京張鐵路八達嶺越嶺方案研究

2014-07-25 11:29:03林海波

鐵道勘察 2014年6期

林海波

(中鐵工程設(shè)計咨詢集團有限公司，北京 100055)

京張鐵路八達嶺越嶺方案研究

林海波

(中鐵工程設(shè)計咨詢集團有限公司，北京 100055)

京張鐵路位于北京市西北、河北省北部境內(nèi)，線路需翻越軍都山，并在八達嶺設(shè)站。分別研究了地面站方案與地下站方案，地面站方案對地面道路交通帶來的壓力較大，而地下站方案大大減少了對景區(qū)道路和交通影響。對于地下站的埋深分別研究了98 m埋深方案與62 m埋深方案，并對62 m埋深方案進行了進一步減少埋深的方案研究，經(jīng)比較、分析、論證后均不可取，最終選取了62 m埋深方案。

京張鐵路車站埋深站位方案研究

新建北京至張家口鐵路(簡稱京張鐵路)位于北京市西北、河北省北部境內(nèi)，東起北京市，途經(jīng)北京市海淀、昌平兩區(qū)和延慶縣，以及張家口市懷來縣、下花園區(qū)、宣化縣、宣化區(qū)，西迄張家口市，呈東西向溝通兩市。新建正線全長174 km，其中北京市境內(nèi)70 km，河北省境內(nèi)104 km。全線共設(shè)10個車站，北京市境內(nèi)6個站，分別為北京北、清河、沙河、昌平、八達嶺長城站以及既有延慶支線延慶站。

本段線路需翻越軍都山，并設(shè)延慶支線聯(lián)絡(luò)線，為方便八達嶺景區(qū)客流，需在八達嶺設(shè)站。

1 自然特征

1.1 地形地貌

京張鐵路越嶺段位于北京市昌平、延慶境內(nèi)，穿越軍都山中低山區(qū)。軍都山屬燕山山脈的支脈，山峰高度多在500～1 000 m之間，相對高差300～700 m，山峰高聳，溝谷深切，山體自然坡度較大，一般在30°～50°，一些山體坡度超過60°，部分山體近直立狀態(tài)，植被發(fā)育。

1.2 工程地質(zhì)及水文地質(zhì)

(1)地層巖性

沿線地層除古生界地層缺失外，新生界、中生界、元古界及太古界地層均有出露。山區(qū)大部基巖裸露，北京平原、懷來盆地、宣化盆地及張家口盆地等區(qū)域均為第四系堆積層所覆蓋。

(2)水文地質(zhì)

沿線地下水類型主要為第四系孔隙潛水和基巖裂隙水。第四系孔隙潛水主要分布于北京北至南口段北京平原區(qū)和懷來盆地，基巖裂隙水主要分布于南口至八達嶺、西黃莊至龍洋河左岸及草帽山附近的中低山區(qū)及低山丘陵區(qū)。

(3)風景區(qū)、自然保護區(qū)、文物古跡的影響

八達嶺—十三陵風景名勝區(qū)：

八達嶺—十三陵風景名勝區(qū)總面積326.37 km2。景區(qū)分為五大類功能區(qū)，分別為核心景區(qū)、一般觀賞游覽區(qū)、景觀培育與恢復區(qū)、環(huán)境協(xié)調(diào)區(qū)、綜合管理與旅游服務(wù)區(qū)。

萬里長城—八達嶺：

八達嶺長城和水關(guān)長城是世界文化遺產(chǎn)長城的重要組成部分，也是國家級重點保護文物，位于北京延慶縣南部，在北京城區(qū)的西北方向，距市中心75 km。萬里長城—八達嶺保護范圍包括八達嶺長城北關(guān)鎖鑰關(guān)城及詹天佑銅像、詹天佑墓。

京張鐵路南口至八達嶺段：

既有京張鐵路南口段至八達嶺段位于北京市昌平區(qū)南口至延慶縣八達嶺，1905年9月開工修建，于1909年建成通車。包括南口火車站站房、南口機車車輛廠近現(xiàn)代建筑遺存、人字形鐵路、青龍橋車站站房及職工宿舍和監(jiān)工處、詹天佑墓及銅像等。人字形鐵路位于青龍橋車站附近，利用折返線原理來減小坡度。詹天佑銅像位于青龍橋車站南側(cè)，銅像后山坡上有詹天佑墓。

2 方案研究

2.1 地下站與地面站比選

首先對八達嶺景區(qū)內(nèi)地下設(shè)站還是地面設(shè)站進行了論證分析，分別研究了滾天溝設(shè)地下站方案與程家窯設(shè)地面站方案，滾天溝地下站位于滾天溝停車場，距離長城入口僅800 m，旅客出游方便。地面站位于程家窯村西側(cè)，該站距岔道城停車場2.2 km，八達嶺長城入口約6 km處。由于站位距離長城入口較遠，需在景區(qū)配套建設(shè)交通接駁設(shè)施(見圖1)。

圖1 地面地下設(shè)站平面示意

地下站方案與地面站方案對比分析如下：

①對景區(qū)環(huán)境的影響方面對比

地下站方案乘客在滾天溝內(nèi)進出車站，步行即可到達長城入口，不需要地面交通接駁，僅車站出入口等少量地面附屬設(shè)施出露地面，對景區(qū)內(nèi)車站地面設(shè)施進行景觀、綠化設(shè)計，可保證人工建筑物與景觀景區(qū)的自然、協(xié)調(diào)，大大減少對景區(qū)道路和交通影響，緩解旅游旺季交通擁堵狀況。地面站方案乘客需通過汽車接駁至長城入口，對所經(jīng)道路帶來較大交通流壓力，日游客數(shù)量大于4萬人時，造成接駁道路嚴重擁堵，顯著增加接駁時間，地面道路交通壓力、尾氣污染及道路改擴建等對景區(qū)的影響巨大。若采用軌道交通線接駁，會增加游客換乘次數(shù)，延長旅客旅行時間。

②運營安全風險方面對比分析

地面站與地下站相比而言，地面站為常規(guī)工程，旅客在地面疏散；而地下站工程位于地下，疏散、管控等相對受限，安全風險相對較大一些，但通過采取一定的措施后，安全風險可控。

③經(jīng)濟性

地面站方案較地下站方案車站主體工程投資少約7億元，但考慮地面接駁設(shè)施工程投資，經(jīng)測算后反而多約9億元；運輸成本上，八達嶺地面站方案與地下站方案相比，每年旅客運輸接駁經(jīng)營費用增加3 691萬元，旅行時間延長成本增加17 430萬元，車站經(jīng)營成本減少1 500萬元，三項合計19 021萬元，以項目運營期30年考慮，地面站比地下站新增費用32.94億元。因此，綜合考慮鐵路工程和地面道路交通接駁工程直接投資和運營費用，滾天溝地下站方案較程家窯地面站方案更經(jīng)濟。

綜合以上分析，地下站方案和地面站方案，在技術(shù)上均可行，不論在建設(shè)階段還是運營階段，采取有針對性措施后，安全風險是可控的。地面方案雖然工程投資小，施工和運營安全風險相對小一些，但需在八達嶺保護區(qū)核心區(qū)設(shè)置旅客接駁集疏通道，不但對景區(qū)環(huán)境和文物產(chǎn)生巨大影響，同時也加大了景區(qū)內(nèi)交通壓力，會導致景區(qū)內(nèi)節(jié)假日交通癱瘓，而且也嚴重影響了京藏高速的運行效率；地下站方案旅客出行方便，運輸方式低碳、環(huán)保、安全、快捷，而且長期成本比地面站更低。因此，從旅客服務(wù)水平、技術(shù)、經(jīng)濟、環(huán)保等方面綜合分析，采用地下站方案要優(yōu)于地面站方案。

2.2 車站埋深的比選

本段線路要翻越軍都山，隧道進口高程為110 m，隧道出口高程為580 m，越嶺段長20 km，平均自然坡度為23.5‰，若采用自然坡度，最長隧道長達18.5 km。因此，為縮短八達嶺隧道長度并設(shè)地下站，分別研究了25‰最大坡度98 m埋深方案和30‰最大坡度62 m方案，見圖2。

25‰最大坡度98 m埋深方案(方案Ⅰ) ：線路自昌平站引出，上跨京藏高速公路后采用總長15.36 km 的25‰坡度越嶺，并于滾天溝設(shè)地下站，地下站埋深98 m(軌面至地面)，出隧道后至比較終點正線全長37.748 km，橋梁總長14.98 km，隧道總長17.906 km，橋隧總長32.886 km，占線路比重為87.12%。該方案在核心景區(qū)內(nèi)姚店溝與九仙廟出露兩次，均以橋梁形式跨越，同時修建延慶聯(lián)絡(luò)線至既有延慶站。

30‰最大坡度62 m方案(方案Ⅱ)：本段線路方案主要考慮盡量提升地下站埋深而使用較大坡度，同時滿足在核心景區(qū)內(nèi)出露地面位置基本相當，又不新增景區(qū)內(nèi)出露地面次數(shù)。線路自昌平站引出，上跨京藏高速公路后，局部采用30‰的最大坡度越嶺，盡可能抬高滾天溝設(shè)地下站的站位高程，地下站埋深62 m(軌面至地面)正線全長37.817 km，橋梁總長15.009 km，隧道總長17.941 km，橋隧總長32.95 km，占線路比重為87.13%。該方案在核心景區(qū)內(nèi)姚店溝與九仙廟出露兩次，均以橋梁形式跨越。同時修建延慶聯(lián)絡(luò)線至既有延慶站。

圖2 25‰坡度、98 m埋深方案與30‰坡度、62 m方案示意

該方案主要受既有青龍橋“之”字線路高程控制，下穿既有線處埋深11 m，洞頂覆土厚度約2 m，同時為確保在水關(guān)處不出露地面，將線路北移走行地勢較高處。

各方案主要工程數(shù)量比較見表1。

表1 兩方案分析對比表

從表1中可以看出，30‰最大坡度62 m方案，列車運營速度略低，工程投資少、車站埋深淺、旅客疏散時間短，運營成本有所降低，施工及運營風險相對小，故本次研究推薦采用30‰最大坡度62 m方案。

2.3 進一步減小車站埋深方案研究

本次研究62 m車站埋深方案的基礎(chǔ)上，結(jié)合與八達嶺景區(qū)和文物的關(guān)系，進一步研究了減少車站淺埋的可行性，分別研究了原位抬高方案(方案Ⅲ)、埋深40 m方案(方案Ⅳ)、站位東移方案(方案Ⅴ)，見圖3。

原位抬高方案：平面與方案Ⅱ相同，縱斷面向高抬升，分別采用12.55 km長的30‰坡度、2.15 km長的21.7‰坡度越嶺，于滾天溝設(shè)八達嶺長城地下站，地下站埋深42 m，正線全長25.332 km，橋梁總長4.158 km，隧道總長17.82 km，橋隧總長21.978 km，占線路比重為86.76%。地下站位于4.8 km隧道內(nèi)，越嶺段最長隧道5 km。

該方案在核心景區(qū)內(nèi)姚店溝、九仙廟、水關(guān)長城、青龍橋出露4次(2次路基、2次橋梁形式穿越)，較方案Ⅱ多出露2次，越嶺段為5個小于5 km隧道越嶺，地下站埋深41.5 m。

埋深40 m方案:該方案為減小八達嶺地下站埋深，縱斷面向高抬升，為減少在景區(qū)內(nèi)露頭次數(shù)，將線位向東側(cè)地勢高處調(diào)整，分別采用6.6 km長的27.4‰坡度、7.85 km長的30‰坡度越嶺，于滾天溝設(shè)八達嶺長城地下站，地下站埋深42 m，正線全長25.396 km，橋梁總長4.158 km，隧道總長18.3 km，橋隧總長22.458 km，占線路比重為88.43%。地下站位于4.8 km隧道內(nèi)，越嶺段最長隧道13.5 km。

該方案在核心景區(qū)內(nèi)僅在青龍橋1次露頭(以橋梁形式)，較方案一少露頭1次，地下站站位不變，埋深41.5 m。

站位東移方案：該方案縱斷面向上抬升后，為使青龍橋處不出露地面，線位向東側(cè)偏移，在青龍橋及水關(guān)長城走行地勢高處，分別采用6.8 km長的30‰坡度、7.85 km長的27.1‰坡度越嶺，于滾天溝設(shè)八達嶺長城地下站，地下站埋深48 m，正線全長25.611 km，橋梁總長4.158 km，隧道總長18.08 km，橋隧總長22.238 km，占線路比重為86.83%，最長隧道新八達嶺隧道12 km。

該方案在核心景區(qū)內(nèi)姚店溝與九仙廟出露2次(1次路基、1次橋梁形式穿越)，需下穿八達嶺陵園(軌面至地面埋深約18 m)，地下站埋深約47 m。

圖3 其他埋深方案研究

此方案站位向東(景區(qū)內(nèi))偏移115 m，旅客走行距離相對增長，同時需下穿陵園(陵園長約500 m)。陵園占地約900畝，目前僅為規(guī)劃總規(guī)模的三分之一，入園人數(shù)近2萬人。該方案車站東移，旅客隧道內(nèi)走行距離過長，并且穿越了八達嶺陵園，方案不可取。

各方案綜合比較見表2。

表2 各方案綜合比較

經(jīng)過以上分析，各方案運行時分相當，下穿長城情況基本相同。為了減小車站埋深，方案Ⅴ影響了八達嶺陵園；方案Ⅲ與方案Ⅳ均在既有青龍橋鐵路(國家第七批文保單位)出露地面，并且方案Ⅲ在水關(guān)長城處又一次出露了地面，從減少對風景名勝區(qū)的影響與保護文物角度出發(fā)，兩個方案的可實施性差，地方也持反對意見。因此，本次研究后維持方案Ⅱ，即30‰最大坡度62 m埋深方案。