阿爾山地區線路方案研究

馮 亮

(中鐵工程設計咨詢集團有限公司,北京 100055)

1 既有鐵路概況

既有白(白城)阿(阿爾山)鐵路1941年11月1日正式運營,是在當時歷史環境條件下日軍為了掠奪南興安地區資源，加強對該地區控制，向諾門罕地區輸送軍用物資而修建的。既有鐵路線路標準低,路基病害多,質量差,列車運行速度低,個別構筑物甚至已失去設計功能。

1.1 線路平縱技術條件差

阿爾山地區既有線最小曲線半徑294 m,最短夾圓線長30.28 m,最短夾直線長23.17 m,最大坡度21.5‰。

1.2 到發線有效長短、牽引質量小、輸送能力小

阿爾山地區內既有車站有白狼、阿爾山、伊爾施站。到發線有效長均不足650 m,車站正線不貫通,影響列車通過能力。現狀DF4機車牽引質量1 200 t,目前輸送能力只有1.53 Mt。白阿線是兩伊鐵路重要后方運煤通道,其現狀輸送能力與兩伊鐵路輸送能力極不匹配。

1.3 運行速度低

本段既有鐵路走行于洮兒河和阿爾善高勒河谷內,曲線分布廣泛,且小于400 m半徑曲線占50%以上,嚴重影響列車運行速度。旅行速度不高嚴重影響了白阿線客車開行和鐵路在該地區的競爭能力。

1.4 基礎設施陳舊落后

既有橋梁大部分為鋼梁,鋼梁老齡化及油漆失效銹蝕嚴重,孔徑不足,橋梁多為淺基,承載能力低。

既有線穿越南興安山脈的南興安隧道是既有白阿線唯一一座隧道,長3 218.5 m,系1934年建成,不能滿足電化限界要求。歷經70余年風雨,現襯砌混凝土腐蝕嚴重,局部漏水嚴重,且凍害引起的混凝土開裂、酥裂等現象造成材料強度的降低,成為結構安全隱患。冬季存在襯砌掛冰、道床結冰等現象,威脅列車的安全運行。

1.5 與自然人文環境干擾嚴重

阿爾山地區周邊分布數量眾多、溫度不同、功能各異的礦泉而中外聞名,為中國內陸綜合性旅游度假區和國際型旅游名城。既有鐵路自東而西穿城而過,有35 km線路位于阿爾山國家地質公園內,其中3.5 km進入地質公園溫泉保護區范圍。

2 項目功能定位

本項目為東北路網干線主骨架組成部分,是諾門罕煤田重要的煤炭外運通道,是沿線和相關口岸對外交流的重要通道。從運輸性質分析,本項目是一條以貨為主、客貨兼顧的鐵路干線。阿爾山地區貨流密度及客車對數見表1。

表1 區段貨流密度及客車對數匯總

3 線路方案研究

3.1 總體思路

阿爾山地區線路方案研究應結合本地區獨特的自然、地理、水文、地質、環保等特征,根據項目的功能定位,綜合考慮工程地質、環境保護、運輸組織等因素,選用適宜的線路平縱技術參數,確定合理的線路技術標準。在可能的走向通道內，從技術經濟指標、主要工程費、運營費和方案的社會意義及影響等方面做多方案比較。

3.2 線路方案控制因素分析

本段線路方案研究從自然、人文和社會各方面找出對線路方案可能產生影響或控制線路方案的因素,逐個分析、落實,以期確定的線路方案對各方的不良影響降至最低,并使線路工程在保證安全性、功能性的前提下更好的服務于運營,盡量有助于增大運營的效率和效益。

(1)區域地形因素

本地區處于南興安嶺地區,以低中山為主,該地區主要有三條較大的河谷：洮兒河河谷、阿爾善高勒河河谷以及勃爾姑高勒河河谷。洮兒河河谷自然縱坡在5‰～15‰之間,阿爾善高勒河河谷自然縱坡在8‰～11‰之間,勃爾姑高勒河河谷自然縱坡在8‰～11‰之間。洮兒河河谷與阿爾善高勒河河谷及勃爾姑高勒河河谷之間被興安嶺山脈阻斷,如何選擇合適的越嶺隧道位置和洞口高程是本地區線路平縱方案研究的重點。

(2)阿爾山市火山溫泉國家地質公園

阿爾山火山溫泉國家地質公園具有極大的旅游開發價值,是阿爾山市的經濟命脈所在。既有白阿鐵路阿爾山車站附近發育有48個溫度各異的泉水組成的溫泉群。如何避免鐵路工程(尤其是隧道工程)對阿爾山市溫泉的影響,是本段線路方案研究需解決的重要問題之一。

為此,研究過程中采用各種地質勘探手段明確溫泉區域內的地質組成情況：結合以往研究結論分析溫泉的成因機制，大膽、謹慎的推測地熱區域范圍，詳細分析阿爾山市溫泉的地下水補給、徑流、排泄條件，利用水均衡法估算出溫泉區域內的地下水補給量，進而采用合理數學模型預測各方案隧道工程在施工期地下水涌水量,為線路方案的確定提供有力支撐。

根據地質工作研究,將阿爾山地區按照對溫泉的影響大小劃分為四個區域(見圖1)。

圖1 阿爾山溫泉補水區域劃分

Ⅰ區域：對溫泉影響極大,禁止新建隧道工程。

Ⅱ區域：對溫泉影響較大,隧道工程不應進入該區域。

Ⅲ區域：對溫泉影響較小,為確保溫泉涌水量不受隧道工程影響,隧道應遠離此區域。

Ⅳ區域：此區域隧道工程對溫泉基本無影響。

(3)人文社會因素

阿爾山市正傾力打造國際知名的旅游城市,而本線功能定位為以煤炭貨運為主兼顧客運鐵路,改造后的線路若從市區通過,勢必對城市環境造成不良影響,同城市發展規劃和周邊自然、人文環境不能協調和統一。因此阿爾山市政府明確要求本線繞避阿爾山市區。

3.3 線路方案研究

根據以上主要控制因素,本段線路方案著重研究了13‰限坡阿爾山南繞行方案、13‰限坡利用既有通道方案、6‰限坡沿勃爾姑高勒河谷方案、6‰限坡阿爾山南取直方案、6‰限坡阿爾山南繞行方案和9‰限坡沿勃爾姑高勒河谷方案六個方案(見圖2)。

(1)13‰限坡阿爾山南繞行方案(Ⅰ方案)

圖2 阿爾山地區方案示意

線路方案分別以9 730 m、5 300 m和12 265 m隧道翻越大興安嶺,采用線路展長的方式尋找合適的隧道洞口高程,避免產生超過15 km的特長隧道工程,繞避了白狼洮兒河國家濕地公園及阿爾山火山地質公園及阿爾山市區。線路長度54.526 km,橋梁長3.558 km,隧道長28.925 km,橋隧比59.57%,換算工程運營費430 139.44萬元。

(2)6‰限坡阿爾山南取直方案(Ⅱ方案)

線路方案以長23 750 m的雙洞單線隧道翻越大興安嶺,繞避了白狼洮兒河國家濕地公園及阿爾山火山地質公園及阿爾山市區。線路長度57.404 km,橋梁長3.782 km,隧道長41.295 km,橋隧比78.53%,換算工程運營費506 520萬元。

(3)6‰限坡阿爾山南繞行方案(Ⅲ方案)

線路方案分別以9 960 m、5 300 m和12 265 m隧道翻越大興安嶺,同時繞避了白狼洮兒河國家濕地公園及阿爾山火山地質公園及阿爾山市區。線路長度71.173 km,橋梁長3.558 km,隧道長53.35 km,橋隧比79.96%,換算工程運營費598 072萬元。

(4)13‰限坡利用既有通道方案(Ⅳ方案)

線路方案以14 700 m隧道穿越大興安嶺,之后線路走行于既有線所在的阿爾善高勒河谷內。線路長度47.176 km,橋梁長2.615 km,隧道長14.7 km,橋隧比36.7%,換算工程運營費324 518萬元。

(5)6‰限坡沿勃爾姑高勒河谷方案(Ⅴ方案)

線路方案以9 695 m隧道穿越大興安嶺,出隧道后沿阿爾善高勒河谷西南側走行至距阿爾山市區約1.6 km處折向西以9 515 m隧道繞行至勃爾姑高勒河谷,之后連續以隧道展線至比較終點。該方案線路長度63.779 km,橋梁長3.738 km,隧道長36.755 km,橋隧比63.49%,換算工程運營費477 195萬元。

(6)9‰限坡沿勃爾姑高勒河谷方案(Ⅵ方案)

線路方案以8 530 m隧道穿越大興安嶺,出隧道后沿阿爾善高勒河谷西南側走行至距阿爾山市區1.6 km處折向西以9 220 m隧道繞行至勃爾姑高勒河谷,之后沿勃爾姑高勒河谷行走至比較終點。線路長度55.9 km,橋梁長3.838 km,隧道長19.4 km,橋隧比41.57%,換算工程運營費355 703萬元。

3.4 方案比選

線路方案的比選要把國家整體利益放在首位。方案的選定要從全局出發,服務于國民經濟發展的需要,講求社會和環境綜合效益。

Ⅳ、Ⅴ、Ⅵ線路方案進入阿爾山地區I、Ⅱ、Ⅲ區域,對阿爾山火山溫泉國家地質公園的影響較大,故予以舍棄,主要對I、Ⅱ、Ⅲ方案進行技術經濟比較。

(1)工程技術經濟比較

三方案工程經濟比較見表2。

(2)優缺點綜合比較

表2 阿爾山地區主要線路方案比較

從多方面綜合比較三方案,見表3。

(2)研究結論

綜合地質選線、環保選線、經濟選線原則,認為三個方案均位于Ⅳ區域,對阿爾山溫泉基本無影響,對自然資源的破壞風險小。6‰阿爾山南繞行方案(Ⅲ方案)因展線過長,工程大,換算工程運營費最高,先予以舍棄；13‰阿爾山南繞行方案(Ⅰ方案)具有工程難度較小,工程投資最省等優點,但需雙機牽引,運輸組織不便；而6‰限坡阿爾山南取直方案(Ⅱ)雖然工程投資較高,隧道長、工期長等,但考慮到運輸組織需要,運營方便,能形成順暢運的煤運通道,故采用6‰限坡阿爾山南取直方案(Ⅱ)。

表3 阿爾山地區主要方案優缺點分析匯總

[1]GB50090—2006 鐵路線路設計規范[S]

[2]TB10003—2005 鐵路隧道設計規范[S]

[3]TB 10068—2010 鐵路隧道運營通風設計規范[S]

[4]中鐵第一勘察設計院.鐵路工程地質手冊[M].北京：中國鐵道出版社,2010