耿曉婷

(中鐵第六勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司 線路站場(chǎng)設(shè)計(jì)院，天津 300308)

1 既有鐵路概況及存在問題

北黑鐵路(龍鎮(zhèn)站外司局管界分界處—黑河)位于黑龍江省北部，呈南北走向，南起北安市，北抵中俄邊境口岸黑河市，途徑五大連池市、孫吳縣2個(gè)行政區(qū)，線路全長302.689 km，其中北安至龍鎮(zhèn)62.789 km隸屬于中國鐵路哈爾濱局集團(tuán)有限公司(以下簡(jiǎn)稱“哈爾濱局集團(tuán)公司”)管轄，其余239.9 km隸屬于黑河鐵路(集團(tuán))有限責(zé)任公司管轄，是黑龍江西北部地區(qū)對(duì)外客貨交流的主要通道。既有鐵路主要技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)如表1所示[1-2]。

（1）既有鐵路修建年代早，為單線內(nèi)燃線路，受當(dāng)時(shí)施工、設(shè)計(jì)水平限制，主要技術(shù)設(shè)備標(biāo)準(zhǔn)低，線路曲折，曲線半徑小，目前線路允許速度僅為70 km/h，且限制坡度較大，存在較多10‰以上坡度，現(xiàn)狀客貨列車運(yùn)行速度較低[3-4]。較低的旅行速度已經(jīng)無法滿足客貨運(yùn)輸需要，成為提高運(yùn)輸市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力的薄弱環(huán)節(jié)。

（2）北黑鐵路北安至龍鎮(zhèn)和龍鎮(zhèn)至黑河2段分屬哈爾濱局集團(tuán)公司和黑河鐵路公司，2段列車牽引質(zhì)量和到發(fā)線有效長不一致，根據(jù)規(guī)劃，濱北線(哈爾濱—北安)將進(jìn)行電氣化改造，屆時(shí)濱北線技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)將進(jìn)一步提高。北黑鐵路龍鎮(zhèn)至黑河段貨物列車牽引質(zhì)量1 100 t，低于北安至龍鎮(zhèn)段和濱北線，不利于組織開行直通列車，運(yùn)輸組織復(fù)雜。

表1?既有鐵路主要技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)表Tab.1 Main technical standards for existing railways

（3）由于北黑鐵路修建年代久遠(yuǎn)，期間經(jīng)過數(shù)次損毀、重建，鐵路橋涵、路基病害較為嚴(yán)重。北黑鐵路龍鎮(zhèn)至黑河段既有橋梁共有29座，其中10座鋼梁橋?yàn)槔f鋼梁，16座圬工橋的多處水中墩出現(xiàn)凍融腐蝕，有開裂、返堿等現(xiàn)象出現(xiàn)，個(gè)別混凝土梁梁體出現(xiàn)裂紋，橋墩病害嚴(yán)重，已不利于列車快速行駛。既有涵洞308座，普遍存在基礎(chǔ)凍害現(xiàn)象，多處損壞嚴(yán)重。龍鎮(zhèn)至黑河段路基存在翻漿冒泥、基床下沉外擠、危巖落石、路堤穩(wěn)定性不足、路塹山體滑坡、濱河路基、浸水路基、水害路基、凍害路基等病害，共33.552 km。

為了維護(hù)運(yùn)營安全，北黑鐵路需年年維修，由地方鐵路公司負(fù)責(zé)運(yùn)營維護(hù)，受技術(shù)水平、資金投入等影響，線路條件逐年惡劣。同時(shí)機(jī)車、車輛、通信、信息等與國家鐵路接軌設(shè)備出現(xiàn)兼容性低的問題，已經(jīng)到達(dá)更新改造期限，不能很好地適應(yīng)鐵路標(biāo)準(zhǔn)化、現(xiàn)代化、信息化的發(fā)展要求。

2 新建鐵路運(yùn)量及線路概況

北黑鐵路是黑河地區(qū)唯一的一條鐵路通道，主要承擔(dān)沿線居民出行，同時(shí)兼顧少量旅游客流[5]，是當(dāng)?shù)鼐用癯鲂休^為安全、便捷、經(jīng)濟(jì)的出行選擇。根據(jù)區(qū)域全社會(huì)客運(yùn)量現(xiàn)狀、區(qū)域鐵路客運(yùn)量現(xiàn)狀增長趨勢(shì)、區(qū)域客運(yùn)量分布及流向，得到項(xiàng)目旅客列車開行對(duì)數(shù)。根據(jù)地方運(yùn)量和通過運(yùn)量的流量、流向預(yù)測(cè)結(jié)果，通過鋪畫貨流圖得到本項(xiàng)目區(qū)段貨運(yùn)量。本項(xiàng)目全線貨運(yùn)量、旅客列車對(duì)數(shù)如下。

（1）研究年度運(yùn)量。研究年度北黑鐵路區(qū)段貨運(yùn)量及旅客列車開行對(duì)數(shù)如表2所示。

（2）遠(yuǎn)景年輸送能力的建議。根據(jù)北黑鐵路在路網(wǎng)中的功能定位，客貨流的合理分工以及研究區(qū)域遠(yuǎn)期的發(fā)展規(guī)劃，建議貨運(yùn)遠(yuǎn)景年輸送能力為1 000萬t，開行旅客列車對(duì)數(shù)11對(duì)/d。

（3）新建線路技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。結(jié)合銜接線路以及運(yùn)輸通路的主要技術(shù)條件，北黑鐵路的主要技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)如下：鐵路Ⅰ級(jí)；單線；設(shè)計(jì)速度160 km/h；限制坡度改建段原則采用13‰，其他維持既有；最小曲線半徑為一般2 000 m，困難1 600 m；電力牽引；機(jī)車類型為客車HXD1D，貨車HXD1；牽引質(zhì)量3 000 t；到發(fā)線有效長度650 m；自動(dòng)站間閉塞。設(shè)計(jì)年限為近期2035年，遠(yuǎn)期2045年[6]。

升級(jí)改造后線路正線起點(diǎn)不變，終點(diǎn)為黑河南站(新建站)，線路長度為202.811 km，其中新建線路149.729 km，利用既有鐵路53.082 km。全線車站13座，其中利用既有車站7座，新建車站6座。全線橋梁22座，合計(jì)8.72 km；新設(shè)隧道4座，合計(jì)2.913 km；橋隧長度為11.633 km，橋隧比為5.74%。

3 影響線路方案的主要因素

北黑鐵路位于黑龍江省北部，途徑五大連池市、孫吳縣，北抵中俄邊境口岸黑河市，沿線城鎮(zhèn)分布較密集、交通較發(fā)達(dá)，線路走向方案受城鎮(zhèn)總體規(guī)劃、鐵路網(wǎng)布局、交通設(shè)施、生態(tài)敏感區(qū)、不良地質(zhì)和特殊巖土、既有鐵路技術(shù)條件等影響，如何合理確定線路走向方案，是本項(xiàng)目的重點(diǎn)難點(diǎn)[7]。影響線路走向的因素主要包含以下幾點(diǎn)。

（1）沿線主要經(jīng)濟(jì)據(jù)點(diǎn)。研究區(qū)域內(nèi)主要經(jīng)濟(jì)據(jù)點(diǎn)為五大連池市、孫吳縣及黑河市，本項(xiàng)目為既有鐵路提速擴(kuò)能改造，線路整體走向基本圍繞既有通道，經(jīng)濟(jì)據(jù)點(diǎn)的分布對(duì)線路方案影響較小。但在有規(guī)劃的城鎮(zhèn)范圍設(shè)計(jì)時(shí)需考慮對(duì)城鎮(zhèn)總體規(guī)劃影響最小，盡量不影響城鎮(zhèn)遠(yuǎn)期規(guī)劃。

表2?區(qū)段貨運(yùn)量及旅客列車開行對(duì)數(shù)?Tab.2 Section cargo flow and passenger train number

（2）車站布置。沿線既有車站有專用線接軌且未申請(qǐng)停運(yùn)的均應(yīng)結(jié)合擴(kuò)建方案予以保留，車站改造方案應(yīng)充分利用既有車站設(shè)施。

（3）交通設(shè)施。研究區(qū)域內(nèi)既有鐵路與吉黑高速公路、G202等公路多處交叉或并行，需合理選擇跨越方案，不同程度地影響北黑鐵路的線路走向。在設(shè)計(jì)時(shí)線路走向應(yīng)盡量與既有、在建公路和鐵路共用交通走廊，以減少工程、有效利用土地資源，同時(shí)也應(yīng)避免與其交叉干擾，當(dāng)無法避免時(shí)，要滿足凈空要求。

（4）生態(tài)敏感區(qū)。線路沿線分布有北安自然保護(hù)區(qū)、五大連池山口自然保護(hù)區(qū)、麥海蕨菜自然保護(hù)區(qū)、紅旗濕地自然保護(hù)區(qū)、遜別拉河自然保護(hù)區(qū)等環(huán)境敏感區(qū)。線路在此區(qū)段應(yīng)盡量維持現(xiàn)狀或繞避核心區(qū)，避免對(duì)保護(hù)區(qū)造成新的影響，避免因鐵路施工造成水土流失[8]。

（5）不良地質(zhì)和特殊巖土。本通道穿經(jīng)黑龍江省的多金屬礦區(qū)采空區(qū)，對(duì)鐵路工程安全構(gòu)成一定威脅，穿越礦區(qū)的既有鐵路一般位于采空區(qū)影響范圍以外，但新建工程須注意繞避采空區(qū)。多年凍土呈島狀分布于融區(qū)中，多見于林區(qū)地勢(shì)相對(duì)低洼的丘間洼地塔頭草或泥碳層下，為多冰凍土、富冰凍土、飽冰凍土，面積不大、厚度變化較大，位于高溫極不穩(wěn)定區(qū)。多年凍土主要的工程地質(zhì)問題是融沉，勘察和處理難度較大，建議繞避。同時(shí)，選線設(shè)計(jì)應(yīng)根據(jù)經(jīng)過地區(qū)的地形、地質(zhì)特點(diǎn)，盡量避免高填、深挖，并注意保護(hù)既有植被，采用適當(dāng)?shù)墓こ烫幚砑胺乐未胧ＷC鐵路運(yùn)營安全，改善生態(tài)環(huán)境。

（6）既有鐵路技術(shù)條件。北黑鐵路修建年代早，設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)低，線路條件比較差，存在著小半徑曲線、路基下沉、橋涵破損等問題，線路容許速度低和設(shè)備超齡使用，運(yùn)營安全得不到有效保障。

4 線路方案研究

綜合考慮沿線地形地貌、交通規(guī)劃、生態(tài)敏感區(qū)、利用既有鐵路情況等，本次主要研究了2個(gè)比選方案。

4.1 小興安至孫吳段線路走向方案比選

（1）概況。小興安至孫吳段為K109+700至K179+200，經(jīng)小興安、辰清鎮(zhèn)、腰嶺、清溪鄉(xiāng)至孫吳縣城，線路呈“S”型走向。當(dāng)提速至160 km/h時(shí)，沿既有鐵路改建過程中，新建線路較多，投資較大，故對(duì)小興安至腰嶺段及辰清至孫吳段線路方案均有研究線路取直的必要。

辰清鎮(zhèn)是孫吳縣唯一的建制鎮(zhèn)，是北黑鐵路沿線重要的經(jīng)濟(jì)據(jù)點(diǎn)，辰清站有專門的糧食專用線，是黑河市重要的糧食集散地[9]。從沿線經(jīng)濟(jì)據(jù)點(diǎn)、設(shè)站情況、利用既有鐵路情況、橋梁、隧道等控制工程多角度綜合考慮，本次對(duì)K109+700至K179+200段的線路走向研究了3個(gè)方案，即東線取直方案、沿既有鐵路方案、西線取直方案[10]。小興安至孫吳段線路走向方案比選示意圖如圖1所示。

（2）方案說明。①東線取直方案。本方案自K109+700至K137+500段設(shè)計(jì)線路走向基本與沿既有鐵路方案相同。設(shè)計(jì)線路出辰清站后，偏離既有鐵路，經(jīng)冬青村、永清村西側(cè)向北行進(jìn)，于K179+200處接入既有鐵路。本方案線路全長55.22 km，其中新建線路48.62 km，利用既有鐵路6.6 km；新設(shè)車站2座，利用既有站1座；橋隧比為4.5%，工程投資約18.16億元。②沿既有鐵路方案。本方案的線路走向基本與既有鐵路相同。對(duì)K109+700至K117+300段、K122+100至 K127+900段、K133+300至K136+300段、K140+000至K147+700段、K153+800至 K155+800段、K156+400至 K165+300段、K168+400至K173+600段、K174+000至K179+200段等不滿足160 km/h設(shè)計(jì)速度要求的地段進(jìn)行改造。本方案線路全長63.497 km，其中新建線路49.797 km，利用既有鐵路13.7 km；新設(shè)車站2座，利用既有站1座；橋隧比為8.14%，工程投資約19.66億元。③西線取直方案。本方案線路自既有鐵路K109+700引出，下穿公路橋，上跨吉黑高速公路后，線路折向北行進(jìn)，經(jīng)前鋒村東側(cè)、繁榮村與核心村間，于利民村西側(cè)接入既有鐵路K155+700。K155+700至K179+500設(shè)計(jì)線路走向與沿既有鐵路方案相同。本方案線路全長49.773 km，其中新建線路46.373 km，利用既有鐵路3.4 km；橋隧比為12.88%，工程投資約20.45億元。

圖1?小興安至孫吳段線路走向方案比選示意圖Fig.1 Comparison of route alignment schemes from Xiaoxing’an to Sunwu section

（3）方案優(yōu)缺點(diǎn)分析。根據(jù)3個(gè)方案控制工程、設(shè)站影響、養(yǎng)護(hù)維修、對(duì)既有鐵路影響多方面考慮，綜合對(duì)比方案優(yōu)缺點(diǎn)分析如表3所示。

（4）結(jié)論。沿既有鐵路方案線路長度63.497 km、利用既有鐵路長度13.7 km，線路長度比東線取直方案和西線取直方案都長，后期養(yǎng)護(hù)維修工作量最大，對(duì)既有鐵路影響最大。西線取直方案橋隧比最大，控制工程最多，工程實(shí)施難度最大；工程投資最多；跨越吉黑高速公路，需上報(bào)省交通廳、協(xié)調(diào)難度大且不經(jīng)過重要經(jīng)濟(jì)據(jù)點(diǎn)辰清鎮(zhèn)。東線取直方案雖線路長度較西線取直方案長5.447 km，存在線路沿河灘、溝谷走行等缺點(diǎn)，但可以通過路基防護(hù)及增加橋梁工程等措施解決。東線取直方案具有以下優(yōu)點(diǎn)：工程投資最??；橋隧比最小，工程實(shí)施難度最?。唤?jīng)過經(jīng)濟(jì)據(jù)點(diǎn)辰清鎮(zhèn)，且能利用既有辰清站既有設(shè)施；工程改造對(duì)既有鐵路運(yùn)營影響較小。綜上所述，本次方案研究推薦東線取直方案。

4.2 紅旗鄉(xiāng)段方案比選

（1）概況。紅旗鄉(xiāng)段為K122+100至K128+400，既有鐵路長度為6.3 km，分布有6個(gè)曲線，曲線長度為1 947.43 m，占該段線路全長的30.9%，最小曲線半徑為400 m。該段既有鐵路從紅旗鄉(xiāng)南側(cè)的山腳經(jīng)過，紅旗鄉(xiāng)的地勢(shì)比既有鐵路高10 ～ 30 m。既有鐵路的曲線連續(xù)，且曲線半徑較小，不具備沿既有鐵路改造的工程條件。

本次根據(jù)周邊地形地貌，從利用既有鐵路、對(duì)地方影響、工程投資等角度，研究了紅旗鄉(xiāng)北側(cè)方案和紅旗鄉(xiāng)南側(cè)方案。比選段落為K122+000至K128+400。紅旗鄉(xiāng)段方案比選示意圖如圖2所示。

（2）方案說明。①紅旗鄉(xiāng)北側(cè)方案。線路自K122+000處引出，偏離既有鐵路向東北走行，于紅旗鄉(xiāng)西側(cè)繞行至北側(cè)，并行吉黑高速公路東側(cè)走行，至K127+900接入既有鐵路，沿既有鐵路走行至比選終點(diǎn)K128+400。本方案線路長度5.561 km，其中利用既有鐵路長度0.6 km，新建線路長度4.961 km，新建橋梁1座，長度0.086 km，新建上跨公路橋3座。②紅旗鄉(xiāng)南側(cè)方案。線路自K122+000處引出，偏離既有鐵路向東南走行，沿紅旗鄉(xiāng)南側(cè)繞行至東

側(cè)，至K126+700接入既有鐵路，后向北走行至富強(qiáng)村西側(cè)，于富強(qiáng)村北側(cè)接入既有鐵路至比選終點(diǎn)K128+400。本方案線路長度6.79 km，其中利用既有鐵路長度0.2 km，新建線路長度6.59 km，新建橋梁1座，長度0.086 km。

表3?方案優(yōu)缺點(diǎn)分析表Tab.3 Advantage and disadvantage analysis of the scheme

圖2?紅旗鄉(xiāng)段方案比選示意圖Fig.2 Scheme comparison in Hongqi Town section

（3）方案優(yōu)缺點(diǎn)分析。2個(gè)方案分別位于紅旗鄉(xiāng)南北兩側(cè)，與國道G202相鄰，線路相距較近，工程地質(zhì)條件基本相當(dāng)。方案優(yōu)缺點(diǎn)比較如表4所示。

（4）推薦意見。綜上所述，紅旗鄉(xiāng)南側(cè)方案投資較省，但其線路繞行較長，運(yùn)營長度增加后運(yùn)營費(fèi)用每年增加約53萬元，且鐵路穿越村莊，引起較大的房屋拆遷。紅旗鄉(xiāng)北側(cè)方案線路較順直，后期運(yùn)營費(fèi)用較低，與高速公路共通道減少了土地分割，但該方案改移國道跨越高速公路需要征得高速公路管理部門的同意，投資較高。根據(jù)最新的地質(zhì)勘查資料，紅旗鄉(xiāng)北側(cè)方案和紅旗鄉(xiāng)南側(cè)方案地質(zhì)條件均一般，均存在季節(jié)性凍土、既有建筑及道路分布填土、膨脹(巖)土等地質(zhì)問題。由于南側(cè)方案為填方路基，受地質(zhì)條件影響較小，北側(cè)方案挖方路基段落較大，受地質(zhì)條件影響較大。經(jīng)投資計(jì)算，紅旗鄉(xiāng)南側(cè)方案投資較省，綜合2個(gè)方案優(yōu)缺點(diǎn)分析后推薦紅旗鄉(xiāng)南側(cè)方案。

表4?方案優(yōu)缺點(diǎn)比較表Tab.4 Advantage and disadvantage comparison of the scheme

5 結(jié)束語

改建既有鐵路線路設(shè)計(jì)制約因素多，尤其是早期建設(shè)的單線鐵路項(xiàng)目，受當(dāng)時(shí)經(jīng)濟(jì)發(fā)展、施工能力的限制，一般既有鐵路標(biāo)準(zhǔn)較低，線路工程病害較多、運(yùn)營速度低、運(yùn)輸量小，運(yùn)營成本高。北黑鐵路龍鎮(zhèn)至黑河段工程地質(zhì)條件復(fù)雜，生態(tài)敏感點(diǎn)分布廣，是線路選線的重難點(diǎn)，通過分析沿線工程地質(zhì)條件、線路長度、投資效益、實(shí)施難易程度等方面比選，確定了小興安至孫吳段東線取直方案和紅旗鄉(xiāng)南側(cè)方案為本項(xiàng)目最佳線路走向方案和局部比選方案。該方案符合城市規(guī)劃，降低了施工及運(yùn)營風(fēng)險(xiǎn)，規(guī)避了拆遷的不確定性，協(xié)調(diào)難度相對(duì)較小，且工程投資、實(shí)施難易程度、征地、拆遷方面也較優(yōu)。因此推薦方案從建設(shè)技術(shù)上可行。