峽谷地區城際鐵路線路方案研究

吳明輝

(中鐵第六勘察設計院集團有限公司線路站場設計院，天津 300308)

我國幅員遼闊，地形復雜多樣，據資料顯示，山區丘陵約占國土總面積的2/3。近年來我國在復雜艱險山區修建的鐵路越來越多，山區特別是峽谷地區，具有地形復雜、自然環境惡劣、地質災害頻發的特點。合理的鐵路選線對降低工程實施難度、減少地質災害對鐵路安全的影響有重要意義，因此開展峽谷地區鐵路選線研究具有重要現實意義。長治、林州地處太行山脈，周邊分布諸多大峽谷，峰谷交錯、谷深溝險，地質條件復雜。本文以長治至林州城際鐵路為工程背景，從工程投資、線路技術特征、經濟據點、環境敏感區、工程地質等方面，對峽谷地區鐵路線路方案選定進行了分析和研究。

1 工程概況

1.1 地理位置和路徑

長治經平順至林州鐵路位于山西省長治市和河南省林州市，東銜京廣高鐵、西接太焦高鐵，是貫通晉東南、豫北太行山區域的一條重要旅游文化通道。線路由在建太焦城際鐵路長治東站引出，經長治—壺關—平順—林州，線路穿過壺關太行山大峽谷、平順大峽谷和林州大峽谷，終至規劃的安林市域鐵路林州北站，線路全長71.7 km[1]。

1.2 主要技術標準

城際鐵路，雙線；速度目標值Vmax=200 km/h；限制坡度：一般20‰，困難25‰；最小曲線半徑：一般2 200 m，困難2 000 m；牽引種類：電力；到發線有效長度：400 m；列車運行控制方式：CTCS-2級列控系統；調度指揮方式：調度集中；最小行車間隔：3 min。

1.3 項目沿線自然特征

1.3.1 地形地貌

線路西起長治盆地經太行山中低山區終至林州盆地，總體地勢中間高兩邊低，山巒起伏較大，地形陡峻，溝壑發育。長治盆地地形平坦，地勢開闊，地形略有起伏，海拔900～1 000 m；太行山脈山體走向呈東北—西南走向，地形起伏強烈，溝壑發育，線路穿越中低山區地段，海拔800～1 700 m左右，途經壺關太行山大峽谷、平順大峽谷和林州大峽谷，其上為厚層狀下古生界碳酸鹽巖，強烈的新構造運動造成巖石的斷裂，流水冰劈形成崩塌區內峽谷縱橫，砂巖、灰巖形成峰墻、峰柱、峰林，峰叢；林州盆地為沖積、沖洪積平原區，地形起伏較小，海拔250～500 m。

1.3.2 工程地質條件

(1)地層巖性：沿線主要的地層有三疊系(T)、二疊系(P)、石炭系(C)的砂巖、泥巖、頁巖；奧陶系(O)的灰巖、白云巖；寒武系(∈)的灰巖、砂巖、頁巖；震旦系(Z)的砂巖；以及第四系全新統(Q4)的沖積、洪積的黏性土、砂類土、粉土、碎石類土及軟土。

(2)地質構造：線路在長治地區位于太行山隆起區，對路基高邊坡、橋梁基礎、隧道圍巖的穩定性有一定影響，設計應加強工程措施進行防治，線路在林州斷陷盆地被較厚的第四系松散層覆蓋，地質構造對鐵路工程影響較小。

(3)不良地質：沿線礦產資源比較豐富，主要有煤礦、鋁土礦、硅礦、鐵礦等，其中煤礦開采及小煤窯等造成的采空區對線路方案的影響最為嚴重。礦區開采年代久遠，采空區分布范圍廣、地下采空情況復雜，線路原則上應予以繞避。

沿線可溶巖在長治東側的太行山區分布較多。在構造作用影響下，巖體裂隙發育，進而因地下水長期溶蝕，山體沿構造裂隙逐漸發育為較大型的巖溶，可通過一定的措施對巖溶予以加固以保證工程安全[2]。

太行山山體風蝕較為嚴重，山高崖陡，因山體崩落而形成的堆積層在雨雪天氣或受到劇烈震動時易發生溜塌。山區河流溝谷的坡岸受常年水流作用也容易發生溜塌，溜塌對線路安全影響較小，可通過線路繞避或清方處理等措施解決[3]。

1.3.3 水文地質特征

沿線河流分布主要為濁漳河及其支流，均屬海河水系，河流水流均具有典型的雨洪特征，河流水流量隨季節有較大變化，流量、水位等參數與降水量正相關，動態極不穩定[4]。按賦存的介質，沿線地下水主要有：孔隙潛水、巖溶裂隙水、基巖裂隙水。山區地表水和地下水對混凝土結構一般不具腐蝕性。

2 線路方案研究

2.1 選線原則

(1)堅持地質選線原則。在選線過程中應深入調查工程地質及水文地質，確定鐵路工程受其影響的范圍。對于滑坡、坍塌、泥石流、巖溶和泥沼等不良地質區域，以及沙漠、多年凍土等特殊地段，應慎重處理，一般情況下可設法避開。當無法進行繞避時，應選擇適當的位置，減少線路穿越距離，同時采取必要工程措施。

(2)堅持環保選線原則。工程沿線環境敏感區眾多，主要有老頂山國家森林公園(國家級)、天脊山風景名勝區(省級)、紅旗渠風景名勝區(國家級)、太行大峽谷國家地質公園(國家級)等。在線路走向方案研究過程中，應充分考慮沿線森林公園、地質公園、風景名勝區等環境敏感點的分布情況，在工程條件合理的情況下，應予以繞避[5]。條件確實困難無法繞避時，應選取對生態環境影響較小方案穿越，將項目建設對環境的影響降到最低，建設一條社會效益、經濟效益與生態效益并重的“綠色鐵路”[6]。

(3)堅持重點工程優先選址原則。在工程建設過程中，重點工程如長大隧道、異型橋梁等，往往是本項目建設的控制性工程，對工程項目的工期、造價、走向有重大影響。因此在設計過程中，應將重點工程作為選線過程的控制因素重點研究。

(4)堅持規劃選線原則。線路走向和車站設置應盡量兼顧沿線經濟據點、旅游景區，充分吸引客流，與城市總體規劃緊密聯系，與通道內相關線路、其它運輸方式合理銜接，使鐵路建設在滿足城市交通需求的同時，為城市可持續發展保留空間。

2.2 線路方案設計

綜合沿線城鎮布局、規劃、環境保護區、不良地質(采空區)、工程建設條件及投資等因素，形成了長治至林州北方案和長治至林州南方案兩個走向方案，進行綜合比選。線路方案示意見圖1。

圖1 長治至林州線路走向方案

2.2.1 長治至林州北方案

線路自在建太焦城際鐵路長治東站并行設站北咽喉區引出，以隧道形式北繞老頂山國家森林公園，之后折向東南，上跨既有瓦日鐵路(中南部鐵路通道)，于壺關縣城市總體規劃北端辛村東北側設壺關站，出站后線路折向東北，以隧道形式穿越G2201國道，在平順縣城北側張井村附近出隧道，于平順縣城北側設平順站，出站后線路以16.6 km長隧道向東前行，在硅礦采空區邊界南側出隧道后設虹梯關站，出站后上跨虹霓河，以隧道形式穿越太行大峽谷風景區進入河南省林州市境內，至寨底南側引入安林市域鐵路規劃的林州北站。正線長度72.4 km。

本方案利用規劃安陽至林州市域鐵路，線位范圍為安林鐵路CK102+900—CK77+500段，該段正線長度為25.4 km。

2.2.2 長治至林州南方案

線路自在建太焦城際鐵路長治東站東側并行設站南咽喉區引出，線路以隧道形式并行在建太焦城際鐵路局部穿越老頂山國家森林公園的西南角，線路折向東，上跨S325省道、瓦日鐵路(中南部鐵路通道)和S225省道，在集店鄉常平村北側設壺關站，線路繼續向東于晉莊鎮西北側設晉莊站。出站后，在常家池村的西南側設雙線單洞特長隧道(27.97 km)穿越太行山，出隧道后在河南省林州市南側設林州南站。正線長度68.9 km。

本方案需對規劃安陽至林州市域鐵路線位局部調整，調整段落為林州南站至安林鐵路CK77+500處，整正段長度為21.5 km。

2.3 線路方案比選

兩方案工程投資比較如表1所示。

表1 工程投資比較

長治至林州北方案：線路繞長7.5 km，但工程建設條件較好，投資較南方案省1.16億元。控制工程為新建1座雙線單洞隧道長16.6 km，施工工期較長，但能滿足施工工期要求。

長治至林州南方案：線路長度短，但工程建設條件價差，投資較北方案多1.16億元。控制工程為新建27.94 km長隧道，為雙洞單線隧道。因山勢較高，軌面高程較低，且隧道為單面下坡，附近沒有設置斜井及橫洞條件，需設置貫通平導，并設置洞內緊急救援站。進口排水及防災疏散救援較困難，施工工期無法滿足本線要求。

2.3.2 線路技術特征方面

兩方案線路技術特征比較如表2所示。

表2 線路技術特征比較

長治至林州北方案：線路沿線多為中低山區及峽谷區，溝谷縱橫，為減少長大隧道出現，線路盡量沿溝谷方向走行。本方案線路長度較長，曲線占比大，平面技術特征較差；拔起高度值較小，線路爬坡少，縱斷面技術特征較好。

長治至林州南方案：線路沿線地形自西向東地勢逐漸升高，至林州盆地附近，地勢陡降，線路先隨地勢以路基形式行至晉莊鎮，然后以27.94 km隧道，進入林州盆地。本方案線路長度較短，曲線占比小，平面技術特征較好；拔起高度值較大，線路在隧道內存在長大段落爬坡，縱斷面技術特征較差。

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2.3.3 經濟據點方面

長治至林州北方案：途經壺關縣、平順縣虹梯關鎮(旅游景點)和林州北，均設站，確保城鎮居民及游客出行，通過主要城鎮較多，促進當地經濟發展作用大。林州市總體規劃發展方向為向北、向東發展，在主城區東北方向為紅旗渠國家級經濟技術開發區，規劃安林市域鐵路在主城區北側、開發區南側擬設林州站，可兼顧帶動主城區與開發區的發展。

長治至林州南方案：途經壺關縣、晉莊鎮(旅游景點)和林州南，均設站。主要通過壺關縣，沿線城鎮較少，當地居民及游客相對較少，促進當地經濟發展作用較弱。長治至林州南方案需調整安林市域鐵路的規劃至主城區南側，對開發區的發展帶動效應較差。

2.3.4 環境敏感區方面

長治至林州北方案：線路利用隧道形式并行南林高速公路穿越太行大峽谷風景區，線路穿越對太行大峽谷風景區有一定影響。

長治至林州南方案：線路利用隧道形式并行在建太焦城際鐵路穿越老頂山國家森林公園的西南角，線路穿越對老頂山國家森林公園有一定影響。

2.3.5 工程地質方面

兩方案處于太行山區和林州盆地內，工程地質條件基本相當，影響線路因素主要為采空區分布，兩方案均線路予以繞避。

3 結論

(1)長治至林州北方案雖線路長度稍長，但避免了長大隧道，工程風險低、工期短、投資少，更有利于鐵路吸引客流，方便旅客出行，長治至林州北方案優勢明顯，因此，本次研究推薦長治至林州北方案作為貫通方案。

(2)在峽谷地區進行鐵路選線時，除了對沿途經濟要塞、環境敏感地區、地方規劃等因素進行綜合考慮外，應加強對沿線地質條件的勘察工作，深入分析沿線地質資料，以便確定合理的線路方案，降低工程風險。

(3)長治、林州地處太行山脈，谷坡陡峻、地質條件復雜，具有典型峽谷地區地形特征，本文基于長林城際線路方案的研究，對峽谷地區鐵路選線具有一定借鑒意義。