鄭萬鐵路平頂山地區線路走向方案研究

陳 俊,吳紅巖

(中鐵第四勘察設計院集團有限公司,武漢 430063)

鄭州至萬州鐵路(以下簡稱“鄭萬鐵路”)位于豫、鄂、渝三省市境內，北接京廣鐵路、隴海鐵路，中與既有焦柳、寧西、襄渝鐵路，在建蒙西至華中煤運通道，規劃安(康)張(家界)常(德)等鐵路相交，南端連接萬州，并通過渝萬客專到達重慶。鐵路等級為高速鐵路，設計行車速度目標值為350 km/h。

鄭州至平頂山段屬黃淮沖積平原，巨厚(150～450 m)第四系地層覆蓋。鄭州至許昌段液化土、松軟土廣泛分布，厚10～20 m。煤礦采空區為本段影響線路走向的主要不良地質問題，對控制線路的走向及工程措施選擇具有決定性的作用。鄭州至平頂山段為河南省礦產資源富集區域，沿線礦產資源十分豐富，煤礦、鐵礦及鹽礦具有品位高、儲量大的特點，尤其是許昌市禹州市的西部、北部和南部，已探明礦產總儲量超過15億t。鄭州至平頂山段，地震動峰值加速度為0.05g～0.15g，工程需按抗震設防烈度7度設防。

線路走向方案受城市規劃、地形地質條件和煤礦采空區等諸多因素的影響，分別從客流、工程地質條件、線路走向順直、工程投資和城市規劃銜接及相關部門意見等方面綜合分析各方案的優缺點，以各級政府及其職能部門的意見為指導，確定出相對優化的推薦方案。

1 影響線路走向的主要因素

鐵路選線設計是一個集決策和設計為一體的，多因素、多層次的復雜系統工程[1-2]，根據鄭萬鐵路的特點，影響線路走向的主要因素有：道路、城市規劃銜接、地形地質條件、煤礦采空區和工程投資[3]，具體如下。

(1)城市規劃

平頂山位于河南省中南部，是國家重要的能源原材料工業基地、河南省中原城市群9個中心城市之一；全市土地面積7 882 km2，總人口534.7萬人，中心城區人口100萬人，2012年全市生產總值達到1 502億元。

2011年11月，河南省人民政府批復平頂山新區建設總體方案，在平頂山市區西部集中布局建設平頂山新區，遠期規劃面積約295 km2，按功能定位劃分為城鄉一體化先行區、產業轉型升級先導區、對外開放示范區、豫中南綜合交通樞紐和物流中心的“三區一中心”。

(2)道路

本段主要跨越的道路有永登高速公路、寧洛高速公路、鄭堯高速公路、G311、S103、S301、S237、S238、S231、S236、S239、S241、S242、新寶大道(市政道路)等。選線時，應考慮跨越主要道路的角度、方式并預留后期改擴建的條件。

(3)地形地質條件

主要不良地質條件主要為煤礦采空區、膨脹土。由于禹州至平頂山段煤礦等礦產資源豐富，沿線成片分布有礦業權項目、省地勘基金項目及國家礦產地項目等礦區，本段線位附近的采空區約16個，收集了鄭萬鐵路沿線詳細的礦區、采空區資料，并通過多次現場調查，工程物探、深孔鉆探等手段對采空區進行驗證核實。經研究，線位宜繞避采空區。鐵路選線時穿越部分礦區，需設置保護礦柱。按照高速鐵路對沉降嚴格控制的要求，開展了鄭萬鐵路壓覆礦產安全距離專題評估，對穿越區鐵路地基基礎的穩定性和相關構筑物可能產生的工后變形等綜合分析，線位繞避采空區，確定鐵路兩側的安全保護距離并留設保安礦柱，并進行壓覆礦產資源備案登記。

結合本次線位方案研究，對平頂山地段的煤炭采空區進行專項調查，采用繞避不良地質，盡量減少、避免技術復雜的特殊工程措施等綜合確定線位，使線路選擇在地質條件相對較好地段或設計選用合理的工程措施處理后通過。

2 線路走向方案說明

平頂山主城區呈狹長東西帶狀，根據河南省人民政府批復平頂山新城區建設總體方案及平頂山城市建設現狀，新城區以南為白龜山水庫，新城區以北為平煤集團采空區，集中分布在孟平鐵路以北、郟縣至襄縣(連線)以西、鄭堯高速公路以南的三角形區域，東西向約40 km，南北向約24 km，結合煤礦采空區分布，本次研究了平頂山城市東部設站和西部設站兩大系列3個方案。如圖1所示。

圖1 平頂山地區線路方案示意

2.1 平頂山城市西部設站方案

經禹州平頂山西方案：線路經長葛市西北、禹州、郟縣，從平煤開采區西側繞避，在平頂山西部新城區設平頂山西站。線路長度167.117 km，橋隧總長142.638 km，橋隧比85.35%。

2.2 平頂山城市東部設站方案

2.2.1 經許昌北平頂山東方案

線路經許昌市北部13.7 km處設許昌北站，從平煤開采區東側繞避，在城區東南側11 km處設平頂山東站。線路長度160.734 km，橋隧總長139.098 km，橋隧比86.54%。

2.2.2 經許昌東平頂山東方案

線路引入石武客專許昌東站，從平煤開采區東側繞避，在城區東南側11 km處設平頂山東站。線路長度167.585 km，橋隧總長144.370 km，橋隧比86.15%。

許昌東站為石武客專上的中間站，現有規模為2臺5線(含正線2條)，到發線有效長650 m。站房同側已預留2臺5線規模車場建設條件(含正線)。

3 線路走向方案研究

3.1 開采區專項調查

本段線路穿越的平頂山地區為河南省礦產資源富集區域，沿線影響線路走向方案的礦區有許昌鐵礦、平禹一礦、泉店煤礦、平禹九礦(梁北2井)、平禹煤電(梁北礦)、平煤十三礦、平煤香山礦、寶豐東方礦、寶豐宏九礦、寶豐運通礦、惠家金礦(魯豫金礦)、平頂山魯山境內馬樓鄉銀洞金礦和拐河鎮韓家-姚店螢石礦。

結合線路走向方案，對采空區和礦產資源開采區進行了專項調查，收集、整理沿線主要地質礦產開采區資料，重點對開采區的開采現狀、不良地質災害出現情況等方面進行了梳理，為線路穿越開采區進行壓覆礦產資源評估提供了詳實的資料，沿線主要開采區概況見表1。

表1 沿線主要開采區一覽

3.2 城市規劃(道路)銜接

經許昌北平頂山東方案和經許昌東平頂山東方案從城區東南側進行了繞避，基本不涉及城市規劃。經禹州平頂山西方案從西部新城區進行穿越，需與城市規劃(道路)銜接，平頂山段銜接城市道路具有代表性的為新寶大道，經禹州平頂山西方案與新寶大道存在交叉。新寶大道位于經禹州平頂山西方案平頂山西站南咽喉處，距離站中心620 m，道路現狀路面寬為30 m。鄭萬鐵路建設將影響新寶大道及鄭堯高速連接線平頂山新城區、寶豐出入口的道路位置，新寶大道需改移為公跨鐵，需設置鄭堯高速連接線出入條件，施工期間需過渡。結合該區域路網規劃，既能滿足新寶大道修建時的繞行需求，又能滿足鄭堯高速連接線平頂山新城區、寶豐縣出入口永久出入需求。上跨橋梁及引線改移長度為800 m，其中新寶大道上跨鐵路橋需滿足“雙向八車道+人行道”要求，并配套相應的照明等系統。

3.3 線路走向方案分析及工程經濟比較

對線路走向方案進行了技術經濟比較，如表2所示。在此基礎上，根據線路方案的特點[4]，著重從客流、工程地質條件、線路走向順直、工程投資和相關部門意見及城市規劃銜接角度[5-6]等方面分析各方案的優缺點。

表2 工程技術經濟比較

從吸引客流條件分析[7]：經禹州平頂山西方案，線路經過許昌地區長葛市和禹州市，距離許昌城區較遠，將損失部分往西南方向有出行需求的許昌市客流；經許昌東平頂山東方案，平頂山站距平頂山老城區中心約11 km，距葉縣中心約5.5 km，能同時吸引平頂山城區和葉縣客流；經許昌北平頂山東方案，許昌北站位于城市北側13.7 km，距示范區主中心約有9 km，距許昌縣的新縣城約4 km，距長葛市中心約3 km，能同時吸引許昌市區、示范區、許昌縣和長葛市的客流。

從工程地質條件角度分析：經禹州平頂山西方案有43.10 km線路位于煤炭勘查區、2.45 km線路經過(從中間穿過)平禹九礦煤炭規劃開采區。經許昌東平頂山東和經許昌北平頂山東方案都有16.50 km線路經過葉縣凹陷鹽礦普查區。

從線路走向順直[8-9]、工程投資角度分析：經禹州平頂山西方案線路長度較經許昌東平頂山東方案短0.468 km，較經許昌北平頂山東方案長6.383 km；工程投資較經許昌東平頂山東方案多0.96億元，較經許昌北平頂山東方案多7.22億元。

從城市規劃銜接及相關部門意見的角度進行分析：根據平頂山總體規劃，平頂山市區西部集中布局建設平頂山新城區，遠期規劃面積約295 km2。經禹州平頂山西方案在平頂山新區設站，與河南省人民政府批復的平頂山新城區建設總體規劃相符合，可更好地引導城市發展方向，將對平頂山市的發展乃至中原經濟區的建設起到重要推動作用，且能帶動沿線長葛市、禹州市、郟縣、寶豐縣的城市發展；平頂山城區東部設站的兩個方案都在平頂山老城區東側設置平頂山東站，與河南省人民政府批復的平頂山新區建設總體方案相背離。

3.4 推薦方案

經禹州平頂山西方案雖壓覆礦產資源較多，但線路相對比較順直，與河南省人民政府批復的平頂山新城區建設總體規劃相符合，可更好地引導城市發展方向，將對平頂山市的發展乃至中原經濟區的建設起到重要推動作用，且能帶動沿線長葛市、禹州市、郟縣、寶豐縣的城市發展。綜合考慮河南省對該段線路方案的有關意見，有利于提升項目外部實施環境，推薦經禹州平頂山西方案。

各礦區邊界計算最小安全距離及與經禹州平頂山西方案的關系如表3所示。

經禹州平頂山西方案，線路與沿線主要礦區(擬開采)邊界之間的距離，除梁北井東南煤層邊界外，均滿足規范計算值及相關法規要求的最小安全距離要求。

梁北井東南煤層邊界(遠期規劃區)擬開采深度為900 m，采空區計算最小安全距離為901 m；經禹州平頂山西方案目前距離其東南煤層邊界(遠期規劃區)最近距離為43 m，小于計算最小安全距離，但經禹州平頂山西方案距離梁北井目前已開采邊界大于2 km，因此，目前梁北井開采區對此方案基本無影響，考慮到后期開采不影響鐵路的安全運營，故對臨近線路側43～901 m范圍禁止開采的礦產進行壓覆礦專項評估。

表3 各礦區邊界計算最小安全距離及與線位關系

4 結語

本文通過對平頂山地區線路走向方案進行分析，從客流、城市規劃銜接、工程地質條件、線路走向順直、煤礦采空區、工程投資等影響線路走向的主要因素，以及相關部門意見等方面分析各方案的優缺點，以沿線各級政府意見為指導，確定出相對優化的推薦方案。

通過案例可以看出，在保證線路走向順直實現設計速度目標值和鐵路客運運能合理的前提下，地方各級政府相關部門的意見、建議對于線路方案優選具有舉足輕重的作用，工程地質條件是影響線路走向和后期安全營運及維護的重要因素，銜接城市規劃為后續相關工程建設及交通路網系統的完善創造條件，設計考慮遠期城市規模、路網優化等方面超前設計。此外對于工程投資來說，雖然有時候前期的工程投資略大，但卻可以消除很多遠期不可預見的不利影響，對于城市的長遠規劃和發展來說卻是相當有益的，對鐵路選線設計具有一定的參考價值。

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