中老鐵路總體設計及技術創新

陳建國,謝 毅,鄭天池,張可軍,徐 濤,龔慶五,劉亞新

(中鐵二院工程集團有限責任公司,成都 610031)

1 項目背景

中老鐵路是泛亞鐵路中通道的重要組成部分，由我國昆明至老撾萬象，是第一條以中方為主投資建設、采用中國鐵路技術標準并與中國鐵路網直接連通的跨國鐵路，全長1 035 km[1-2]，于2021年12月全線開通運營。

進入21世紀以來，中國鐵路進入了全新發展的時代，取得了舉世矚目的成就。時速350 km高速鐵路、3萬噸級重載鐵路[3]、青藏高原高寒鐵路等投入運營，標志著中國鐵路技術水平在世界上已經處于領先地位[4]。中國鐵路擁有高速客運專線、客貨共線以及貨運專線等不同類型鐵路的成套工程技術和完善的技術標準體系，并具有從規劃咨詢、投融資、設計、施工、裝備制造、運營維護到教育培訓的全產業鏈優勢，為中國鐵路“走出去”奠定了堅實的基礎[5]。另一方面，我國鐵路的快速發展對產業鏈產生了巨大的拉動效應，在相關產業形成了大規模的產能，隨著國內鐵路網絡的不斷完善，市場將逐漸飽和，企業要繼續發展，必須要釋放產能，需要中國鐵路“走出去”拓展國際市場[4]。

2013年9月和10月，國家主席習近平提出了“一帶一路”的合作倡議，其核心內容就是要促進基礎設施建設和互聯互通，而周邊國家則是推進鐵路互聯互通的重點區域，使國際鐵路通道成為共建沿線經濟合作走廊的先導[5]。針對中國與周邊鐵路的互聯互通工程，20世紀末、21世紀初，開展了中國與東南亞互聯互通的泛亞鐵路通道研究，形成了東、中、西三大通道的規劃，其中包括中老鐵路在內的中線通道是路徑最短、最為便捷的通道[6-7]，如圖1所示。

圖1 泛亞鐵路通道規劃

中老鐵路連接中老兩國，并通過在萬象設置的準軌、米軌換裝場與泰國米軌鐵路網的連接，實現了中國—中南半島鐵路的互聯互通，是“一帶一路”的標志性工程；中老鐵路完全采用中國鐵路技術標準規劃、設計、施工、運營，實現了中國鐵路技術標準體系的成套輸出，是中國鐵路“走出去”的典范工程。

2 主要技術標準選擇

2.1 鐵路等級

本線是泛亞鐵路中線通道的重要組成部分，貫通云南滇中城市群、滇南邊陲以及老撾北部地區，并與規劃的泰國曼谷至廊開鐵路相連，為國際鐵路大通道，具有重要的政治經濟戰略意義，鐵路等級應為Ⅰ級[1-2]。

2.2 正線數目

玉溪至西雙版納段，根據預測運量和輸送能力分析，近期單線能力飽和，運輸組織難度大，且單線不能滿足遠期能力需要，同時考慮該段線路地形、地質極其復雜，研究了單線預留復線、雙線方案。經綜合分析，雙線方案與單線預留復線方案相比，平圖能力更大，能更好地滿足運輸能力需要；站間距更長，可減少車站設置數量，降低工程難度及地質隱患，改善運營條件；一次建成，可減小將來因復線建設對環境的二次破壞；其投資較將來復線的總投資費用更低。故采用雙線方案[2]。

西雙版納至磨憨、磨丁至萬象單線方案能滿足遠期運量需要，故采用單線方案[1-2]。

2.3 設計速度

從本線作為泛亞鐵路中通道的重要組成部分、保證鐵路相對其他運輸方式的競爭優勢考慮，應選用較高的速度目標值；而按照客貨列車速度匹配方面的研究結論，客貨列車速差越小，越有利于運輸組織，且建設和運輸成本越低，速度目標值又不宜過高。結合貨物列車速度80～120 km/h的情況，分段研究了120,160,200 km/h三個速度目標值方案。各方案的投資及運行時分如表1所示。

表1 中老鐵路不同速度目標值方案投資及運行時分對照

玉溪至西雙版納段設計速度200 km/h 方案可節省運行時間32 min，但投資高46.6億元，增加比例為11.9%；而160 km/h方案較120 km/h增加15.7億元，增加比例僅為4.0%，同時可節省時間51 min，符合速度及時間目標值的定位。西雙版納至磨憨段160 km/h方案較120 km/h增加4.2億元，增加比例僅為3.99%，節省時間21 min，符合速度及時間目標值的定位。磨丁至萬象段200 km/h與160 km/h相比，節省運行時分32 min，但投資增加30.8億元，增加比例為9.64%；160 km/h與120 km/h相比，節省運行時分58 min，投資增加11.5億元，增加比例僅為3.73%。綜合考慮投資和運行時分，全線推薦采用速度目標值160 km/h。

2.4 限制坡度[1-2]

區域路網內與本線相鄰的昆玉線限坡為6‰加力坡13‰，玉蒙鐵路限坡為12‰加力坡24‰。考慮與相鄰路網限制坡度相適應，本線限制坡度可采用13‰或者24‰；在對全線地形、地質、車站及重點控制工程研究后，發現13‰方案基本無法適應地形的起伏，因此重點研究加力坡18.5‰、24‰兩個方案(表2)，另考慮到西雙版納至磨憨段、萬榮至萬象段地形起伏相對較小的特點，研究了限坡9‰、12‰的方案。

表2 加力坡18.5‰、24‰方案比選

經綜合比較，玉溪至西雙版納段加力坡18.5‰較加力坡24‰線路增長27.394 km，橋隧增加24.603 km，靜態工程投資增加43.69億元，換算工程運營費增加38.15億元，同時隧道埋深將顯著增加，增大了地熱等不良地質潛在危險及施工難度，因此，從縮短線路、降低工程投資、減小工程難度及工程風險分析，玉溪至西雙版納推薦加力坡24‰方案；西雙版納至磨憨段地形較平緩，從降低換算運營費、減少機車車輛購置費考慮，推薦限制坡度12‰方案；磨丁至萬榮段加力坡18.5‰線路增長0.917 km，橋隧增加7.456 km，靜態投資增加2.26億元，換算工程運營費增加1.61億元，同時增加了長隧長度，隧道輔助坑道條件、工程條件更差，工期壓力更大，從節省投資、改善重點工程條件、利于工期控制、與玉磨段限制坡度協調方面考慮，推薦加力坡24‰方案；萬榮至萬象段為平原及緩丘區，地形平坦開闊，限坡12‰能夠很好地適應地形，采用加力坡24‰方案降低工程投資、改善控制性工程有限，反而在個別采用加力坡段落惡化了線路縱斷面條件，故推薦采用限坡坡度12‰方案。

綜上，玉溪至西雙版納采用加力坡24‰，西雙版納至磨憨采用限制坡度12‰，磨丁至萬榮段采用加力坡24‰，萬榮至萬象段采用限制坡度12‰。

2.5 牽引種類

本線受地形限制，須采用連續的長大坡道和長隧道，采用電力牽引，可保證速度標準及牽引質量標準達到要求，且更為環保，同時相鄰主要鐵路均為電氣化鐵路，故推薦本線牽引種類為電力牽引。

2.6 牽引質量、到發線有效長

根據本線的限制坡度、貨運機車性能等，貨物列車牽引質量采用3 000 t，對應到發線有效長650 m(雙機680 m)；為預留運輸能力進一步提升的空間，考慮將來牽引定數進一步提高至4 000 t條件，應預留到發線有效長850 m(雙機880 m)的條件。

玉溪至磨憨段因地形復雜、工程艱巨，將來延長到發線改造困難，近期采用850 m較650 m方案增加投資不多，且可減少遠期投資，減小遠期施工對運營的干擾，因此該段到發線有效長度采用850 m。

3 主要技術方案

3.1 北端接軌方案[2，8]

結合本線預測運量和泛亞鐵路中通道及區域路網現狀，北端研究了玉溪、建水、楚雄3個接軌方案。其中，建水接軌方案雖然可以縮短泛亞鐵路的長度，但丟棄了普洱、景洪等旅游、經濟據點，不符合城際及旅游功能的項目定位，也不利于地方經濟發展；楚雄接軌方案經過了橫斷山脈帚狀構造緊密地帶，地質極為復雜，線路長，橋隧工程大，投資高；玉溪接軌方案經過橫斷山脈帚狀構造舒緩地帶，線路短、投資省，予以推薦。

中老鐵路北端接軌方案比選示意見圖2。

圖2 中老鐵路北端接軌方案比選示意

3.2 通關模式選擇[1，9]

當前，國際上通行的鐵路口岸通關模式為“兩關兩地兩檢”，這也是中老鐵路采用的通關模式。但在確定通關模式的過程中，還研究了“兩關一地兩檢”、“一關一地兩檢”兩種方式，其中“一關一地兩檢”是香港九龍口岸站采用的通關模式，“兩關一地兩檢”在國內尚無先例。

盡管在“一關一地兩檢”、“兩關一地兩檢”模式下，旅客僅需進行1次通關查驗，通關效率高，但該兩種模式均涉及法律、政策層面，需兩國政府相關部門溝通、協商、簽訂相關協議，難度大、周期長。因此，推薦采用常規的“兩關兩地兩檢”通關模式，同時考慮預留在磨憨設置“一地兩檢”的條件，待時機成熟時可調整為一地兩檢，提高旅客通關效率。

3.3 萬象樞紐總圖[1]

萬象樞紐位于老撾首都萬象市，銜接中老鐵路、老泰鐵路及萬象至他曲鐵路，為“人”字形的樞紐格局。經研究，樞紐總圖按“客內貨外”的原則進行規劃：近期中老鐵路引入樞紐采用客、貨縱列布置，從北向南分別設置萬象北、萬象客運站和萬象南貨運站后跨過湄公河延伸至泰國廊開；遠期萬象至他曲鐵路從東端引入萬象站，同時新建貨車外繞線，最終形成“客內貨外”的環形樞紐。萬象樞紐總圖布置見圖3。

圖3 萬象樞紐總圖

4 中老鐵路項目難點及主要技術創新

4.1 項目難點

(1)地形困難，地質條件極為復雜

中老鐵路位于橫斷山脈南延段，線路穿越三山(磨盤山、哀牢山、無量山)、橫跨四水(元江—紅河、阿墨江、把邊江、瀾滄江—湄公河)，整體地勢由北西向南東傾斜，地形起伏劇烈、山高谷深，最高點與最低點相對高差達2 900 m，地形條件極為復雜。

線路地處印度板塊與歐亞板塊碰撞縫合帶附近揚子亞板塊、印支亞板塊、滇緬泰亞板塊，深大活動斷裂及褶皺發育，穿過斷層、斷裂218條，穿越褶皺66條，工程地質條件極其復雜，具“三高”(高地熱、高地應力、高地震烈度)、“四活躍”(活躍的新構造運動、活躍的地熱水環境、活躍的外動力地質條件、活躍的岸坡淺表改造過程)的特征。

(2)橋隧比重高，復雜工點多，工程艱巨

全線橋隧總長736.281 km，橋隧比重達71.1%。其中隧道總長608.725 km，占正線長度近60%，且長隧多(10 km以上隧道多達15座205.779 km)、輔助坑道長、高風險隧道多(37座)、地層巖性變化頻繁，隧道設計施工難度大、安全風險高、工期風險大。

(3)環保要求高

鐵路沿線動植物資源豐富，自然生態環境較好，環境敏感區分布較多，環境保護要求高，且中老鐵路磨萬段的建設受國際社會包括政府和NGO高度關注，而環保問題則是其關注的重點，在建設和運營中不允許出現環保問題。

(4)實現快速高效的跨境鐵路運輸

中老鐵路跨越中國、老撾，口岸通關時間將直接影響到旅客旅行時間和貨物運輸時間，需考慮如何實現快速通關；為與中南半島既有米軌系統連接，在萬象設置換裝站，換裝效率將直接影響貨物通過準軌、米軌聯運的運輸時間，應盡量減少換裝時間。

(5)相關基礎資料缺乏，且外野勘察工作難度大

沿線尤其老撾境內地質、水文等研究程度很低，相關基礎資料缺乏，地質資料僅有《東南亞地區礦產綜合圖件編制成果報告》(1∶150萬)、《老撾區域地質圖》(1∶75萬)，水文資料僅有湄公河上游部分水文站收集的資料。

鐵路沿線地廣人稀，氣候炎熱，雨量充沛，叢林密布，地形陡峻，時有山洪及地質災害暴發，自然環境惡劣；沿線道路基礎設施薄弱，通達性差，且有約60 km線路通過無人區，交通不便；老撾段沿線大量分布戰爭期間遺留的未爆炸物(UXO)，安全風險高；老撾當地缺乏可利用的技術和人力資源，而國內進出老撾需辦理出入境手續，人員、設備組織困難。

4.2 主要技術創新

為實現將中老鐵路設計成為“快速、智能、人文、綠色、環保”鐵路通道的目標，在充分利用中國先進成熟的鐵路建造技術基礎上，在勘察設計方面進行創新，開展全斷面高含量鹽巖地層隧道修建關鍵技術、磨萬鐵路建設和運營期間小流域暴雨洪峰危害應對措施、瑯勃拉邦板塊縫合帶鐵路修建技術、艱難山區鐵路高墩大跨度鋼桁梁橋建造技術、鐵路跨度200 m級連續剛構橋建造技術、磨萬鐵路生態保護與管理關鍵技術、基于云原生的信息系統云平臺一體化關鍵技術等課題研究，取得了系列成果。

(1)采用“空、天、地”綜合勘察手段解決地形困難、地質復雜、交通不便的問題， 在勘察方法上創新[10]

2010年，在勘察工作中，除利用傳統測量手段外，采用了GNSS衛星定位技術和高精度電子水準儀、機載激光雷達(LiDAR)技術、三維斷面采集、三維GIS方案展示等多種先進設備和技術，克服了落后的交通設施和過多的植被覆蓋給野外勘測工作帶來的巨大挑戰。

綜合采用多種勘察手段開展地勘工作，完善地質資料。除采用常規的地質調繪、鉆探、物探、原位測試、取樣試驗、開展專題研究等手段外，針對植被茂密、交通不便的情況，尤其是無人區段落，充分采用衛星圖像、航空圖片遙感解譯等非接觸手段進行地質判識；積極打造地勘數據集成信息化、智能化團隊，創新研發，推行BIM技術，提高勘察效率。

(2)綜合運用減災選線、環保選線、工程選線、施工組織選線等選線理念，采用智能選線技術優選線路方案[11-12]

對于地形起伏劇烈地段，采用高墩大跨橋梁、長大隧道減少展線長度，節省工程投資；對重大不良地質予以繞避，無法繞避的，采用對工程影響最小的方式通過；經過環境敏感區時，開展繞避、以隧代路、以橋代路等多方案比選，將對環境的影響降至最低；在工程量差別不大的情況下，盡量選擇靠近既有道路的方案，有利于便道和電力線路接入，方便施工組織。

(3)鐵路跨境互聯關鍵技術

以實現快速高效通關為目標，在對跨境機車交路、跨國通信信息互聯互通、通關作業流程、口岸站布置、海關掃描設備設置、換裝作業流程、換裝站布置方案等研究的基礎上，總結形成了跨境互聯關鍵技術。

(4)高墩大跨橋梁建造技術

元江雙線特大橋主橋采用108 m+152 m+249 m+152 m+108 m上承式連續鋼桁梁，位于高烈度地震區，橋墩高達154 m，為目前世界鐵路橋梁最高橋墩，也是目前世界最大跨度雙線鐵路上承式連續鋼桁梁橋[13-14](圖4)。

圖4 中老鐵路元江雙線特大橋

阿墨江雙線特大橋主橋采用112 m+216 m+112 m連續剛構，為目前國內跨度最大的鐵路預應力混凝土梁橋，在國內首次采用體內、體外預應力相結合的布置形式。

(5)全斷面高含量鹽巖地層隧道修建技術

友誼隧道是中老鐵路上連接中老兩國的跨境隧道，連通中國云南西雙版納州磨憨鎮和老撾磨丁經濟特區，全長9 595 m(圖5)。隧道部分段落通過含鹽地層，局部地方鹽巖最高含量達80%。針對鹽巖“強溶解、強腐蝕、膨脹”等特性[15]，提出了 “注漿堵水、全包防水、強化材料防腐、圓形加強結構”的處理原則，形成了適應于高含量鹽巖地層的隧道結構型式及防水體系，適應于鹽巖地層隧道的材料防腐抗滲措施、施工工法工藝、監測方案、鹽巖棄渣的環境保護處理方法等成套技術，為國內首創。友誼隧道鹽巖段圓形斷面見圖6。

圖5 通車后的中老鐵路跨境隧道—友誼隧道(圖片源自新華社(曹安寧攝))

圖6 友誼隧道鹽巖段圓形斷面(單位：cm)

(6)無資料地區小流域暴雨洪水計算數值模擬技術

現場設立小流域暴雨洪水監測站點，現場采集降雨-徑流資料，通過開展小流域生態-水文-巖土耦合條件下暴雨洪峰數值預報與洪峰流量計算方法研究，創建了小流域暴雨洪水計算的新方法。

(7)開展精品站房、美麗站區設計

結合沿線民族文化豐富多樣的特點，深入開展地貌、文化分析，在外觀塑形中融入地方元素符號，積極主動把控、精選站房外觀材料，對室內裝修進行專項提升設計，并將站臺地道納入站房統一設計，實現精品站房設計目標。圖7為建成后的瑯勃拉邦車站站房。

圖7 瑯勃拉邦車站站房

在“暢通融合、綠色溫馨、經濟藝術、智能便捷”的原則指引下，按照“精心、精細、精致、精品”的工作要求，遵循創新、協調、綠色、開放、共享發展理念，針對房屋與圍墻建筑風格、站區綠化、站區道路、苗木選擇、照明設置等開展專項設計，將站房、配套生產用房、站前廣場周圍區域打造為“美麗站區”，促進自然山水、地域文化、站區建筑和諧統一。

(8)環保創新

線路穿越珍稀動物亞洲象活動區，盡量采用隧道、橋梁代替路基，為大象預留通道；針對大象習性，研發了柔性防護柵欄(圖8)，并將頂部滾刺籠設置于內側，既有效地對大象進行隔離，防止其進入鐵路，又不會對亞洲象帶來身體傷害，最大程度地降低了對亞洲象及其棲息地的影響[16]。

圖8 大象防護柵欄

為解決車站貨場防塵問題，研發了防風抑塵網，采用輕型鋼結構，可以抵御特大級強風的破壞，具有無毒性、無二次污染、抗老化、抗靜電、阻燃、無需維護、雨后自潔等優良性能，能大大減少維護及清洗頻率。

基于推動構建人類命運共同體和實現可持續發展的目標，貫徹尊重自然、順應自然、保護自然的理念，考慮生態優先，采用人工引導自然、低碳園林等技術，并首次將“海綿城市”設計理念引入生產生活區景觀設計，構建了一條生態環保、綠色低碳、環境協調、景觀和諧、文化融合的國際鐵路交通工程典范。

(9)構建高效智能的運維技術系統

堅持“統一規劃、統一平臺、統一標準”的信息化總體設計原則，遵循平臺+應用、系統整合、輕量化應用的主流信息系統設計理念，首次提出基于云原生的信息中心系統云平臺一體化方案，實現局站一體的扁平化運輸組織和生產指揮模式。

采用大數據、人工智能等先進信息技術和全方位的網絡安全防護體系，實現了國際聯運運單信息、列車編組信息、交接單信息、跨境列車工作計劃、跨境列車客調命令等重要信息的互聯互通，大幅提高了國際鐵路跨國作業能力，提高作業流程效率，提升經濟效益。

5 結語

中國鐵路完善的技術標準體系、成套的工程技術以及全產業鏈優勢，為中國鐵路“走出去”提供了堅實基礎；“一帶一路”倡議的提出，為中國鐵路“走出去”創造了更好的平臺和更多的機遇。中老鐵路作為“一帶一路”的標志性工程，其規劃、設計、施工、運營以及設備制造，全部采用中國技術標準體系，中國鐵路標準成為了老撾事實上的國家鐵路標準，是中國鐵路“走出去”的成功典范。

在項目的總體設計中，結合項目功能定位、特點和難點，按照中國鐵路標準，采用中國鐵路規范，研究確定正線數目、速度目標值、限制坡度、牽引質量等主要技術標準，明確接軌方案、通關模式等重大技術方案；針對地形困難、地質復雜、交通不便等問題，對勘察方法進行創新；通過開展科研和技術創新，在鐵路跨境互聯關鍵技術、高墩大跨橋梁建造技術、全斷面高含量鹽巖地層隧道修建技術、無資料地區小流域暴雨洪水計算數值模擬技術以及環保方面取得了一系列成果。

中老鐵路開通運營以來，出現了客貨運輸持續穩定增長的態勢，服務范圍覆蓋了泰國、馬來西亞、新加坡、緬甸、柬埔寨、越南等近10個國家和地區，從萬象到中老邊境的車程由2 d縮短至3 h，不僅使老撾由“陸鎖國”變為了“陸聯國”，其國際黃金物流大通道作用也日益顯現。