復(fù)雜地形地質(zhì)條件的山區(qū)鐵路站場設(shè)計(jì)

孫立勇，閻建斌2（鐵道第三勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司，.碩士研究生，2.高級(jí)工程師　天津　30042）

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復(fù)雜地形地質(zhì)條件的山區(qū)鐵路站場設(shè)計(jì)

孫立勇1，閻建斌
2
（鐵道第三勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司，1.碩士研究生，2.高級(jí)工程師天津300142）

摘要：鐵路發(fā)展日新月異，復(fù)雜地形條件的山區(qū)礦藏資源豐富，待需要更多的鐵路運(yùn)輸建設(shè)延伸至此。而這一條件下的鐵路站場設(shè)計(jì)遇到很多問題都是相似的。通過留譽(yù)集運(yùn)站設(shè)計(jì)過程中所解決的實(shí)例經(jīng)驗(yàn)，總結(jié)計(jì)算處理設(shè)計(jì)過程遇到的因地制宜的進(jìn)行站位選擇的總體設(shè)計(jì)、自編收斂公式進(jìn)行站場內(nèi)曲線加寬計(jì)算、利用環(huán)境進(jìn)行進(jìn)站道路設(shè)計(jì)等問題，為以后類似地質(zhì)條件下山區(qū)鐵路設(shè)計(jì)提供借鑒。

關(guān)鍵詞：山區(qū)；鐵路站場；設(shè)計(jì)；探討

10.13572/j.cnki.tdyy.2016.01.003

復(fù)雜地形地質(zhì)條件的山區(qū)，鐵路站場設(shè)計(jì)有其不同平原地區(qū)的特殊性，特殊的條件需要有特點(diǎn)的解決方式。本文以留譽(yù)鐵路集運(yùn)站為例，探討山區(qū)鐵路設(shè)計(jì)的一些問題，進(jìn)而進(jìn)行了相關(guān)的技術(shù)總結(jié)，可以為類似鐵路專用線工程提供一定的借鑒。

1　工程概況

留譽(yù)鐵路線路所經(jīng)地區(qū)土石界面以及新黃土、老黃土、上第三系粉質(zhì)黏土接觸面為軟弱面，受表水下滲影響都將成為不利結(jié)構(gòu)面，這些不利結(jié)構(gòu)面受工程活動(dòng)的影響，極易產(chǎn)生滑坡。如開挖路塹面，破壞了山體平衡，巖體沿不利結(jié)構(gòu)面下滑，都可能會(huì)造成滑坡。沿線滑坡、溜塌不良地質(zhì)主要發(fā)育在黃土峁梁斜坡地段。

留譽(yù)集運(yùn)站于晉中南鐵路通道上的留譽(yù)站接軌，分上下行疏解線接軌引出，沿留譽(yù)川東側(cè)山麓行進(jìn)設(shè)置寨子灣裝車站，寨子灣裝車站按貨物線兼到發(fā)線3條，裝車環(huán)線1條布置，有效長不小于1 700 m，設(shè)置快速定量裝車系統(tǒng)裝車，滿足萬噸整列裝車條件。

2　站位選擇的總體設(shè)計(jì)

留譽(yù)鐵路線路所經(jīng)區(qū)域?qū)冱S河?xùn)|岸呂梁山西坡黃土丘陵區(qū)。擬建鐵路位于黃河支流留譽(yù)川河?xùn)|岸黃土丘陵前緣，地勢東高西低，海拔810～1 050 m，一般高差60～160 m。測區(qū)黃土深切沖溝發(fā)育，上覆厚層黃土，下伏第三系粉質(zhì)黏土及基巖，沖溝壁出露粉質(zhì)黏土，基巖以條帶狀出露于溝谷兩側(cè)。擬建鐵路處于山西臺(tái)背斜西部呂梁山斷裂隆起與鄂爾多斯臺(tái)向斜的陜北拗陷接壤部。控制沿線的構(gòu)造型式主要為山西經(jīng)向構(gòu)造體系的黃河?xùn)|岸—呂梁山西坡南北向撓褶帶。沿線構(gòu)造形跡多屬微弱，構(gòu)造簡單，地層總體為單斜構(gòu)造，向西及南西緩傾。巖層產(chǎn)狀247° ∠10°。

受專用線所處位置地形條件限制，結(jié)合線路縱坡設(shè)置，盡量避免高填深挖的情況下，提出了留譽(yù)川東側(cè)設(shè)站方案及留譽(yù)川西側(cè)設(shè)站方案進(jìn)行比較分析。

2.1留譽(yù)川東側(cè)設(shè)站方案留譽(yù)川東側(cè)設(shè)站方案是位于留譽(yù)川東側(cè)山麓，線路自汾西、榮欣鐵路專用線劉家棱站大里程端引出，設(shè)置500 m半徑曲線，拉開與汾西、榮欣專用線間距，向西南經(jīng)胡家峁至惠家坪，于惠家坪東部通過，轉(zhuǎn)向南，沿留譽(yù)川東側(cè)河岸設(shè)置留譽(yù)鐵路集運(yùn)站，于集運(yùn)站末端設(shè)置筒倉裝車環(huán)線，曲線半徑300 m。集運(yùn)站內(nèi)設(shè)到發(fā)線3條，配套快速裝車系統(tǒng)進(jìn)行裝車作業(yè)。線路長度8.78 km，其中橋梁9座，總長1 913 m，隧道5座，總長4 255 m，橋隧占線路長度比例70.25%。

2.2留譽(yù)川西側(cè)設(shè)站方案留譽(yù)川西側(cè)設(shè)站方案是位于留譽(yù)川西側(cè)山麓，留譽(yù)站南側(cè)，線路自汾西、榮欣鐵路專用線引出，設(shè)置500 m半徑曲線，拉開與汾西專用線間距，向西南經(jīng)胡家峁至惠家坪，于惠家坪東部通過，轉(zhuǎn)向南，至佛壽寺轉(zhuǎn)向西，上跨賀惠公路，017鄉(xiāng)道，沿留譽(yù)川西側(cè)河灘設(shè)置留譽(yù)鐵路集運(yùn)站，于集運(yùn)站末端設(shè)置筒倉裝車環(huán)線，曲線半徑300 m。集運(yùn)站內(nèi)設(shè)到發(fā)線3條，配套快速裝車系統(tǒng)進(jìn)行裝車作業(yè)。線路長度8.78 km，其中橋梁6座，總長1 557 m，隧道5座，總長5 250 m，橋隧占線路長度比例71.65%。

2.3方案優(yōu)缺點(diǎn)分析及推薦意見兩方案主要工程數(shù)量及投資見表1，各方案優(yōu)缺點(diǎn)分析見表2。通過分析比較，留譽(yù)川東側(cè)設(shè)站與村莊交叉較少，投資小，優(yōu)勢明顯，本可研推薦留譽(yù)川東側(cè)設(shè)站方案。

表2方案優(yōu)缺點(diǎn)分析比較表

3　站場內(nèi)曲線加寬計(jì)算

方案選用留譽(yù)川東側(cè)設(shè)站方案，車站沿山脊而設(shè)，山脈走線彎曲，引起車站設(shè)計(jì)呈曲線站，這不同于平原地區(qū)受地形影響的因素小，曲線站就需要進(jìn)行站場內(nèi)曲線加寬的詳細(xì)計(jì)算。3.1曲線加寬計(jì)算公式以車體長C=26 m；轉(zhuǎn)向架中心銷距Z=18 m為例，進(jìn)行曲線加寬示例。曲線加寬值由兩部分組成，一是內(nèi)側(cè)加寬，另一個(gè)是外側(cè)加寬，而內(nèi)側(cè)加寬包括內(nèi)側(cè)平面加寬和內(nèi)側(cè)超高引起的加寬。

1）曲線內(nèi)側(cè)加寬W內(nèi)的計(jì)算。曲線內(nèi)側(cè)加寬示意見圖1。

圖1曲線內(nèi)側(cè)加寬示意圖

由于ΔAOD與ΔBOD相似，因而

W2所以可知

即W內(nèi)=（mm）

由于車輛線路外軌超高（h）而引起的車體內(nèi)傾（見圖2所示），距軌面高度（H）處所需的內(nèi)側(cè)加寬量（d），近似地取兩鋼軌踏面中心線間距離為1 500 mm，則所以曲線內(nèi)側(cè)需要的總加寬量W內(nèi)為：

圖2曲線外軌超高示意圖

2）曲線外側(cè)加寬W外的計(jì)算公式。曲線外側(cè)加寬示意見圖3。

圖3曲線外側(cè)加寬示意圖

由上述可知，曲線的加寬值是曲線內(nèi)側(cè)加寬W內(nèi)和曲線外側(cè)加寬W外之和〔1〕。

3.2曲線加寬的相關(guān)要素之間關(guān)系曲線中的緩和曲線是調(diào)整曲線內(nèi)偏移量的。

圖4站線位于正線內(nèi)側(cè)位置圖

圖5站線位于正線外側(cè)位置圖

由圖4可知，在外側(cè)曲線設(shè)置緩和曲線的情況下，NM為既有兩曲線間的距離，當(dāng)加入緩和曲線后，既有圓曲線將產(chǎn)生內(nèi)偏移量ME，進(jìn)而曲線間的為NE。反之如圖5所示，當(dāng)設(shè)置緩和曲線在內(nèi)側(cè)，則由于緩和曲線內(nèi)側(cè)偏移量的原因，曲線距離將增大，增大量為ME。設(shè)正線緩和曲線的移動(dòng)量為P正，正線與站線間的曲線剛需加寬值為W，當(dāng)站線位于內(nèi)側(cè)時(shí)，P=P正+W；當(dāng)站線位于外側(cè)P正>W時(shí)，P=P正-W；當(dāng)站線位于外側(cè)，而P正

3.3曲線加寬的計(jì)算方法曲線的加寬值可由鐵路工程設(shè)計(jì)技術(shù)手冊之站場及樞紐中根據(jù)對應(yīng)列車設(shè)計(jì)行車速度查表得到，以速度為100 km/h為例，表的內(nèi)容參考表3。

有了加寬W，之后就需要構(gòu)建曲線的相關(guān)要素，通過計(jì)算滿足各個(gè)曲線為同心圓的原則。經(jīng)研究曲線相關(guān)要素之間的關(guān)系，設(shè)計(jì)如下表格公式（見圖6）。

使用方法如下：一般情況下，正線的曲線半徑R和緩和曲線l、正線與站線的直線段間距已知，站線的曲線半徑取值可由直線的線間距初步填寫，需要站線緩和曲線的理論值E6可得，于是站線的緩和曲線長參考值G5可求出作為C5緩和曲線的的參考，由第一階段的B5、C5可以推算出J5，B5、C5的取值應(yīng)在判別條件J5>H5下進(jìn)行才有效，曲線段線間距M5即可由J5和L5求和得出，然后得出所要的站線曲線半徑取值N5，第一階段過后B5≠N5，然后循環(huán)試填B5、C5數(shù)值，B5、C5的取值始終在判別條件J5> H5下進(jìn)行，一般情況下第一階段即可確定C5，然后循環(huán)試填B5，第二階段B5可直接填N5數(shù)值，這樣最終同樣可求出N5，下一階段還是繼續(xù)讓B5可直接填N5數(shù)值，直至B5=N5，最終精確計(jì)算出所需要的站線曲線半徑，使得曲線均為同心圓，滿足舒適度的要求。

留譽(yù)集運(yùn)站的曲線加寬計(jì)算，在利用以上公式的方法后，在方案比選的過程節(jié)約了大量時(shí)間，并且確保了計(jì)算的準(zhǔn)確性，更好、快速地穩(wěn)定了方案。

4　進(jìn)站道路設(shè)計(jì)

復(fù)雜地形地質(zhì)條件的山區(qū)鐵路進(jìn)站道路的設(shè)計(jì)也很有學(xué)問，受整個(gè)站位的填挖平衡控制，站中心一般在山頭挖方處，進(jìn)站道路的選位與展線，需要適應(yīng)現(xiàn)場地形，利用已有條件經(jīng)濟(jì)地選擇進(jìn)站道路。

4.1進(jìn)站道路線位初選站中心位置選定后，進(jìn)站道路肯定是利用既有道路作為起點(diǎn)引連至站中心位置，山區(qū)的進(jìn)站道路的最大縱坡一般為8%，工程特殊艱巨的山嶺區(qū)，Ⅳ級(jí)道路最大縱坡可增加1%，但在海拔2 000 m以上地區(qū)不得增加，在積雪冰凍地區(qū)，不應(yīng)大于8%。根據(jù)既有道路起點(diǎn)和站中心高程，留譽(yù)集運(yùn)站的進(jìn)站道路按照8%的縱坡，可以計(jì)算進(jìn)站道路的最少需要長度，這樣可以粗略的勾勒進(jìn)站道路的形狀與位置，主要是觀察控制進(jìn)站道路所需展線的長度限制情況。粗略展線應(yīng)盡量躲避滑坡等不良地質(zhì)災(zāi)害，還應(yīng)避免減少土方調(diào)配的工作量。

4.2因地制宜利用既有道路開辟新的進(jìn)站道路，肯定帶來重新的填挖過程，利用既有道路，改造成進(jìn)站道路可以節(jié)約投資，在復(fù)雜山區(qū)，站中心與利用既有道路起點(diǎn)的高程差較大的，工程量一般都比較大，利用既有道路對投資的節(jié)約是相當(dāng)可觀的；天然便利條件對施工也有利，有利于是施工機(jī)械的入場；改造后的既有道路還可以更好的為原有功能服務(wù)。留譽(yù)集運(yùn)站的進(jìn)站道路就是利用站中心附近的進(jìn)站道路，很好地項(xiàng)目投資和方便工程地施工〔2〕。

4.3詳細(xì)設(shè)計(jì)進(jìn)站道路的詳細(xì)設(shè)計(jì)相當(dāng)于一個(gè)單股道的拉坡定線設(shè)計(jì)，合理利用橫斷面選線方法，確保蛇形道路的邊坡在空間上的相互影響，即一個(gè)路基面的刷坡影響另一個(gè)路基面的構(gòu)造甚至刷到另一路基面上，見圖7所示。

平面設(shè)計(jì)中的最小圓曲線半徑、視距和超高要滿足相應(yīng)道路等級(jí)的要求，縱斷面設(shè)計(jì)中的縱坡限制坡長見表4。

表4縱限制坡長

還需注意小半徑圓曲線路段的縱坡：當(dāng)圓曲線半徑小于等于20 m時(shí)，不應(yīng)大于7.5%，圓曲線半徑大于20 m，而不大于40 m時(shí)不應(yīng)大于8.5%。

留譽(yù)集運(yùn)站的進(jìn)站道路設(shè)計(jì)就是在平面與縱斷面不斷的平衡中最終確定所需要的線位方案。

5　結(jié)論

鐵路以其運(yùn)力大、運(yùn)費(fèi)經(jīng)濟(jì)的獨(dú)特優(yōu)勢，逐漸引起了山區(qū)礦藏資源豐富之地的廣泛關(guān)注，需求量猛增，復(fù)雜地形地質(zhì)條件的山區(qū)鐵路站場設(shè)計(jì)會(huì)使設(shè)計(jì)人員遇到很多同類問題。本文研究了站位選擇的總體設(shè)計(jì)、站場內(nèi)曲線加寬計(jì)算、進(jìn)站道路設(shè)計(jì)幾個(gè)有代表性方面問題，提出了具體的解決方案，尤其是利用常用Excel自編收斂公式精確計(jì)算站場內(nèi)曲線加寬是種有效率的創(chuàng)新，對類似工程項(xiàng)目的技術(shù)經(jīng)濟(jì)性有一定參考作用。

參考文獻(xiàn)：

〔1〕中華人民共和國鐵道部. GB50091-2006鐵路車站及樞紐設(shè)計(jì)規(guī)范〔S〕.北京:中國計(jì)劃出版社.2006.

〔2〕賈曉魯.淺談山區(qū)鐵路站場設(shè)計(jì)〔J〕.甘肅科技縱橫，2010 （39）5.

中圖分類號(hào)：U212.35

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1006-8686（2016）01-0006-06