南疆鐵路吐庫段建設決策再思考與建設效益研究

楊建勛

(中鐵第一勘察設計院集團有限公司，陜西西安 730043)

1 概述

受設計施工技術條件、經濟實力、時代背景和發展認知等因素的限制，我國早期修建的山區鐵路主要技術標準較低，具體表現為曲線半徑小、坡度大，橋隧形式多為短橋、短隧。在當前的既有線擴能改造項目中，因其改造工程量較大而面臨技術標準、建設方案決策等困擾。國內許多學者對此進行了相關研究，吳琨等基于成昆鐵路成都至峨眉段擴能改造工程，認為應盡量提高既有工程的利用程度[5]。卓建成認為若既有線利用率較低，應按較高標準建設新線；以往研究大多注重局部方案和技術標準方面，對建設方案的綜合性研究較少，尤其缺乏對線路改造綜合效益的系統性分析。

以南疆鐵路吐庫段的建設方案為例，對有關支撐決策、效益等進行總結，從深化方案的視角，探索推進項目決策進程的工作重點與突破口。

2 建設方案研究

南疆鐵路吐庫段位于新疆維吾爾自治區吐魯番和巴州地區，增建二線是加強我國鐵路主通道、實現亞歐大陸橋南通道建設的重要舉措，對維護南疆穩定，發展邊疆地區經濟，促進區域社會經濟均衡、協調、可持續發展，維護民族團結，走向共同富裕，鞏固國防以及促進亞歐經貿合作等均具有十分重要的現實意義。

2.1 總體建設方案的確定

南疆線吐庫段兩端的吐魯番至魚兒溝、焉耆至庫爾勒兩段地形條件較好，既有線最大坡度為12.5‰，改建既有線及增建二線的條件較好。而中段的魚兒溝至焉耆段(現稱南疆支線)穿越天山腹地，沿阿拉溝河谷逆流迂回展線而上至奎先達坂，以6.152 km隧道(奎先隧道)越嶺進入烏拉斯臺溝后，再沿河谷迂回展線而下，出谷口進入焉耆盆地。由于兩條河谷溝床縱坡大，對線路進行了大量的展線，展線系數達1.85，最大坡度為22‰，落差達1 882～2 180 m。魚和段是千里南疆線技術標準最低、抵御自然災害能力最弱、運能最小、運營條件最為困難的地段，是整個南疆鐵路的“盲腸”，存在著標準低、路況差、海拔高、坡度大、洪水威脅大、運營成本高等缺陷。該段線路必須另辟徑路，選擇地形、自然環境較好的場地，按較高標準建設。

根據總體指導思想，結合天山地勢、地形、地貌等特點，從縮短線路長度和越嶺隧道長度入手，對包括建1條新線與既有線組成雙單線在內的各類方案進行了翔實的論述研究，最終確定了總體建設方案(見圖1)。

圖1 南疆鐵路吐庫二線示意

南疆鐵路吐庫段按160 km/h客貨鐵路標準建設，吐魯番至魚兒溝和焉耆至庫爾勒段沿既有線增建二線，中段的魚兒溝至焉耆段研究新的線路走向，選擇地質條件好、能夠顯著縮短線路長度的烏蘇通越嶺埡口穿越天山，按一次雙線標準建設，將既有魚兒溝至焉耆段既有線路作為南疆支線，滿足地方經濟、天山旅游開發等綜合運輸需要，全面提升南疆鐵路吐庫段的運輸能力。

2.2 線路走向與重大方案的確定

本工程為既有鐵路擴能改造項目，線路兩端的吐魯番至魚兒溝和焉耆至庫爾勒段大部分地段地形條件均較好，采用與既有線并行及小半徑集中地段雙線繞行兩種方式。其重大方案主要集中在魚兒溝至焉耆之間的中天山及喀拉塔格越嶺山區地段。

(1)中天山越嶺方案

對既有線進行深入研究后，認為魚兒溝至焉耆段線路必須另辟徑路。因此，對既有線以東區域內的中天山地形、地質情況進行了全面分析[10]，提出了烏蘇通、科可乃可與干溝長短隧道越嶺的五大方案。經綜合比選，烏蘇通越嶺方案線路短、隧道總長適中、橋梁工程省、工程地質條件好。

在大面積選線過程中，應重視線路研究和地質調查資料之間的緊密結合。工程實施期間所揭示的地質資料與勘察資料基本一致，其地質選線理念為合理選線和安全施工創造了良好條件。該重點工程在地質資料準確性、工法選擇、巖體物理力學參數劃分等方面達到國內長大鐵路隧道勘察的先進水平。

其技術創新點概括如下：

①采用調查、鉆探、物探、試驗等綜合地質勘察手段，查明了沿線巖土的工程地質特征和水文地質特征。經施工驗證，未發生因地質勘察資料不準而造成的重大變更。

②采用調查、鉆探、物探、試驗等綜合地質勘察手段，進行中天山隧道圍巖TBM掘進機的適應性分析研究，為施工方法的選擇提供了準確的地質資料。

③在加深地質、初測、定測及施工階段，多次開展可控源音頻大地電磁(CSAMT)V8測線，音頻大地電磁法(AMT)、地震折射法和音頻大地電場的綜合物探工作。

21世紀以來，小水電開發引起的生態環境破壞、水土流失、河道斷流等諸多問題引起了社會各界的廣泛關注。媒體曾集中報道陜西嵐河、湖北神農架、廣西桂北、甘肅舟曲白龍江等地小水電開發導致部分河段脫流斷流問題，而小水電是重要的民生水利基礎設施和清潔可再生能源，已建成的小水電解決了無電、缺電地區用電問題，有力推動了地方經濟發展，在江河治理、生態環境保護等方面做出了重要貢獻。因此，為消除小水電建設的帶來的負面影響，必須通過借鑒國際經驗，把小水電開發利用提高到一個新的水平。

④中天山特長隧道巖爆預測中，進行了大量的土工試驗和物探，獲取了合理的巖體物理力學參數，判定了不同圍巖應力狀態下巖爆的臨界狀態，劃分了巖爆段落。經施工驗證，巖爆段落與設計基本一致。

(2)喀拉塔格越嶺方案

喀拉塔格為中天山支系山脈，山體基巖裸露風化，植被稀疏,,越嶺埡口附近山體最高峰高程約為1 930 m。在定測階段，根據地形和工程地質條件，研究了長、短隧道兩個方案。

長隧道方案由一座9.63 km長隧道和1座0.402 km短隧道組成，橋梁工程較小；短隧道方案僅設1座7.807 km的隧道，但橋梁工程較長隧道方案多2.372 km。短隧道方案較長隧道方案工程投資高約3 000萬元。

針對上述情況，加大了地質選線的工作深度，特別是對長隧道方案的隧道洞口地質情況進行了深入研究。研究結果表明，其塔塔爾淺埋隧道(0.402 km)兩端洞口巖石較為破碎，存在滑塌、危巖、落石等威脅，安全風險較大，經補充定測階段的進一步研究比選，綜合考慮工程地質、線形、工期、運營條件等因素，最終推薦該越嶺方案采用短隧方案(1座7.807 km隧道)。后續施工及運營實踐證明，短隧道方案以橋代隧，避開了不良地質，消除了安全風險隱患，改善了運營及維修條件。

(3)速度目標值方案

本線增建二線及魚焉新建段的綜合研究表明，南疆鐵路吐庫段選擇V=160 km/h方案，吐魯番至庫爾勒間的旅行時間可控制在3 h以內，滿足與高速公路、航空運輸競爭的時間目標值要求，也可以滿足烏魯木齊與庫爾勒兩地開行“晨發夕歸”城際快速列車的要求。

從本線定位來說，南疆鐵路是以貨運為主、客貨共線的鐵路，開行的旅客列車以普速客車為主，200 km/h速度目標值方案將廢棄較多的既有線，經濟性較差；速度目標值160 km/h方案投資適中(見表1)，提速效果較好，故推薦采用160 km/h速度目標值方案。

表1 速度目標值方案線路長度與投資比較

從速度目標值比較來看，線上160 km/h、線下200 km/h方案較160 km/h方案增加投資8.9億元，在2006年基建投資緊張的大背景下，推薦了160 km/h方案，但從現今鐵路發展趨勢來看，本線可能已失去繼續提速的條件，對于兼顧承擔烏魯木齊至庫爾勒兩市城際功能的本段線路，還是多少留有遺憾。

3 本項目技術方案特點

3.1 有效縮短線路長度

通過方案優化，縮短線路長度約123 km，節省旅行時間、提高運輸效率、降低運輸費用的效果十分顯著，為擴大邊疆與內地及南、北疆間的交流創造了良好的交通條件。

3.2 電氣化改造

由內燃牽引的單線鐵路改建為雙線電氣化鐵路，徹底改變了既有線的薄弱環節，極大提高了運輸質量。

3.3 復雜山區選線

貫徹復雜山區鐵路選線思路，依據展線條件和橋隧工程布設，發揮了特長隧道的越嶺效果，將線路長度從原457 km縮短到334 km，牽引質量從1 800 t增加到4 000～4 500 t，降低了運營成本，充分體現了本項目低投入、高回報的投資價值。

3.4 擋風墻設置

在吐魯番至魚兒溝間設置擋風墻53 km，極大地提高了線路防風能力，減少了停輪避風概率。

3.5 運輸質量提升

線路通過能力和運輸質量大幅度提升，為南疆地區經濟持續發展提供了充足的運力保證，全面扭轉了南疆地區特別是庫爾勒地區鐵路限制運輸的情況，直快列車從庫爾勒至烏魯木齊只需4.5 h，提高了鐵路的市場競爭能力，降低了運營成本，經濟效益顯著。

4 綜合效益分析

4.1 經濟效益

線路由單線內燃牽引改建為160 km/h雙線電氣化客貨共線鐵路，改建后線路最大坡度從22‰下降到13‰，牽引質量從1 800 t增加到4 000～4 500 t，線路高程從2 985 m降至1 480 m，線路長度從457 km縮短至334 km，運輸能力大幅提升，運輸成本顯著降低。自開通至今，僅增開客車已達17對/日，徹底解決了運能限制運輸的問題，運營條件、運營質量、運營水平均發生質的飛躍，經濟效益突出。

4.2 社會效益

本段線路改建前為千里南疆線運輸能力的瓶頸地段，處于能力飽和限制運輸狀態，年輸送能力不足800萬t。本次技術改造后，運行圖通過能力躍升至180對/日，全面扭轉了南疆鐵路限制運輸的狀況，為南疆地區經濟發展注入了強大的活力，經由本線庫爾勒至烏魯木齊直快列車從原先的10 h縮短為4.5 h(公路客運為6～7 h)，“南疆之星”城際列車的開行給南北疆之間的交流產生了歷史性改變，拉近了新疆“北烏(魯木齊)南庫(爾勒)”兩個重要中心城市的時空距離。因線路運營里程的大幅縮短，旅客列車各類票價下降約15%，也為鐵路、地方大力發展現代物流業提供了堅實的基礎，社會效益顯著。

4.3 技術效益

本線由單線內燃牽引改建為160 km/h雙線電氣化客貨共線鐵路，實現了與蘭新通道的直通匹配，線路最小曲線半徑由原先的400 m增大至1 600 m，縮短線路長度123 km，按清理概算的108.7億元總投資計算，單線公里(不含利用既有線)技術指標為1 806.6萬元/km，考慮本線橋隧總長69.6 km(雙線)的情況與產生的巨大經濟、社會效益相比，項目投資低廉，以較小的投資代價實現了效益最大化，貫徹了鐵路發展技術政策，是“技術創造效益”的具體實踐。

5 支撐項目決策的思考

既有鐵路擴能項目存在廢棄工程量與提高線路技術標準之間的決策困擾。一般情況下，改造線路技術標準越高，則意味著廢棄線路越長、廢棄工程量越大，這就需要充分掌握沿線地形、地質條件，跟蹤相關專業技術發展動態、鐵路勘察地理信息技術、修建技術及設備水平，積極開展科技創新，全面開展方案論證和綜合效益分析，剖析各方案改造效果、投資付出與廢棄工程量之間的矛盾，平衡各種因素，以鐵路可持續發展為主導，落實功能定位目標，為項目建設方案決策提供翔實可靠的技術依據，以準確可靠的技術方案保障推進項目決策進程。