魏其燦

(中鐵第一勘察設(shè)計院集團(tuán)有限公司蘭州設(shè)計院,蘭州 730000)

1 概述

蘭(州)合(作)線是連接西北、西南與珠三角地區(qū)鐵路通道的重要組成部分,為Ⅰ級單線電氣化鐵路,采用16‰最大坡度。線路位于甘肅省南部臨夏回族自治州、甘南藏族自治州境內(nèi),由蘭州樞紐內(nèi)蘭青鐵路八盤峽站南端引出,利用劉家峽專用線線位南行至鹽鍋峽鎮(zhèn),沿黃河、大夏河河谷穿行于兩岸崇山峻嶺間,經(jīng)永靖縣、東鄉(xiāng)縣、臨夏市、夏河縣等地至合作市。全線地處甘肅南部黃土高原與青藏高原的過渡地帶,地形、地質(zhì)條件復(fù)雜且差異性較大。其中永靖至考勒段線路需跨越著名的劉家峽水庫、地形起伏劇烈、地質(zhì)條件復(fù)雜、不良地質(zhì)發(fā)育,工程艱巨且技術(shù)難度大,屬復(fù)雜、艱險山區(qū),選線難度很大,故在項目初測、可行性研究過程中,對跨越劉家峽水庫段線路方案進(jìn)行了重點(diǎn)研究。

2 影響選線的主要因素分析

2.1 總體情況

從總體走向分析,線路由永靖站引出后,需在跨越劉家峽水庫后,在考勒鄉(xiāng)附近設(shè)置會讓站一處,而后穿山而過至東鄉(xiāng)縣河灘鄉(xiāng)設(shè)站。劉家峽水庫水面寬闊且需考慮水庫大壩安全,橋梁工程難度大；沿線屬黃土梁峁及低中山區(qū),溝壑、梁峁相間分布,沖溝發(fā)育,地形起伏劇烈,各類工程均較艱巨,考勒站位選址困難；沿線沖溝兩側(cè)及水庫沿岸滑坡、坡面溜坍、水庫坍岸等不良地質(zhì)發(fā)育,原則上應(yīng)盡量繞避。上述因素是影響線路方案的主要因素,對其分別進(jìn)行研究分析。

2.2 跨越水庫的可能橋位

如圖1所示,從降低橋梁工程難度角度分析,應(yīng)選擇在距水庫大壩較近的洮河或黃河峽谷地帶、水面較窄處跨越庫區(qū)；從永靖、考勒與水庫之間的相對位置分析,線路走向有兩跨黃河取直及一跨洮河繞行兩種選擇。因此應(yīng)對可能的一跨黃河、二跨黃河以及跨洮河橋位分別研究。

圖1 考勒備選站位及黃河、洮河備選橋位示意

受水壩泄洪及庫區(qū)蓄水深度達(dá)100 m以上、淤積層厚度更達(dá)50～60 m的影響,跨越庫區(qū)各橋位橋梁主跨均應(yīng)采用一跨通過水面,避免水中設(shè)墩。一跨黃河橋位受劉家峽大壩及永靖縣自來水廠和城市建成區(qū)的影響,只能選擇在城東公路橋上游約100 m處,由于地處水庫大壩下游,為避免大壩泄洪沖刷,主跨亦應(yīng)一跨跨越水面,技術(shù)難度大。二跨黃河則可順應(yīng)線路方案選擇并行公路橋位、橋兒溝橋位或祁家渡口橋位,其中以并行公路橋位主跨跨度最小,橋梁難度相對較低。根據(jù)線路走向,洮河橋位則有在洮河入黃河口2.0、1.5、0.5 km三處選擇,其中上游2.0 km處主跨最小,其余兩處主跨跨度均大幅增加。

2.3 考勒站位的可能選擇

根據(jù)行車組織要求,考勒站為兩股道會讓站,首先應(yīng)考慮盡量置于路基、橋梁明線地段,則線路須沿水庫東岸布設(shè),即考勒沿河站位。受溝谷發(fā)育影響,站區(qū)部分位于水庫回水范圍內(nèi)需設(shè)橋通過,跨度大且需設(shè)置水中墩；站區(qū)填挖方高度大,站場路基工程艱巨；同時水庫坍岸需進(jìn)行處理,難度很大。

為規(guī)避沿河站位的工程風(fēng)險,則線路須穿山而行,于隧道間設(shè)站,即黃家咀站位。遠(yuǎn)離庫區(qū)干擾少,不受水庫坍岸影響,工程風(fēng)險小,但地形局促、部分站坪位于隧道內(nèi),引線隧道工程大。

2.4 沿線不良地質(zhì)分布情況的影響

從永靖至考勒段,線路經(jīng)過地區(qū)不良地質(zhì)主要表現(xiàn)為滑坡、錯落、坡面溜坍、水庫坍岸等,另分布有濕陷性黃土、膨脹巖等特殊巖土。通過實(shí)地調(diào)查,結(jié)合紙上定線情況：如采用黃家咀站,沿線絕大多數(shù)不良地質(zhì)可予以繞避；而沿河站位則不可避免地受到水庫坍岸的影響。對于特殊巖土,則均有較成熟的技術(shù)加以處理,能夠確保安全。

3 研究思路與方案構(gòu)成

經(jīng)上述分析初步認(rèn)為：跨越庫區(qū)的橋梁工程均較艱巨,且隨著主跨跨度增加而建設(shè)難度越大、工程造價增幅明顯,是影響線路方案的最主要因素；考勒沿河站位有明顯缺點(diǎn),但由于黃家咀站位亦有不利的方面,故應(yīng)結(jié)合各方案工程造價情況進(jìn)一步研究比選；線路方案研究中,應(yīng)盡量繞避沿線不良地質(zhì)。綜上因素,確定本段線路方案研究思路如下。

以兩跨黃河、一跨洮河兩個方向為主線,以不同橋位合理組合不同站位,紙上定線確定各種可能的線路方案,合理確定線路方案構(gòu)成；通過深入的現(xiàn)場調(diào)查和測繪,計算各方案工程數(shù)量,以各方案工程經(jīng)濟(jì)比較為基礎(chǔ),以工程技術(shù)條件為決定因素,遴選確定兩跨黃河、一跨洮河兩個系列的主要方案；對兩個主要方案進(jìn)行綜合比選最終確定推薦方案。方案研究構(gòu)成如圖2所示。

圖2 永靖至考勒段線路方案

4 方案的遴選

在擬定方案構(gòu)成后,對各線路方案進(jìn)行了紙上定線和現(xiàn)場調(diào)查,進(jìn)行了細(xì)致的工程經(jīng)濟(jì)比較,其結(jié)果表明：一跨洮河系列方案中,洮河入黃河口1.5、0.5 km橋位方案跨越庫區(qū)主跨均達(dá)到約300 m,其設(shè)計、施工技術(shù)難度與投資均大幅增加,工程風(fēng)險很大,故引入考勒兩可能的站位方案中,均以采用洮河入黃河口上游2.0 km橋位方案投資最低且技術(shù)難度適度。而引入沿河站位方案線路明顯增長,工程投資高且地質(zhì)風(fēng)險大。故本系列方案中,采用洮河入黃河口上游2.0 km橋位、引入考勒黃家咀站位方案為主要方案,其走向如圖3所示。

兩跨黃河系列方案中,如采用考勒沿河站位,則二跨黃河以采用祁家渡口橋位投資最低；如采用考勒黃家咀站位方案,則二跨黃河以采用并行公路橋位方案投資最省。受祁家渡口橋位跨越黃河主跨度大、引線地段跨越水庫回水區(qū)較長的影響,引入沿河站位方案橋梁工程艱巨、技術(shù)難度高、地質(zhì)風(fēng)險大,工程投資亦較高。因此,本系列方案中以二跨黃河采用并行公路橋位、引入考勒黃家咀站位的方案技術(shù)經(jīng)濟(jì)條件較好,確定為主要方案。

5 主要方案的綜合比選

以初測資料為依據(jù),對兩個主要方案進(jìn)行了同精度設(shè)計工程經(jīng)濟(jì)比選,并結(jié)合其他因素進(jìn)行綜合分析。

從工程投資分析：一跨洮河方案雖線路長度較兩跨黃河方案長2.224 km,但由于橋梁主跨度小,隧道圍巖較好,工程投資反而低749萬元。兩方案主要技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較見表1。

從跨越庫區(qū)橋梁工程的技術(shù)難度分析：洮河與二跨黃河橋梁主跨跨度分別為165、205 m,對工程技術(shù)要求均較高,且需要橋梁工程技術(shù)做出一定突破,而這種突破尺度又以二跨黃河幅度更大,設(shè)計、施工難度均有較大幅度增加,工程風(fēng)險也較高。

圖3 線路方案走向

表1 永靖至考勒段線路方案比較

從工程地質(zhì)條件分析：兩方案處于相同的區(qū)域內(nèi),跨越黃河、洮河橋位處巖質(zhì)堅硬,地層穩(wěn)定,且兩方案均有效繞避了滑坡、錯落等不良地質(zhì),總體上地質(zhì)條件相當(dāng)。

從施工組織角度分析：跨越洮河方案橋梁主跨度小,工程難度較低；而兩跨黃河方案施工場地開闊、道路運(yùn)輸方便,但橋梁工程主跨度過大,工程難度高,設(shè)計、施工周期長。兩方案總體上不控制工期,但以一跨跨洮河方案工期風(fēng)險小。

從運(yùn)輸組織角度分析：兩方案永靖至考勒區(qū)間長度均滿足通過能力需求,但兩跨黃河方案線路長度短,運(yùn)輸組織條件略好。

綜上所述,兩方案各有優(yōu)勢,一般在這種情況下,考慮線路長度較兩跨黃河線路長度短近2.2 km、通過能力大,具有一定優(yōu)勢,應(yīng)予以采用。但經(jīng)反復(fù)權(quán)衡推敲,可行性研究設(shè)計中卻從降低施工難度、規(guī)避工程風(fēng)險、保證施工安全的角度出發(fā),推薦采用一跨洮河、引入考勒黃家咀站位方案。

2010年3月,鐵道部組織對蘭合線可行性研究進(jìn)行審查。期間鐵道部鑒定中心對本段線路方案研究的思路、方法和比選成果給予了充分肯定,并同意采用一跨洮河、引入考勒黃家咀站位方案。

6 結(jié)語

在復(fù)雜艱險山區(qū)的線路方案研究工作中,要在深入分析各種影響因素的基礎(chǔ)上,確定主要和控制性影響因素；擬定方案研究層次與方案構(gòu)成,不遺漏有價值的方案；進(jìn)行深入細(xì)致的技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較與綜合分析,提出翔實(shí)的比選資料,結(jié)合各類工程設(shè)計、施工技術(shù)的最新發(fā)展情況,合理確定推薦方案。最終為項目的決策提供科學(xué)的依據(jù),取得好的工作效果。

同時應(yīng)該看到,在受線路平、縱斷面標(biāo)準(zhǔn)、地形條件等因素限制,線路選線難以保證各類工程難度控制在以往既有經(jīng)驗范圍內(nèi)時,就需要橋梁、隧道等工程的設(shè)計、施工做出必要的創(chuàng)新和突破。但這種突破和創(chuàng)新往往需要注重對工程風(fēng)險的控制,謹(jǐn)慎決策,技術(shù)跨度一般不會過大。而正是這種選線造成的工程難度的增加,在很大程度上促進(jìn)了各類工程技術(shù)的不斷提高。

[1]中華人民共和國鐵道部.GB50090—2006鐵路線路設(shè)計規(guī)范[S].北京：中國計劃出版社，2006.

[2]中鐵第一勘察設(shè)計院集團(tuán)有限公司.新建鐵路蘭合線可行性研究[R].西安：中鐵第一勘察設(shè)計院集團(tuán)有限公司，2009.