張家界至吉首至懷化鐵路鳳凰站后穿越杭瑞高速方案比選研究

李 坤

(中鐵第四勘察設計院集團有限公司 武漢 430063)

1 張家界至吉首至懷化鐵路概況

張家界至吉首至懷化鐵路位于湖南省西部，北起張家界市，經湘西土家族苗族自治州，南接懷化市，銜接黔張常、懷邵衡、滬昆客運專線等鐵路線，輻射湘西主要地市。該條線路串起張家界、鳳凰等著名風景旅游區，對于帶動沿線地區快速發展，落實武陵山區精準扶貧攻堅戰略，改變湘西片區經濟落后現狀，實現全省均衡發展具有重要作用。同時張吉懷鐵路的建設將構建形成通達南北、連接東西的中西部快速客運新通道，緩解既有焦柳鐵路的運輸壓力，消除路網干線運輸瓶頸[1-2]。

張吉懷鐵路線路全長246.633 km，設站8座，其中張家界西站和懷化南站為在建和既有站。本線鐵路等級為客運專線，一次新建雙線。鐵路主要技術標準為設計行車速度350 km/h；最小曲線半徑一般為7 000 m，困難地段為5 500 m，局部地段限速；最大坡度2%，困難條件下3%。，到發線有效長度650 m[3-4]。

2 鳳凰站后上跨、下穿杭瑞高速方案比選

鳳凰站后上跨、下穿杭瑞高速方案研究范圍自張吉懷鐵路DK172+017-DK180+396，線路長度8.379 km。線路自北向南在G209國道以東、包茂高速以西的沱江鎮瓦場村設鳳凰站后隨即與杭瑞高速公路交叉并跨越沱江，影響該段平縱斷面的主要控制因素有地質條件、鳳凰站布置、杭瑞高速公路及沱江特大橋的工程條件等。由于受車站布置的限制該段線路平面選線方案較為唯一(見圖1)，因此，綜合考慮以上控制因素，針對縱斷面條件分別研究了上跨高速方案和下穿高速方案，見圖2。

圖1 平面示意圖

圖2 上跨、下穿杭瑞高公路方案縱斷面示意圖

2.1 方案說明

1) 上跨杭瑞高速方案(方案一)。鳳凰站位于標高H=430.301 m的平坡上，出站后采用一段2 250 m、1.65%上坡后，上跨杭瑞高速公路(關音坳跨杭瑞高速大橋)，橋梁孔跨布置為1×24 m簡支梁+1×(60 m+100 m+60 m)連續梁；爾后考慮盡量降低沱江特大橋墩高，改善該橋工程條件，采用一段4 300 m、3%的下坡至鳳凰隧道進口，沱江特大橋長869.8 m，孔跨布置為1×32 m+3×24 m+1×(40 m+72 m+40 m)連續梁+7×32 m+1×(40 m+72 m+40 m)連續梁+5×32 m+2×24 m，最大墩高56.35 m。

受鳳凰站大里程端縱斷面豎曲線限制，該方案鳳凰站小里程端咽喉區大部分位于DK172+000-DK172+400段山包內[5],該段工點為深路塹，邊坡最大高度75 m。

2) 下穿杭瑞高速長隧道方案(方案二)。鳳凰站位于標高H=430.301 m的平坡上，出站后先采用1 500 m、2.8%的下坡，爾后以4 200 m、2%的下坡以隧道形式下穿杭瑞高速至沱江，盡量降低沱江橋墩高，隨后以0.65%的下坡跨越沱江至比較終點鳳凰隧道進口。該方案跨越沱江特大橋一分為二，分別長352，332 m，橋梁最大墩高約40 m。

相對于上跨杭瑞高速方案，鳳凰站大里程端豎曲線長度較短，車站布置可南移100 m，小里程端咽喉區位于DK172+000-DK172+400段山包之外[5]，該段工點為雙線隧道。

2.2 主要工程數量及投資比較

兩方案工程數量及投資比較見表1。

表1 上跨、下穿杭瑞高方案比較表

方案二比方案一橋隧比高，路基工點少，征地和拆遷工程量少，征拆節省投資983萬元。

受鳳凰站布置限制，方案一進站端山包需以路基型式通過，路基土石方和支擋工程量大，方案一路基工程投資比方案二多1.208億元。

方案一橋梁較方案二長617.9 m，且沱江特大橋橋墩更高，方案一比方案二投資多0.593億元。

方案一隧道較方案二短2 402 m，方案二隧道工程需設輔助坑道泄水，方案一短隧道多，洞口個數和圬工方也更多，方案一隧道工程投資比方案二少1.496億元。

綜合考慮以上因素，方案一較方案二工程靜態投資多0.403億元。

兩方案出鳳凰站后縱斷面區別較大，方案一列車出站后立即以大坡度上跨杭瑞高速，而方案二則是下坡下穿高速，對鳳凰至麻陽西段動車組走行費進行檢算，計算期按25年，近遠期列車對數分別為46，77對/d，折現后，方案一比方案二動車組走行費多460萬元。

2.3 優缺點分析

2.3.1上跨杭瑞高速方案(方案一)

優點：工程地質條件相對較好，隧道工程實施難度和風險相對較低。

本段沿線分布的不良地質主要有3段巖溶發育地段，具體如下。

DK175+860-DK176+210段。本段長350 m，巖性主要為灰質礫巖，地下水類型主要為巖溶水，與地表自由落水洞相連，較發育。預測該段隧道最大涌水量為41 598 m3/d,單位長度正常涌水量為5.82 m3/(d·m)，屬強富水區。

DK176+820-DK177+000段和DK177+560-DK177+680段。2段長度均為180 m，巖性主要為灰質角礫巖等。地下水類型主要為巖溶水，巖溶管網較發育，地表水在洼地內匯集形成地下巖溶管道流。預測這2段范圍的隧道最大涌水量分別為13 866，11 092.8 m3/d；單位延米正常涌水量分別為5.66 ，6.79 m3/d，屬強富水區。

方案一DK175+100-DK179+500段以短隧道群形式走行于巖溶發育區上部，受巖溶、巖溶水影響較小，工程地質條件相對較好，隧道工程實施難度和工程風險相對較低。

缺點：

1) 路基工程條件困難，工程量大。受鳳凰站大里程端縱斷面豎曲線限制，該方案鳳凰站小里程端咽喉區大部分位于DK172+000-DK172+400段山包內，該段工點為深路塹，邊坡最大高度75 m，路基土石方比方案二多128.3萬m3。錨索、錨桿較方案二分別多2 950孔/57 299 m，1 336孔/11 544 m，樁板墻比方案二多34 745 m3。

2) 橋梁工程條件較為復雜。方案一沱江特大橋橋長869.8 m，孔跨布置為：1×32 m箱梁+3×24 m箱梁+1×(40 m+72 m+40 m)連續梁+7×32 m箱梁，最大墩高56.35 m，相對于方案二，橋梁工程跨度和實施難度較大。

3) 運營管理條件相對較差。方案一DK175+100-DK179+500段隧道工點多，均為短隧道，沿線多為偏僻山區，地形陡峭，交通不便，運營管理條件相對于方案二較差。

4) 工程投資較方案二多0.403億元。

5) 縱斷面坡度條件相對較差，動車組走行費更高。

該方案出鳳凰站后采用2 250 m長的1.65%上坡、4 300 m長的3%的下坡，相對于方案二1 500 m長的2.8%的下坡，2 500 m長1.75%的下坡，縱斷面起伏更大，25年動車組走行費折現差值較方案二多460萬元。

2.3.2下穿杭瑞高速方案(方案二)

優點：

1) 路基工程條件相對較簡單，工程量較小。該方案鳳凰站大里程端豎曲線長度較短，車站布置可南移100 m，小里程端咽喉區位于DK172+000-DK172+400段山包之外，可以雙線隧道形式通過，消除了高邊坡路塹工點。

2) 橋梁工程條件較為簡單。相對于方案一，方案二縱斷面壓低較多，沱江特大橋可一分為二，兩橋總長678.285 m，孔跨布置分別為1×24 m箱梁+1×(40 m+72 m+40 m)連續梁+4×32 m箱梁、1×(40 m+72 m+40 m)連續梁+5×32 m箱梁+1×24 m箱梁，最大墩高32.3 m，橋梁工程實施難度較小。

3) 該方案DK175+100-DK179+500段以1座4 339 m的長隧道穿過，而該段方案一分布有4座短隧道+4座橋梁+4處路基工點，方案二運營管理條件相對較好。

4) 工程投資較方案一省0.403億元。

5) 縱斷面坡度條件相對較優，動車組走行費較低。

缺點：工程地質條件相對較差，隧道工程實施難度和風險高。

方案二以1座隧道(大堯隧道)穿過3段巖溶發育區，工程地質條件相對較差。施工過程中易遇到巖溶水及巖溶靜態儲水，為降低風險，考慮在大堯隧道洞口左側設置長度294 m的橫洞，并在出口線路左側設置平導長度1 700 m。

2.4 推薦意見

下穿杭瑞高速方案(方案二)采用4 200 m、2%的坡段下穿高速，而上跨杭瑞高速方案(方案一)采用了4 300 m、3%的困難坡度，且坡段較長，對長期運營較為不利，同時方案二投資更省，路基、橋梁工程相對簡單，因此推薦采用下穿杭瑞高速方案(方案二)。

3 結語

鐵路項目設計在進展到后期初步設計、施工圖階段時，線路平面方案、車站設置方案已基本穩定，本文通過對張吉懷鐵路鳳凰站后的縱斷面方案進行詳細比選研究，綜合考慮工程投資、地質條件、工程實施難度及風險、運營維護等方面的因素，通過設置橫洞和平導等輔助措施降低線路穿越巖溶強發育區的施工風險，推薦采用縱斷面坡度條件更優、工程投資更省，對長期運營和維護更為有利的下穿杭瑞高速方案。

[1] 中鐵第四勘察設計院集團有限公司．新建鐵路張家界至吉首至懷化鐵路可行性研究[Z]．武漢:中鐵第四勘察設計院集團有限公司，2016．

[2] 中鐵第四勘察設計院集團有限公司．新建鐵路張家界至吉首至懷化鐵路初步設計[Z]．武漢:中鐵第四勘察設計院集團有限公司，2017.

[3] 高速鐵路設計規范：TB 10621-2014[S].北京：國家鐵路局，2015.

[4] 鐵路線路設計規范：TB 10098-2017[S]．北京:國家鐵路局，2017．

[5] 鐵路車站及樞紐設計規范：GB 50091-2017[S].北京：中國計劃出版社，2006.