6 文山至屏邊北段方案(南線)

①120 m高橋方案：線路長28.4 km，工程投資為21.24億元。優(yōu)點(diǎn)：完全繞避采礦區(qū)和自然保護(hù)區(qū)，遠(yuǎn)離地下暗河，線形較順，長度適中，工程投資適中。缺點(diǎn)：那母果河橋高118 m，采用(110+196+110) m連續(xù)鋼構(gòu)，工程復(fù)雜。

90 m高橋方案：線路長28.969 km，工程投資為21.48億元。優(yōu)點(diǎn)：那母果河橋高90 m，采用64 m大跨簡支梁，工程較簡單。缺點(diǎn)：線路最長，線形較差，走行于地下暗河下方300 m，存在較大的施工風(fēng)險(xiǎn)。

②取直方案：線路長27.413 km，工程投資為19.85億元。優(yōu)點(diǎn)：線路最短，線形最為順直，工程投資最省；那母果河橋高19 m，工程簡單。缺點(diǎn)：以隧道穿越自然保護(hù)區(qū)的核心區(qū)和緩沖區(qū)，存在法律障礙，線路走行于地下暗河下方300 m，存在較大的施工風(fēng)險(xiǎn)。

經(jīng)比較，120 m高橋方案線路長度較短，線形順直，工程投資適中，可完全繞避文山國家級(jí)自然保護(hù)區(qū)老君山片區(qū)和采礦區(qū)，不與地下暗河交叉，故推薦120 m高橋方案。

(2)屏邊北至蒙自段

結(jié)合地形地質(zhì)條件、鄉(xiāng)鎮(zhèn)經(jīng)濟(jì)據(jù)點(diǎn)分布、布站及越嶺條件等因素，研究了經(jīng)新安所方案、經(jīng)沙壩方案、取直局部雙插方案，見圖7。

圖7 屏邊北至蒙自段方案(南線)

①經(jīng)新安所方案：線路長44.87 km，橋梁長6.425 km，隧道長25.985 km，橋隧比為72.23%，工程投資為32.45億元。

②經(jīng)沙壩方案：線路長48.182 km，橋梁長5.015 km，隧道長29.855 km，橋隧比為72.37%，工程投資為34.84億元。

③取直局部雙插方案：線路長41.617 km，橋梁長6.68 km(其中單線橋3.731 km，雙線橋2.949 km)，隧道長26.87 km(其中單線隧道11.705 km，雙線隧道15.165 km)，橋隧比為80.62%，工程投資為35.29億元。

經(jīng)比較，經(jīng)新安所方案全線技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一，線路長度適中，線形較為順直，布站均衡，所經(jīng)鄉(xiāng)鎮(zhèn)據(jù)點(diǎn)最多，工程投資最省，不良地質(zhì)和環(huán)境敏感區(qū)影響小，故推薦經(jīng)新安所方案。

南線方案走向綜述：線路自新建文山南站引出，向西北經(jīng)文山老城區(qū)西側(cè)設(shè)文山站，后折向西南，經(jīng)小街鎮(zhèn)，穿老君山，跨那母果河，經(jīng)屏邊縣和平鄉(xiāng)、新華鄉(xiāng)、芷村鎮(zhèn)、新安所鎮(zhèn)，引入昆玉河鐵路蒙自站，后沿昆玉河鐵路增二線，終至在建彌蒙鐵路紅河站。線路全長116.148 km，其中新建線路長101.670 km，橋梁長8.967 km，隧道長69.605 km，橋隧比為77.28%；昆玉河鐵路增建二線線路長14.478 km，橋梁長0.465 km，無隧道；工程總投資為77.66億元。

5 線路方案比選

5.1 經(jīng)濟(jì)據(jù)點(diǎn)方面

北線方案：途經(jīng)文山、蒙自、開遠(yuǎn)3縣市及馬塘鎮(zhèn)、薄竹鎮(zhèn)、鳴鷺鎮(zhèn)，距離開遠(yuǎn)市區(qū)及鳴鷲鎮(zhèn)較遠(yuǎn)，沿線站點(diǎn)吸引人口59.43萬人。

中線方案：途經(jīng)文山、蒙自2縣市及馬塘鎮(zhèn)、薄竹鎮(zhèn)、老寨苗族鄉(xiāng)、芷村鎮(zhèn)，沿線站點(diǎn)吸引人口60.43萬人。

南線方案：途經(jīng)文山、蒙自、屏邊3縣市及小街鎮(zhèn)、和平鄉(xiāng)、新華鄉(xiāng)、芷村鎮(zhèn)、新安所鎮(zhèn)，沿線站點(diǎn)吸引人口63.23萬人。

5.2 運(yùn)輸組織方面

北線方案：運(yùn)營長度較南線方案長5.835 km，平均每年增加運(yùn)營費(fèi)約700萬元，客運(yùn)旅行時(shí)間增加約3 min；旅客列車在蒙自地區(qū)只能停靠紅河站，距主要生活居住區(qū)相對(duì)較遠(yuǎn)，客流出行便利性不足。

中線方案：運(yùn)營長度最短，較南線方案短2.119 km，平均每年節(jié)約運(yùn)營費(fèi)約250萬元，客運(yùn)旅行時(shí)間縮短約1 min；旅客列車在蒙自地區(qū)只能停靠紅河站。

南線方案：本線旅客列車既可停靠紅河站，也可經(jīng)停蒙自站，蒙自至紅河間增建二線后，通過能力將有較大幅度提升，大大改善了地區(qū)客運(yùn)組織的靈活性(可根據(jù)需要組織部分蒙自站與昆明間的始發(fā)車)。

5.3 工程地質(zhì)方面

北線方案：穿越典型的巖溶峰叢洼地和溶丘洼地區(qū)，巖溶地下水以管道流為主，巖溶泉和暗河的流量較大且動(dòng)態(tài)變化大，巖溶強(qiáng)烈發(fā)育。沿線可溶巖長約98.6 km，占全線80.8%。線路走行于斷層較密集發(fā)育區(qū)，線路23次與斷層相交，工程地質(zhì)條件很差。

中線方案：穿越的典型巖溶地貌主要為老寨巖溶槽谷峰叢洼地和石門洞溶丘洼地，巖溶中等-強(qiáng)烈發(fā)育。沿線可溶巖長約68.7 km，占全線60.2%。線路走行于斷層密集發(fā)育區(qū)，線路30次與斷層相交，斷裂與褶皺發(fā)育，全線整體工程地質(zhì)條件差。

南線方案：典型巖溶地貌較少，主要為石門洞溶丘洼地，巖溶地下水以巖溶裂隙水為主，地下水以泉排泄為主，巖溶弱-中等發(fā)育。沿線可溶巖長約50.0 km，占全線43.1%。線路走行于斷層密集發(fā)育區(qū)，線路36次與斷層相交，斷裂與褶皺發(fā)育。全線巖溶地貌分布較少，地下暗河少見，巖溶水文地質(zhì)條件較復(fù)雜，整體工程地質(zhì)條件相對(duì)較好。

5.4 環(huán)境敏感區(qū)方面

北線方案：線路對(duì)環(huán)境影響最小，基本繞避水源保護(hù)區(qū)、自然保護(hù)區(qū)、風(fēng)景名勝區(qū)等環(huán)境敏感點(diǎn)。

中線方案：線路穿越暮底河水庫水源保護(hù)區(qū)準(zhǔn)保護(hù)區(qū)600 m，穿越蒙自五里沖水庫水源保護(hù)區(qū)11.03 km(其中二級(jí)保護(hù)區(qū)4.69 km、準(zhǔn)保護(hù)區(qū)6.34 km)。

南線方案：線路穿越文山國家級(jí)自然保護(hù)區(qū)(老君山片區(qū))實(shí)驗(yàn)區(qū)315 m；穿越暮底河水庫水源保護(hù)區(qū)準(zhǔn)保護(hù)區(qū)1.79 km；穿越蒙自五里沖水庫水源保護(hù)區(qū)準(zhǔn)保護(hù)區(qū)16.0 km，對(duì)環(huán)境的影響小。

5.5 建設(shè)條件及工程投資方面

北線方案：文山南至薄竹段分布蒙文硯高速公路，薄竹至紅河段道路較少，建設(shè)條件一般，工程投資較南線方案多8.73億元。

中線方案：沿線分布蒙文硯高速公路，建設(shè)條件最好，工程投資較南線方案多3.11億元。

南線方案：沿線分布縣道，建設(shè)條件相對(duì)較好，工程投資最省。

6 研究結(jié)論

根據(jù)三大走向方案的綜合比選，南線方案新建線路最短，投資最省，客貨運(yùn)輸徑路最優(yōu)，基本繞避了環(huán)境敏感點(diǎn)、礦區(qū)、暗河發(fā)育區(qū)，行經(jīng)可溶巖地帶最短，設(shè)站兼顧?quán)l(xiāng)鎮(zhèn)經(jīng)濟(jì)據(jù)點(diǎn)最多，站址符合文山、蒙自兩市政府意見。另一方面，該線的建設(shè)可促進(jìn)老君山、暮底河水庫、新安所等地方特色旅游資源開發(fā)，因此，推薦南線方案。