成達(dá)萬高鐵明月山至峨層山區(qū)段線路方案研究

張 哲 程軼波 徐文浩 白葦杭

(中鐵工程設(shè)計咨詢集團(tuán)有限公司,北京 100055)

1 概述

線路方案直接決定工程的難易程度、投資大小和后期施工及運(yùn)營的安全,所以鐵路選線是鐵路項目設(shè)計中最基本、最重要的工作,也是影響全局的總體性工作[1]。山區(qū)鐵路選線涉及面廣、工程條件復(fù)雜,許多鐵路設(shè)計工作者對其進(jìn)行深入研究。姬燕男結(jié)合合肥市城市規(guī)劃及綜合交通規(guī)劃,運(yùn)用對比法、指標(biāo)分析法等方法對引入肥東站并還建普速場方案、經(jīng)肥東引入合肥南站以及經(jīng)合新高鐵新站區(qū)引入新合肥西站方案3種方案進(jìn)行綜合比選[2];趙志明等分析橋隧相連部位的工程連接形式以及可能出現(xiàn)的問題,并提出優(yōu)化措施[3];陳明浩等結(jié)合成渝客運(yùn)專線地質(zhì)選線經(jīng)驗,提出地質(zhì)選線定線原則[4];丁朋朋等提出采用貢獻(xiàn)權(quán)重法對山區(qū)滑坡區(qū)域進(jìn)行危險性評價,并在此基礎(chǔ)上確定線路走向的方法[5-6];蔣鈺峰等基于地形地貌參數(shù),采用熵權(quán)法評價山區(qū)地質(zhì)情況,并以此確定最優(yōu)方案的方法[7];柏青等結(jié)合灰色關(guān)聯(lián)法與變權(quán)理論,構(gòu)建地質(zhì)選線模型[8-10]。張鵬研究了復(fù)雜山區(qū)不同限制坡度對線路縱斷面高程的影響[11];陳雷等以成達(dá)萬高鐵假角山巖溶區(qū)線路方案為例,闡述巖溶地區(qū)高速鐵路選線定線的原則和思路[12];魏永幸等提出基于全生命周期、系統(tǒng)工程、風(fēng)險管理理論的艱險復(fù)雜山區(qū)防災(zāi)減災(zāi)選線理念[13-14]。

不難看出,關(guān)于山區(qū)鐵路選線的研究較多,但針對西南地區(qū)川東平行嶺谷低山區(qū)的鐵路線路方案的研究則相對較少。為此,以成達(dá)萬高鐵明月山至峨層山區(qū)段為例,對該區(qū)段內(nèi)高速鐵路線路走向方案進(jìn)行研究。

2 項目概況

2.1 工程背景

成達(dá)萬高鐵位于我國西南地區(qū),新建正線全長478.957km。本線東端與在建鄭萬高鐵溝通,是國家中長期鐵路網(wǎng)“八縱八橫”高速鐵路主通道之沿江通道的重要組成部分,也是成渝城市群城際鐵路網(wǎng)的重要組成部分[15]。

2.2 自然條件特征

成達(dá)萬高鐵橫貫四川盆地,主要經(jīng)過川東平行嶺谷、川中丘陵、龍泉山低山區(qū)、川西成都平原四大地貌特征單元,同時跨越長江水系沱江、涪江、嘉陵江等江河及其支流,以及龍泉山山脈及川東一系列的平行嶺谷;線路沿線地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜,斷裂帶發(fā)育,不良地質(zhì)和特殊性巖土分布較廣泛。本研究區(qū)段川東平行嶺谷低山區(qū),地形起伏較大;線路主要跨越嘉陵江支流明月江,沿線不良地質(zhì)主要為煤層采空區(qū)、危巖落石和滑坡,特殊巖土主要為膨脹土。

3 影響因素

3.1 沿線經(jīng)濟(jì)據(jù)點

明月山至峨層山區(qū)段位于四川省達(dá)州地區(qū),沿途經(jīng)達(dá)州市達(dá)川區(qū)、開江縣,計劃設(shè)開江南站。根據(jù)客流預(yù)測,開江南站設(shè)計為兩臺四線,三等客運(yùn)站規(guī)模。在本次研究區(qū)段內(nèi),開江南站站位將影響線路的整體走向。

3.2 不良地質(zhì)

線路經(jīng)過四川盆地東部,沿線所經(jīng)地貌類型為川東平行嶺谷低山區(qū)。背斜兩翼屬侵蝕構(gòu)造地形,多為淺切脊?fàn)畹蜕?背斜核部屬侵蝕、溶蝕構(gòu)造地形,地形起伏大,地貌復(fù)雜。區(qū)域內(nèi)新構(gòu)造活動不強(qiáng),以大面積褶皺為主要特征。沿線不良地質(zhì)主要有采空區(qū)、巖溶、有害氣體、危巖落石、順層、滑坡;特殊巖土主要為軟土、膨脹(巖)土、石膏、鹽溶角礫巖、人工填土等。在本次研究區(qū)段內(nèi),峨層山區(qū)域煤層采空區(qū)將影響線路的整體走向。

3.3 公鐵交叉

明月山至峨層山區(qū)段沿線主要有達(dá)萬高速、G542國道、在建達(dá)開快速路、S202省道、包茂高速、在建營達(dá)高速、在建機(jī)場大道等公路。在本次研究區(qū)段內(nèi),線路與公路交叉位置的選擇將影響交叉跨越方案。

3.4 燃?xì)夤芫€

四川盆地天然氣儲量極為豐富,大型輸氣管線的走向和分布也將對線路的走向產(chǎn)生較大影響。明月山至峨層山區(qū)段分布的大型燃?xì)夤芫€共有3條,分別是川氣東送管線(管道外徑1016mm)、沙達(dá)線(管道外徑273mm)和金達(dá)線(管道外徑273mm)。根據(jù)相關(guān)規(guī)定,新建建(構(gòu))筑物必須滿足與地埋管線中心線最小間距不小于5m[16];因此,線路與大型燃?xì)夤芫€交叉位置的選擇將影響線路的局部走向和交叉跨越方案。

3.5 重大廠礦企業(yè)

達(dá)川區(qū)檀木鎮(zhèn)附近有1座大型采石場,年生產(chǎn)能力約10萬m3,開采方式為爆破式開采。《高速鐵路安全管理辦法》中明確指出:高速鐵路線路建筑物外側(cè)1000m范圍內(nèi)應(yīng)避免出現(xiàn)從事露天采礦、采石或者爆破作業(yè)的活動。因此,在本次研究中,為保證線路的穩(wěn)定和運(yùn)營的安全,線路以繞避方式通過。

3.6 環(huán)境敏感區(qū)域

明月山至峨層山區(qū)段沿線的環(huán)境敏感區(qū)域主要有花紅鄉(xiāng)瓦寨邊水源保護(hù)區(qū)、亭子鎮(zhèn)明月江飲用水保護(hù)區(qū)、宣漢森林公園保護(hù)區(qū)、深溝子水庫、陳家溝水庫和龜石水庫。在本次研究區(qū)段內(nèi),線路以遠(yuǎn)距離繞避方式通過。

4 線路走向方案

4.1 線路通道方案

在本此研究區(qū)段內(nèi),不良地質(zhì)峨層山煤層采空區(qū)和開江南站位方案將直接影響線路的整體走向,因此首先結(jié)合以上兩種控制性因素,對線路的通道方案進(jìn)行研究。為此對楊家灣通道方案和明月將通道方案進(jìn)行比選分析。通道方案示意如圖1所示。

(1)方案說明

①楊家灣通道方案

線路自比較起點引出,向北經(jīng)石筍子村、白楊坪村、龜石村后,于羅家坡村設(shè)開江南站,出站后經(jīng)深溝子村、花紅鄉(xiāng)北側(cè)后,折向西北,以隧道形式穿過楊家灣采空區(qū)通道,再先后上跨達(dá)萬鐵路和明月江,經(jīng)亭子鎮(zhèn)南側(cè)后向西,穿越碾子灣采空區(qū)通道后進(jìn)入達(dá)州南站,出站后上跨在建營達(dá)高速,下穿在建機(jī)場大道后,至比較終點。

該段線路全長50.595km,其中,橋梁長16.81 km,隧道長23.74km,橋隧比80.17%。

②明月江通道方案

線路自比較起點引出,經(jīng)楊柳溝村南側(cè)向北經(jīng)清泉村、石板村東側(cè),于安仁鄉(xiāng)南側(cè)設(shè)開江南站,出站后以隧道形式穿越明月江采空區(qū)通道,而后上跨明月江,再向西北經(jīng)亭子鎮(zhèn)穿越碾子灣采空區(qū)通道后進(jìn)入達(dá)州南站,出站后上跨在建營達(dá)高速,下穿在建機(jī)場大道后至比較終點。

該段線路全長48.238km,其中,橋梁全長19.55km,隧道全長19.39km,橋隧比80.74%。

(2)通道情況

①楊家灣通道概況

線路以隧道形式從峨層山背斜西翼的高益煤礦與大坑煤礦之間穿過,經(jīng)背斜軸部后,再從背斜東翼七里峽煤礦南部礦區(qū)外穿過。現(xiàn)狀楊家灣通道寬度較寬,約為1.1km,且通道附近煤礦采空區(qū)標(biāo)高較高,通道條件相對較好。

②明月江通道概況

線路以隧道形式兩次上跨峨層山背斜西翼的民信煤礦。由于民信煤礦采空區(qū)范圍較大,且采空區(qū)底板位于隧底以下56～135m,需對采空區(qū)進(jìn)行注漿加固處理。

(3)方案投資對比

兩方案工程投資對比如表1所示。

(4)方案優(yōu)缺點對比

兩方案優(yōu)缺點對比如表2所示。

表2 楊家灣通道方案和明月江通道方案優(yōu)缺點對比

(5)推薦意見

明月江通道方案線路長度較短,投資節(jié)省約3.58億元(不含采空區(qū)處理費用),但是處理采空區(qū)存在一定的施工風(fēng)險和運(yùn)營安全隱患,且線路隧道工程可實施性較差;另外,明月江通道方案的開江南站位方案距離開江縣城較遠(yuǎn),與地方城市規(guī)劃目標(biāo)不符,且線位正穿亭子鎮(zhèn),拆遷費用較大;此外,明月江通道方案線路經(jīng)亭子鎮(zhèn)明月江飲用水保護(hù)區(qū),需要環(huán)保部門變更水源地規(guī)劃,存在不確定風(fēng)險。綜上分析,本次研究推薦楊家灣通道方案。

4.2 線路局部走向方案

在確定經(jīng)楊家灣通道和開江南站位的前提下,對開江南站至峨層山段的局部方案進(jìn)行比選研究。為此,初步確定了對經(jīng)梓銅觀村方案和經(jīng)白巖村方案。開江南站至峨層山段局部方案示意如圖2所示。

圖2 開江南站至峨層山段局部方案示意

(1)方案說明

①經(jīng)梓銅觀村方案

線路于開江南站引出,向西北方向走行,上跨深溝子水庫和G542國道后,經(jīng)梓桐觀村北側(cè),于峨層山至比較方案終點。線路長20.37km,其中,橋梁長3.556km,隧道長13.799km,橋隧比85.20%。

②經(jīng)白巖村方案

線路起自明月山隧道,于龜石水庫西側(cè)30m以隧道形式通過,后至開江南站,出開江南站后向西北方向走行,于深溝子水庫北側(cè)通過,上跨G542國道,經(jīng)白巖村后,于峨層山至比較方案終點。線路長20.688 km,其中,橋梁長3.461km,隧道長14.073km,橋隧比84.75%。

(2)方案投資對比

兩方案工程投資對比如表3所示。

表3 經(jīng)梓銅觀村方案和經(jīng)白巖村方案工程投資比較

(3)方案優(yōu)缺點對比

兩方案優(yōu)缺點對比如表4所示。

表4 經(jīng)梓銅觀村方案和經(jīng)白巖村方案優(yōu)缺點對比

(4)推薦意見

通過對經(jīng)梓銅觀村方案和經(jīng)白巖村方案的工程投資及優(yōu)缺點對比分析,經(jīng)梓銅觀村方案線路稍短,投資低0.4億元,且橋隧工程無明顯的惡化,施工風(fēng)險較小,工程可實施性較強(qiáng)。因此,本次研究認(rèn)為,經(jīng)梓銅觀村方案更為合理。

4.3 局部方案優(yōu)化

經(jīng)梓銅觀方案檀木鎮(zhèn)馬鞍梁隧道北側(cè)有1處采石場,采石場南側(cè)邊界距離隧道結(jié)構(gòu)邊緣平面距離僅24m。由于采石場目前仍在生產(chǎn)狀態(tài),為保證線路后期的穩(wěn)定,在經(jīng)梓銅觀村方案研究的基礎(chǔ)上,對比研究了梓銅觀村北側(cè)方案和梓銅觀村南側(cè)方案,進(jìn)而對當(dāng)前經(jīng)梓銅觀村方案作進(jìn)一步優(yōu)化。梓銅觀村北側(cè)方案和梓銅觀村南側(cè)方案示意如圖3所示。

圖3 梓銅觀村北側(cè)方案和梓銅觀村南側(cè)方案示意

(1)方案說明

①梓銅觀村南側(cè)方案

線路于開江南站引出,向西北方向走行,上跨深溝子水庫后以隧道形式經(jīng)采石場南側(cè)(距邊界112m),于梓桐觀村南側(cè)通過至比較方案終點。線路長度17.780km,其中,橋梁長6.443km,隧道長6.253km,橋隧比71.41%。

②梓銅觀村北側(cè)方案

線路于開江南站引出,向西北方向走行,上跨深溝子水庫后以隧道形式經(jīng)采石場南側(cè)邊界24m,于梓桐觀村北側(cè)通過至比較方案終點。線路走向與局部走向方案研究中的經(jīng)梓銅觀村方案走向一致。其中,線路長度17.738km,橋梁長6.415km,隧道長6.290km,橋隧比71.62%。

(2)方案投資對比

兩方案工程投資對比如表5所示。

表5 梓銅觀村南側(cè)方案和梓銅觀村北側(cè)方案工程投資比較

(3)方案優(yōu)缺點分析

兩方案優(yōu)缺點對比如表6所示。

表6 梓銅觀村南側(cè)方案和梓銅觀村北側(cè)方案優(yōu)缺點對比

(4)推薦意見

相較于梓銅觀村北側(cè)方案,雖然梓銅觀村南側(cè)方案線路長42m,但遠(yuǎn)離采石場,線路方案更為穩(wěn)定,且隧道出口地段圍巖落石有明顯改善;此外,梓銅觀村南側(cè)方案投資節(jié)省約0.16億元,經(jīng)濟(jì)效益顯著。綜上分析,本次研究推薦梓銅觀村南側(cè)方案。

5 結(jié)論

(1)明月山至峨層山區(qū)段線路穿越楊家灣采空區(qū)通道后,經(jīng)梓銅觀村南側(cè),于開江縣城南側(cè)設(shè)開江南站。該方案線路線形平順,工程投資較低,且線路沿線無重大不良地質(zhì),工程可實施性較強(qiáng),予以推薦。

(2)鐵路選線首先應(yīng)明確重大經(jīng)濟(jì)據(jù)點、不良地質(zhì)區(qū)域、環(huán)境敏感區(qū)域、重大廠礦企業(yè)、公鐵交叉位置及方式等影響因素,同時充分考慮地方規(guī)劃和意見,在此基礎(chǔ)上制訂相關(guān)方案,并從安全性、經(jīng)濟(jì)性、工程可實施性等角度進(jìn)行比選和分析,最終確定推薦意見。

(3)在復(fù)雜山區(qū)高速鐵路選線過程中,應(yīng)充分考慮影響線路走向的控制性因素和相關(guān)影響因素,采用由整體至局部、分段優(yōu)化比選的方法。