趙忠保

(中鐵第四勘察設(shè)計院集團有限公司,武漢 430063)

1 新建向莆鐵路的構(gòu)思和功能定位

目前福建省與江西省及中西部地區(qū)聯(lián)系的鐵路通道主要有鷹廈、橫南、贛龍線,均為山區(qū)單線鐵路,技術(shù)標準低、運輸能力小、旅行速度低,難以滿足不斷增長的客貨運輸需要;即使對相關(guān)既有鐵路適當加強改造,預(yù)測福建至中西部地區(qū)的鐵路運輸能力缺口:2020年為貨運量 1 963萬 t,2030年為客車 20對、貨運量3310萬 t。同時,利用相關(guān)既有通道改擴建不僅工程投資巨大、列車迂回運輸,而且路網(wǎng)布局不合理,也不利于地方經(jīng)濟發(fā)展。因此,研究提出贛閩兩省間必須新建一條大能力、高標準的快速鐵路,才能適應(yīng)未來福建至江西等中西部地區(qū)的客貨交流需要,才能滿足未來經(jīng)濟發(fā)展的需要。

根據(jù)運量預(yù)測,向莆鐵路近期(2020年)客車 50對 /d,貨運 1 260萬 t/年 ;遠期 (2030年 )客車 75對 /d,貨運 1 773萬 t/年;遠景年輸送能力為客車 100對、貨運量 2 000萬 t。

因此向莆鐵路是以客為主兼顧貨運的快速鐵路干線,主要承擔福建省大部分地區(qū)與內(nèi)地中西部地區(qū)的旅客、貨物和雙層集裝箱交流以及省內(nèi)城際客流運輸。是全國快速鐵路運輸網(wǎng)的重要組成部分,是福建省通往中西部地區(qū)的快捷大能力通道,也是福建沿海港口通達內(nèi)陸腹地的后方通道。

2 建設(shè)項目起訖點研究

2.1 起點方案研究

南昌地區(qū)為江西省經(jīng)濟、政治、文化中心,南昌樞紐為我國京九、浙贛兩大通道的交匯點,是路網(wǎng)上重要樞紐,因此項目起點定為南昌地區(qū)。

2.2 終點方案研究

2.2.1 線路終點選擇的初步意見

根據(jù)福建海峽西岸經(jīng)濟區(qū)的生產(chǎn)力布局和沿海城市經(jīng)濟特征,重點研究了福州、莆田、泉州、廈門(漳州)、寧德等 5個終點方案進行比選(表1)。

表1 江西至福建快速鐵路通道終點方案比較

廈門、泉州、寧德終點方案分別位于福建沿海的南部或北部,客貨流吸引范圍較小,部分客貨流繞行距離長,不能解決鷹廈、外福線能力緊張狀況。福州、莆田終點方案位于福建沿海的中部地區(qū),客貨流吸引范圍大,能徹底打通福建省與中西部地區(qū)間運輸“瓶頸”,與鷹廈、橫南、贛龍線分工合理、協(xié)調(diào);與相關(guān)路網(wǎng)協(xié)調(diào)性較好,投資較省,但中西部地區(qū)至福州、廈門的客貨流兩方案均有不同程度的繞行,福州終點方案和莆田終點方案各有優(yōu)勢。因此,線路終點可在福州或莆田終點方案中選擇,也可選擇同時連接福州和莆田方案。

2.2.2 南昌至福州、莆田接軌方案研究(表2)

單獨引入福州方案新建線路最短,工程投資最省,充分考慮了省會城市的核心地位,存在的主要問題是與同時引入福州、莆田方案相比,人口最稠密、經(jīng)濟最發(fā)達、客貨運輸需求最旺盛的福廈城市帶的大量客貨流(客車 35對,貨運 960萬 t)均需繞行 67.51 km。

單獨引入莆田方案新建線路較短,工程投資較省,接點位置適中,也有利于湄洲灣港貨物的大進大出;但主要問題是福州及以北方向占本線 54%的客運量(客車 40對)和 44%的貨運量(750萬 t)均需繞行 72.02 km,同時沿海方向客貨列車全部擠占福廈線能力,加速沿海通道中最繁忙區(qū)段福廈線客貨分線工程提前實施。

線路同時引入福州、莆田方案兼容了單獨引入福州和單獨引入莆田兩個方案的優(yōu)點,克服其不足,可較好地滿足福建沿海地區(qū)的客貨運輸需求,突出中心城市的輻射作用,有利于沿海中部港口群的開發(fā)和發(fā)展,最大限度地為福建全省尤其是沿海地區(qū)的經(jīng)濟發(fā)展提供優(yōu)質(zhì)的運力支持;同時,可大大減少不合理迂回運輸,節(jié)省大量運營支出和降低社會成本。但該方案由于增建永泰至莆田段 59.08 km,致使工程投資大,財務(wù)效益稍遜,但國民經(jīng)濟效益、社會效益和路網(wǎng)整體效益較好。

表2 南昌至福州、莆田接軌方案技術(shù)經(jīng)濟指標

推薦意見:同時引入福州、莆田方案雖然工程投資最大,但從有利于鐵路運輸、提高社會效益、緩解沿海通道運輸壓力、延遲福州樞紐擴建工程、促進港口及其后方通道建設(shè)、有利于沿海城市發(fā)展等方面都具有優(yōu)勢,建設(shè)路網(wǎng)作用明顯。因此,推薦線路同時接福州、莆田方案。

3 地形、地質(zhì)及工程概況

3.1 沿線地形特征

向莆鐵路西起江西省的南昌市,途經(jīng)宜春市、撫州市,福建省的三明市,在永泰分岔同時引入莆田市和福州市,正線全長 635km,橫穿贛閩交界的武夷山脈和閩中的戴云山脈及其縱橫交錯的許多支脈和峰嶺,橫跨贛江水系和閩江水系及其眾多支流,山高坡陡,河谷深切。

3.2 工程特征

向莆鐵路南昌至省界 240 km為贛撫平原和丘陵區(qū),福建省境內(nèi)為中低山區(qū),全線橋梁比重 70%,其中福建省境內(nèi)高達 90%,再加上山體厚重,導(dǎo)致線路方案形成眾多的特長或超長隧道,全線大于 10 km的隧道 9座 136.72 km,其中大于 15 km的隧道 4座73.23 km。

主要不良地質(zhì):膨脹土、軟土、巖溶、危巖落石、崩坍錯落、堆積體、小型滑坡、溜坍、小型泥石流,深埋隧道高地應(yīng)力、高地溫、巖爆、軟巖大變形等。因此向莆鐵路是一條“地形非常之困難、地質(zhì)非常之復(fù)雜、工程非常之艱巨”的山區(qū)鐵路。

4 限制坡度的研究

本線旅客列車采用電動車組,其對坡度有很強的適應(yīng)能力,因此,本線限制坡度的選擇主要從貨物列車組織方式的角度,對不同限制坡度進行技術(shù)經(jīng)濟比較。

4.1 相鄰鐵路限制坡度、牽引質(zhì)量簡述

與本線相鄰鐵路的到發(fā)線有效長均為 850m,浙贛線限制坡度為 7.2‰,牽引質(zhì)量 4 000 t;正在進行電化改造的京九鐵路限制坡度為 6‰,牽引質(zhì)量為4 000 t及以上;在建的沿海鐵路限制坡度為 6‰,具備運行 4 000 t的條件。因此,在選擇本線限制坡度時,盡量與相鄰線路技術(shù)標準協(xié)調(diào)一致,保證運輸組織的通暢。

4.2 限制坡度與地形適應(yīng)性分析

本線所經(jīng)江西省境內(nèi)地形以平原、低丘區(qū)為主,采用 6‰能夠適應(yīng)地形;所經(jīng)福建省境內(nèi)地形以中、低山區(qū)為主,地形起伏較大,區(qū)域整體地貌呈馬鞍形。沿線武夷山脈、戴云山脈及其余脈為起伏的高點,主要城市多位于溝谷底部為起伏的低點,因此,本線所經(jīng)沿線城市站位高程為影響縱斷面的主要控制因素。

從適應(yīng)地形地貌分析:江西省境內(nèi)約 210 km線路采用 6‰能夠適應(yīng)地形,加大限制坡度作用并不明顯;福建省境內(nèi)以城市車站為控制,平均自然坡度均不大于 6‰,采用 6‰及以上的限制坡度均能適應(yīng)地形,加大限坡雖然對整體工程影響較少,但對縮短特長隧道、降低橋梁高度有一定的效果。

4.3 方案構(gòu)成

結(jié)合本線運輸特點,與相鄰線路技術(shù)標準相協(xié)調(diào),并盡可能減少越嶺長大隧道工程,降低施工難度和工程風險,本項目對限制坡度 6‰、9‰、13‰、局部 13‰共計 4個方案進行了研究比選。

4.4 限制坡度的選擇

4.4.1 方案比選說明(表3)

6‰限坡方案:雖然線路長度最短,運營費最省,但橋隧工程最多,工程最艱巨,長度大于 10 km的特長隧道有 9座 155.073 km,最長隧道達 27 558 m。工程投資最大,折合工程運營費現(xiàn)值最貴。

表3 不同限制坡度方案技術(shù)經(jīng)濟

9‰限坡方案:橋隧工程相對較艱巨,最長隧道 22 175m,與 6‰方案相比,線路展長 1.865 km,橋梁長度減少 4 951m,隧道長度減少 3 678m,工程靜態(tài)投資節(jié)省 121 890萬元,換算工程運營費現(xiàn)值減少27 146萬元。

13‰雙機方案:與其他限坡方案相比較,橋梁長度和隧道長度最小,縮短了部分特長隧道的長度,降低了施工難度和工程風險,工程靜態(tài)投資最省,換算工程運營費現(xiàn)值較省,但需采用雙機牽引,增加機車車輛購置費和運營費用,路網(wǎng)適應(yīng)性和運營靈活性較差。

局部 13‰雙機方案:縮短了雙機坡地段的長度,相對于全線雙機而言可節(jié)省機車車輛購置費和運營費;換算工程運營費現(xiàn)值最小。但該方案需增設(shè)補機點,增加運營作業(yè)時分,對運營產(chǎn)生不利影響,路網(wǎng)適應(yīng)性和運營靈活性較差。

4.4.2 研究結(jié)論

根據(jù) 4個方案的優(yōu)缺點分析比較,9‰限坡方案雖然需采用大功率機車牽引 4 000 t,增加機車車輛購置費和運營費用,但隨著機車車輛的發(fā)展,該方案的路網(wǎng)適應(yīng)性和運營靈活性將更加靈活;而且該方案可有效地縮短部分特長隧道的長度,降低了施工難度和工程風險,其中戴云山隧道由 27.7 km縮短至 15.6 km,大部分特長隧道采用人字坡,較 6‰方案節(jié)省投資 12.2億元、工程運營費節(jié)省 2.7億元,故研究推薦 9‰限坡方案。

5 環(huán)保水保選線

向莆鐵路沿線自然保護區(qū)、風景名勝區(qū)、水源保護區(qū)、文物保護單位等環(huán)境敏感點和軍事敏感點眾多,研究區(qū)域分布有國家級環(huán)境敏感點 35個、省級 164個。環(huán)保選線是根本解決鐵路對生態(tài)敏感目標影響的最有效手段,設(shè)計對可能通過生態(tài)敏感目標的線路在各方面因素協(xié)調(diào)統(tǒng)一的情況下,通過生態(tài)環(huán)境、水土保持、土地資源、拆遷安置及城市規(guī)劃、社會經(jīng)濟等多種因素的分析比較,采取最大限度的繞避措施。向莆鐵路推薦的線路走向避開了所有森林公園、飲用水源一級保護區(qū)及絕大多數(shù)的生態(tài)環(huán)境保護目標。但受線路走向及城市設(shè)站等因素的控制,通過了泰寧世界地質(zhì)公園的外圍生態(tài)保護區(qū);以長隧道(青云山隧道)下穿青云山國家級風景名勝區(qū)及藤山和老鷹尖省級自然保護區(qū)。設(shè)計的泰寧車站繞避了地質(zhì)公園的二級保護區(qū)及金湖風景名勝區(qū),僅通過地質(zhì)公園的外圍生態(tài)環(huán)境保護區(qū),最大限度地減少了對地質(zhì)環(huán)境影響。泰寧站占地類型主要為林地、農(nóng)田和荒地,受人類活動的影響,植被遭到不同程度的破壞,水土流失比較嚴重。由于站址現(xiàn)狀環(huán)境質(zhì)量一般,工程建設(shè)不會對該區(qū)域的生態(tài)環(huán)境和景觀造成質(zhì)的影響。設(shè)計中采取對橋梁、路基、隧道洞口進行綠化、植物防護等景觀設(shè)計,施工結(jié)束后隨著植被的恢復(fù)以及綠化工程的實施,原來被破壞的景觀將被另一種景觀所替代。

由于受永泰設(shè)站和線路走向的控制,線路以長隧道形式下穿青云山國家級風景名勝區(qū)、藤山、老鷹尖省級自然保護區(qū)。由于隧道埋深 150～890m,工程運營不會對環(huán)境產(chǎn)生影響,影響主要表現(xiàn)為在施工期斜井開挖對景區(qū)、保護區(qū)產(chǎn)生的影響。設(shè)計中在加強景觀、綠化設(shè)計的同時,重點加強施工方案優(yōu)化,使得隧道進出口、斜井等施工作業(yè)均在保護區(qū)之外,對隧道洞身斷層帶施工采取徑向注漿或超前帷幕注漿,防止地下水流失,施工結(jié)束后,對施工便道和斜井洞口進行植樹綠化和景觀設(shè)計,將其改造為旅游通道;景觀綠化樹種選擇與景區(qū)植被景觀規(guī)劃相協(xié)調(diào),增加植物的觀賞價值,優(yōu)化景觀效果,青云山隧道施工期環(huán)境影響可控;綜合社會、經(jīng)濟、環(huán)境多因素考慮,環(huán)境評價設(shè)計方案可行。因此建設(shè)部、國家環(huán)?？偩?、福建省同意線路以隧道形式穿過青云山風景名勝區(qū)、藤山、老鷹尖省級自然保護區(qū)。

6 結(jié)語

選線設(shè)計是鐵路運輸?shù)撵`魂,更是鐵路建設(shè)優(yōu)劣成敗之命脈,又是一項涉及因素多、牽及面廣、區(qū)域范圍大的系統(tǒng)性工程,如何結(jié)合當?shù)氐淖匀粭l件,發(fā)掘最合適的路線,確有其深邃的價值。結(jié)合向莆鐵路的選線設(shè)計,總結(jié)的“路網(wǎng)選線、城市選線、地形選線、地質(zhì)選線、環(huán)保選線”基本含概了選線的基本原則和方法。

(1)路網(wǎng)選線主要根據(jù)《中長期鐵路網(wǎng)規(guī)劃(2008年調(diào)整)》,依據(jù)預(yù)測的客貨運量,研究比選項目的起訖點方案,并確定項目的功能定位。

(2)隨著我國經(jīng)濟建設(shè)的發(fā)展,城市布局已成為制約線路走向的重要因素。城市選線主要結(jié)合城市的現(xiàn)狀、工農(nóng)業(yè)布局、交通體系和總體規(guī)劃及區(qū)間城鎮(zhèn)的分布,研究項目起訖點的鐵路總圖布置和引入方案,區(qū)間城鎮(zhèn)作為經(jīng)濟據(jù)點的經(jīng)由比選和車站站址方案的研究。

(3)地形選線、地質(zhì)選線是日常設(shè)計中最常用的兩種方法,地形選線主要結(jié)合隧道長度、橋渡方案和引線條件,選擇適宜當?shù)刈匀粭l件的線位方案和限制坡度;地質(zhì)選線重點關(guān)注區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造,繞避大型滑坡、區(qū)域或活動斷裂、巖溶強發(fā)育區(qū)等大中型不良地質(zhì),對小型不良地質(zhì)做到“繞有依據(jù)、治有措施”,宜最短距離通過為原則。

(4)環(huán)境保護、節(jié)約土地、拆遷安置是鐵路選線設(shè)計需高度關(guān)注的一項關(guān)鍵課題,而環(huán)保選線是根本解決鐵路對生態(tài)敏感目標影響的最有效手段,通過環(huán)保選線,采取最大限度的繞避措施,保護環(huán)境,節(jié)約用地,減少拆遷安置工程是環(huán)保選線的目的。對必須通過的環(huán)境敏感點,必須繞避其核心區(qū)、緩沖區(qū)等二級以上保護區(qū),宜選擇在外圍保護地帶或邊緣通過,在設(shè)計中盡量考慮隧道、橋梁工程,減少對地表和植被的破壞,在工程方案中必須考慮符合當?shù)刈匀画h(huán)境的綠化景觀設(shè)計。

[1] GB50090— 2006,鐵路線路設(shè)計規(guī)范[S].

[2] 鐵建設(shè)[2005]285號,新建時速 200 km客貨共線鐵路設(shè)計暫行規(guī)定[S].

[3] 鐵道部第一勘測設(shè)計院.鐵路工程設(shè)計技術(shù)手冊?線路[M].北京:中國鐵道出版社,1994.

[4] 中鐵第四勘察設(shè)計院集團有限公司.向莆鐵路可行性研究報告[R].武漢:2007.