渝昆高鐵特長隧道群合、分修方案比選

吳 華, 卿偉宸, 李濟良, 邸 成, 胡迪川

(中鐵二院工程集團有限責任公司，四川成都 610031)

渝昆高鐵(重慶至昆明高速鐵路)為新建設計時速350 km雙線高速鐵路，位于我國西南地區(qū)，該區(qū)域山脈起伏，地質(zhì)地形條件復雜，隧道工程占比大，特長隧道分布較多。近年來對特長隧道采用合修(單洞雙線)或分修(雙洞單線)方案的選擇，一直是建設各方、運營管理部門關(guān)注的重點[1]。隧道合修、分修方案的選擇，不能單一從隧道工程考慮，應結(jié)合相鄰工程，考慮線路、橋梁、車站以及站后等專業(yè)的影響，從工程建設、工程運營、防災救援等方面進行綜合系統(tǒng)分析[2]。本文對渝昆高鐵特長隧道群的合修、分修方案進行綜合論證與對比，系統(tǒng)分析各方案優(yōu)缺點，對山區(qū)鐵路隧道工程合、分修方案確定及鐵路選線有較大的參考意義。

1 工程概況

1.1 地形地貌

線路位于高原斜坡地帶低—中山峽谷區(qū)，總體地勢北東低、南西高，區(qū)內(nèi)關(guān)河、洛澤河、灑漁河、白水江為金沙江南岸支流橫江的上游，河谷深切，山坡陡立，斷面呈“V”形，少有河灘和階地。該區(qū)褶皺構(gòu)造強烈，且軟硬巖層相間呈條帶狀展布，山河多順構(gòu)造線和地層走向分布，地形普遍吻合構(gòu)造。地面標高450～2 740 m。

1.2 地質(zhì)構(gòu)造

線路地處印度板塊與歐亞板塊碰撞縫合帶附近之揚子亞板塊，主要受印度板塊向北(偏東)的強烈推擠和青藏高原向南南東的強力楔入的疊加作用。由于兩大板塊強烈碰撞擠壓，本區(qū)表現(xiàn)為地殼強烈抬升成高原，地殼緊縮，加之川滇菱形塊體向南東的滑移，導致區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造復雜，新構(gòu)造運動強烈，伴隨產(chǎn)生了地應力集中及一系列非永久性變形——地震、連續(xù)性變形——褶皺、不連續(xù)變形——斷裂。

1.3 不良地質(zhì)及特殊巖土

沿線不良地質(zhì)主要有高地應力、巖溶及巖溶水、地震及活動斷裂、煤層瓦斯、危巖落石及巖堆、順層；特殊巖土為人工棄(填)土、膨脹土。

2 線路方案

2.1 方案研究范圍

渝昆高鐵20 km以上隧道共有2座，分別為彝良隧道(24 797 m)、炳輝隧道(21 170 m)。彝良隧道與炳輝隧道間距離約7.5 km，受線路平面曲線半徑限制，彝良、炳輝隧道很難實現(xiàn)單獨分修，故本次合、分修比較范圍為彝良隧道小里程端大山坡隧道至炳輝隧道大里程端大苗寨隧道段。分修方案左線與合修方案相同，右線線間距拉開實現(xiàn)彝良、炳輝隧道分修。為便于比較，比較范圍以工點劃分，故比較范圍起點里程DK308+708，終點里程DK372+200，線路長度63.492 km(圖1)。

圖1 研究范圍

2.2 分修線路方案

利用大山坡隧道洞身曲線，將左、右線線間距拉開，分修起點里程DK314+874，彝良隧道左、右線線間距25～48 m，彝良北站線間距27.5 m，炳輝隧道線間距19～40 m，利用楊家大溝大橋—大苗寨隧道段曲線將線間距逐漸回歸至5 m(圖2)。

3 合、分修方案比較

3.1 主要工程規(guī)模

合、分修方案正線工程規(guī)模如表1所示。分修方案左線線路長度63.492 km，右線線路長度55.566 km。

3.2 站前工程

比選范圍內(nèi)影響的站前工程主要有隧道、橋梁、車站，對路基工程影響相對較小。

(a) 合修

(b) 分修圖2 合、分修主要工程分布(單位:m)

表1 正線工程規(guī)模 km

3.2.1 隧道

從隧道工程規(guī)模、輔助坑道設置、防災救援、施工組織、環(huán)保等方面分別對合分修方案進行比較。

3.2.1.1 工程規(guī)模

分修起點位于大山坡隧道內(nèi)，大山坡隧道由單洞雙線隧道過渡到雙洞單線隧道，彝良隧道—炳輝隧道均為雙洞單線隧道，小苗寨及大苗寨隧道為單洞雙線隧道。各隧道正洞工程規(guī)模如表2所示。

3.2.1.2 輔助坑道設置

輔助坑道設置綜合考慮施工工期、施工場地、防災救援、排水等要求，合修方案中彝良、炳輝隧道從防災救援角度考慮設置貫通平導。合、分修方案輔助坑道設置規(guī)模如表3所示。

3.2.1.3 施工工期

分修方案需施工兩個單線隧道，合修方案設置了貫通平導，對工期有利，總的來說，合修方案施工工期方面略有優(yōu)勢，主要隧道施工工期如表4所示。

表3 輔助坑道工程規(guī)模 m

3.2.1.4 施工風險

隧道施工風險與巖性、地下水、不良地質(zhì)、開挖斷面大小有關(guān)，研究范圍內(nèi)不良地質(zhì)主要有巖溶、大變形、順層、瓦斯等。關(guān)于施工風險方面，前人研究較多[3-5]本文不再累述，僅給出比較結(jié)論(表5)。除大變形風險外，合修方案優(yōu)于分修方案。

表4 隧道施工工期 月

表5 隧道施工風險比較

3.2.1.5 防災救援

長度20 km以上隧道及隧道群是防災救援的重點，研究范圍內(nèi)分布大山坡—彝良隧道群及炳輝隧道。合、分修方案均分別于彝良隧道及炳輝隧道內(nèi)各設置一座洞內(nèi)緊急救援站，合修方案中彝良及炳輝隧道設置貫通平導。

對火災工況，著火列出首先駛出隧道進行疏散，當列出不能駛出隧道時，應控制列車停靠在緊急救援站進行疏散和救援[6]。

對事故工況，合修方案設置了貫通平導，事故列車可利用平導進行人員疏散救援，分修方案左右線隧道互為疏散救援。

因此防災救援方面，合、分修方案均能滿足防災疏散救援功能需要。

3.2.1.6 運營保通性

分修方案為獨立的兩個單洞隧道，一條隧道發(fā)生病害或事故后，可利用另一條隧道保證運營需要。運營保通方面考慮，分修方案較有優(yōu)勢。

3.2.1.7 環(huán)保

研究范圍彝良隧道下穿烏蒙山國家自然保護區(qū)緩沖區(qū)，隧道埋深700～800 m，合、分修方案對環(huán)保區(qū)的影響程度均較小。合、分修方案開辟施工工區(qū)數(shù)量一致，施工作業(yè)對環(huán)境影響程度一致。

分修方案采用雙洞并行，隧道棄渣量增加較多，分修方案較合修增加棄渣約200×104m3，棄渣用地增加約13.3 ha，隧道棄渣運輸及渣場設置規(guī)模增大，增大了隧道棄渣對環(huán)境的影響。

小結(jié)：合、分修方案均能滿足防災救援、施工、運營安全要求，合修方案在工程規(guī)模、隧道巖溶及塌方施工風險等方面較優(yōu)，分修方案在運營保通性、隧道軟巖大變形等方面較優(yōu)。

3.2.2 橋梁

不同方案對在橋梁布置方面的差異性主要體現(xiàn)在墩臺、橫向范圍和基礎三個方面。

3.2.2.1 墩臺

合修方案普通簡支梁及連續(xù)梁墩臺布置合理，墩面防護范圍較小；分修方案普通簡支梁及連續(xù)梁橋橫向線間距30 m，分為2個單線橋梁，右線墩臺坡面較陡，墩面防護范圍較大。

3.2.2.2 橫向范圍

合修方案彝良車站規(guī)模較小，橋梁橫向范圍小，造價相對低；分修方案彝良車站規(guī)模較大，橋梁橫向范圍大，造價相對高，右線距離錢家河道較近。

3.2.2.3 基礎

合修方案洛澤河橋梁基礎相對較小，合修線路線間距5 m，雙線梁體容易滿足剛度及變形要求；分修方案洛澤河橋梁基礎相對較大，線路線間距30 m，需要分為2個單線梁體，2個單線梁跨度較大，梁體需滿足剛度及變形要求，尺寸較普通單線梁較大，造價較高。

小結(jié)：對于橋梁工程，合修方案在安全和經(jīng)濟兩個方面都要優(yōu)于分修方案。

3.2.3 車站

彝良北站位于本次研究范圍內(nèi)，合修方案車站正線線間距為5 m，分修方案為27.5 m。

合修方案彝良北工區(qū)分辦公生活區(qū)域和生產(chǎn)區(qū)域布置，生產(chǎn)區(qū)域設軌道車停放線2條，并設軌道車棚及機具庫、桶裝油存放間、門衛(wèi)等房屋。生產(chǎn)區(qū)域內(nèi)設有材料堆場等設施，可滿足生產(chǎn)需要。分修方案彝良北工區(qū)設辦公生活區(qū)域，僅在兩正線之間區(qū)域設軌道車停放線2條。受正線間空間限制，軌道車停留線僅用于軌道車停放，無設置材料堆場及通工區(qū)道路等設施的條件，無法滿足一般工區(qū)功能需求。

小結(jié)：合修方案在彝良北站維修工區(qū)功能設置上優(yōu)勢較明顯。

3.3 站后工程

比選范圍內(nèi)合、分修方案影響的站后工程主要通信、信號、電力和消防專業(yè)。

3.3.1 通信

(1)隧道分修后為滿足GSM-R覆蓋，需要增加1條漏泄電纜以及相應的數(shù)字中繼設備。

(2)隧道分修后隧道進出口增加及應急通道數(shù)量調(diào)整引起應急電話及視頻采集點數(shù)量的增加。

3.3.2 信號

隧道合修方案對應一處信號中繼站均控制線路上下行線信號設備。分修方案時，上下行信號設備通過上下行隧道間橫通道納入同一信號中繼站控制。

3.3.3 電力

(1)分修方案較合修方案增加2條10 kV地區(qū)饋線，為無線通信增加的負荷及分修隧道照明、防災負荷供電。

(2)分修隧道較合修方案需增加照明、防災及無線通信等負荷供電的箱變等相關(guān)工程規(guī)模。

(3)分修方案較合修方案增加箱變的高、低壓電纜長度。

(4)分修方案隧道雙洞需分別配置照明，增加工程規(guī)模。

3.3.4 消防

各方案消防系統(tǒng)一致，但分修方案為雙洞，洞內(nèi)救援站高壓細水霧消防管道和高壓細水霧消火栓較合修方案工程規(guī)模多一倍。

小結(jié)：采用分修方案后，通信、信號、電力、消防相關(guān)工程規(guī)模均有增加。

3.4 工程投資

對研究范圍的工程投資按初步設計精度進行計算，合修方案工程投資約91.4億元，分修方案工程投資約113.7億元，分修方案較合修方案增加投資22億元，增幅約24 %。

4 結(jié) 論

通過對渝昆高鐵分合修方案進行綜合比選，得出以下結(jié)論。

(1)隧道分合修方案的選擇應對影響范圍的站前站后工程進行綜合比選。

(2)隧道采用分修方案，對橋梁、車站等相鄰工程可能帶來較為不利的影響，站后配套工程規(guī)模明顯增加。

(3)從工程建設方面，一般地質(zhì)條件下，合修方案較優(yōu)，大變形問題突出時，分修方案較優(yōu)。

(4)運營安全方面，合修與分修均能滿足防災疏散救援功能需要，分修方案在運營保通方面可靠度較高。

(5)采用分修方案工程投資較合修方案明顯增加，增加幅度為20 %～30 %。