太子城至錫林浩特鐵路太子城至崇禮段線路方案研究

王 通 劉玉龍 胡錦佳

(中鐵工程設(shè)計咨詢集團(tuán)有限公司，北京 100055)

選線在鐵路勘察設(shè)計中起到?jīng)Q定全局的重要作用。線路方案的確定一般都是從粗到細(xì)、從整體到局部，工作過程多為從面到帶、從帶到線，直到最終確定線路的具體位置。潘國強(qiáng)對鐵路選線的制約因素和對策進(jìn)行了研究，提出線路方案要從環(huán)境的適應(yīng)性、工程的可靠性、投資的合理性等方面考慮；王澤對鄭機(jī)城際鐵路新鄭機(jī)場地下站高程進(jìn)行了研究，結(jié)合交通接駁、地下結(jié)構(gòu)、施工方法等因素，最終確定了合理的站位高程。以下借鑒相關(guān)文獻(xiàn)的研究結(jié)論，對太錫鐵路太子城至崇禮段線路方案進(jìn)行歸納、總結(jié)[1-3]。

1 概述

太子城至錫林浩特鐵路(以下簡稱“太錫鐵路”)位于河北省北部、內(nèi)蒙古中東部。線路起于崇禮鐵路太子城站，向北經(jīng)張家口市崇禮區(qū)、張北縣、沽源縣，內(nèi)蒙古錫林郭勒盟太仆寺旗、正藍(lán)旗，止于錫林浩特市[4-5]，線路全長384.083 km。

本次研究的太子城至崇禮段線路方案是太錫鐵路的一部分，位于河北省張家口市崇禮區(qū)境內(nèi)，線路全長15.297 km，鐵路等級為客運(yùn)專線，正線數(shù)目為單線，設(shè)計速度目標(biāo)值為160 km/h，最大坡度為一般地段20‰、困難地段30‰。其中，線路走向以及崇禮站站位高程的確定是本段線路方案的難點[6-7]。

2 沿線自然特征

2.1 地形地貌

太子城至崇禮區(qū)段屬于陰山山脈東段到大馬山群山支系和燕山余脈交接地帶，屬壩上壩下過渡型山區(qū)。高程在1 100～2 000 m之間，地形起伏較大，區(qū)內(nèi)沖溝切割較深，地勢較陡峭，山前平坦臺地多為村莊及耕地。

2.2 工程地質(zhì)特征

(1)地層巖性

太子城至崇禮區(qū)段主要有新生界、中生界、元古界及太古界地層出露。中低山區(qū)基巖裸露，山前階地為第三系上更新統(tǒng)地層覆蓋，溝谷地段為第四系地層所覆蓋。

(2)地質(zhì)構(gòu)造

太子城至崇禮區(qū)段主要位于中朝準(zhǔn)臺地內(nèi)蒙地軸與燕山沉陷帶交界部位，在沉積建造特征等方面表現(xiàn)為明顯的二元結(jié)構(gòu)。區(qū)域內(nèi)基底主體構(gòu)造線方向為東西向北或北向西，經(jīng)歷了多期變形變質(zhì)作用，構(gòu)造置換強(qiáng)烈。研究范圍內(nèi)分布有崇禮-赤城深大斷裂(近東西向分布)。

(3)不良地質(zhì)

太子城至崇禮區(qū)段內(nèi)發(fā)育的不良地質(zhì)主要為危巖落石，分布于中低山區(qū)，巖性以粗面巖、二長花崗巖為主。在隧道洞口設(shè)計、施工過程中，應(yīng)考慮對新開挖邊坡進(jìn)行處理，以避免新崩塌體的產(chǎn)生。

2.3 水文地質(zhì)特征

太子城至崇禮區(qū)段地表水主要為溝谷內(nèi)雨季匯水及融雪季節(jié)匯水，受季節(jié)影響較大。地下水主要為第四系孔隙潛水和基巖裂隙水，埋深一般為1～15 m，主要分布于溝谷第四系地層中；基巖裂隙水主要分布于中低山。沿線地表水及地下水對混凝土無侵蝕性。

3 控制線路方案的主要因素

3.1 地方規(guī)劃

(1)萬龍滑雪場

萬龍滑雪場位于崇禮區(qū)以東約10 km，以高程為2 110.3 m的紅花梁主峰為制高點，向西南，西北，北和東北方向覆蓋大南溝、小南溝、小黑麻溝、南泥溝、大宋溝、磚瓦溝、大油坊溝、小北溝、大北溝和百萬溝區(qū)域，總占地56.93 km2。滑雪場一期已建成滑雪道22條，雪道總面積約90×104m2。在其規(guī)劃范圍內(nèi)，線路應(yīng)盡量以隧道形式通過，盡可能減小對滑雪場的影響。

(2)規(guī)劃旅游度假區(qū)

崇禮區(qū)東側(cè)沿SL75號公路以南規(guī)劃有崇禮四季小鎮(zhèn)度假區(qū)、樺里樺外滑雪場、樺都雪苑滑雪場、四道灣旅游度假村、山旮里旯度假村等。其中，崇禮四季小鎮(zhèn)度假區(qū)及山旮里旯度假村內(nèi)部分酒店已投入使用。對上述各規(guī)劃區(qū)域，線路均應(yīng)予以繞避[8-9]。

3.2 工程地質(zhì)條件

本次研究范圍內(nèi)分布有崇禮-赤城深大斷裂，斷裂南側(cè)工程地質(zhì)條件相對較好，北側(cè)工程地質(zhì)條件較差。線路通過時應(yīng)選擇合理的交叉位置，以及盡量減少斷裂以北的隧道長度。

3.3 礦區(qū)

控制本段線路方案走向的礦區(qū)主要為崇禮和平鉛鋅礦區(qū)(地下開采)，年產(chǎn)量3×104t，礦區(qū)面積為0.628 7 km2。該礦區(qū)國土局備案開采高程為1 629～1 310 m，共分6層，巷道規(guī)模一般為2 m×2 m，線路應(yīng)予以繞避。

3.4 環(huán)境保護(hù)特殊地區(qū)

本段線路范圍內(nèi)的主要環(huán)境敏感區(qū)為和平省級森林公園。該森林公園內(nèi)轄翠云山、長城嶺和紅花梁三個景區(qū)。受地形及工程、地質(zhì)條件、車站選址等因素限制，線路無法繞避該環(huán)境敏感區(qū)。在森林公園內(nèi)，線路應(yīng)盡量以隧道形式通過。

3.5 交通

沿線分布有SL74、SL75、SL76等公路，影響線路局部走向的選擇和交叉跨越方案。

4 線路走向方案研究

太子城至崇禮段線路方案主要受萬龍滑雪場、和平省級森林公園、山旮里旯度假小鎮(zhèn)、四道溝渡假旅游項目以及和平鉛鋅礦區(qū)等因素控制，結(jié)合以上控制因素，對長隧道方案和短隧道方案進(jìn)行了比選分析(見圖1)。

圖1 長、短隧道方案比選示意

4.1 方案說明

(1)短隧道方案

①線路方案

線路自太子城站出站端引出折向西北，以隧道形式下穿萬龍滑雪場(和平省級森林公園)，于黃土咀村山旮里旯旅游度假村西側(cè)上跨SL75號公路，繼續(xù)北行經(jīng)租道溝村至比較終點，線路全長15.297 km，橋梁長1.040 km，隧道長14.134 km，橋隧總長15.174 km，橋隧比為99.20%。該方案以短隧道(8.920 km)下穿萬龍滑雪場規(guī)劃范圍，隧道口及斜井均繞避了已建成及在建滑雪道。

②隧道概況、斜井布置及工期情況

該方案共設(shè)隧道2座，分別為和平1號隧道、和平2號隧道。

和平1號隧道全長8.920 km，設(shè)置3處斜井，分別在CK55+600、CK57+600和CK60+000位置與正洞交匯，斜井總長2.958 km，三處斜井井口均位于萬龍滑雪場規(guī)劃區(qū)內(nèi)(但對已建成及在建雪道均予以繞避)。和平1號隧道共設(shè)8個工作面，在保證正常掘進(jìn)的前提下，該隧道施工工期約19.5個月。

和平2號隧道全長5.214 km，設(shè)置2處斜井，分別在CK64+600和CK65+800位置與正洞交匯，斜井總長1.093 km。和平2號隧道共設(shè)6個工作面，在正常掘進(jìn)的前提下，該隧道施工工期約21.5個月。

③對環(huán)境敏感點的影響分析[10-13]

該方案在里程CK58+180～CK61+635及CK64+075～CK65+065段以隧道的形式穿越和平省級森林公園(長約4.445 km)。隧道進(jìn)出口均不在森林公園范圍內(nèi)，對林地資源的破壞和影響較小，對景區(qū)景觀基本不產(chǎn)生影響。

(2)長隧道方案

①線路方案

線路自太子城站出站端引出折向西北，以長隧道(13.810 km)連續(xù)下穿和平省級森林公園(萬龍滑雪場)、SL75號公路、SL76號公路，經(jīng)租道溝村至比較終點，線路全長14.660 km，橋梁長0.812 km，隧道長13.810 km，橋隧總長14.622 km，橋隧比為99.74%。該方案以13.810 km隧道下穿萬龍滑雪場規(guī)劃范圍，正線在C1K57+500～C1K59+750段穿越萬龍滑雪場已建成雪道，3號斜井洞口位于在建雪道上。

②隧道概況、斜井布置及工期情況

該方案設(shè)隧道1座，隧道長度13.810 km，設(shè)置7處斜井，分別在正線C1K55+400、C1K57+100、C1K59+100、C1K60+400、C1K61+500、C1K63+900和C1K65+300位置與正洞交匯，斜井總長5.025 km。三處斜井井口位于萬龍滑雪場規(guī)劃區(qū)內(nèi)，其中3號斜井洞口位于在建雪道上。共設(shè)置16個工作面，在正常掘進(jìn)的前提下，該隧道施工工期約20.5個月。

③對環(huán)境敏感點的影響分析

C1K57+765～C1K61+980及C1K63+370～C1K64+535段以隧道的形式穿越森林公園(長約5.380 km)，隧道進(jìn)出口均不在森林公園范圍內(nèi)，對林地資源的破壞和影響較小，對景區(qū)景觀基本不產(chǎn)生影響[14-15]。

4.2 方案工程投資比較

兩方案工程投資比較如表1所示。

表1 太子城至崇禮段長、短隧道方案工程投資比較

4.3 方案優(yōu)缺點分析

兩方案優(yōu)缺點分析如表2所示。

4.4 推薦意見

短隧道方案雖然線路長度略長、線形略差，但該方案施工難度較小，工程投資較省，且對和平省級森林公園以及萬龍滑雪場影響較小。因此，本次研究推薦短隧道方案。

表2 太子城至崇禮段長、短隧道方案優(yōu)缺點比較

5 線路局部方案研究

圖3 崇禮站低站位方案縱斷面示意

崇禮站所處位置地形條件復(fù)雜，崇禮站的站位高程對本段線路局部方案有較大的影響。針對不同的車站高程，結(jié)合市政交通接駁條件，對崇禮站低站位方案和高站位方案進(jìn)行了對比分析(見圖2)。

圖2 崇禮站高、低站位比選示意

5.1 方案說明

(1)崇禮站低站位方案

①線路方案

線路自比較起點引出，于黃土咀村山旮里旯旅游度假村西側(cè)上跨SL75號公路，之后以隧道形式連續(xù)下穿SL76號公路、租道溝村以及和平鉛鋅礦尾礦庫下游，于大夾道溝村東側(cè)約500 m處出隧道，并設(shè)崇禮站；出站后上跨張承高速公路，再折向北至比較終點，線路全長9.932 km，橋梁長2.218 km，隧道長6.137 km，橋隧總長8.355 km，橋隧比為84.12%，崇禮站站坪高程為1 359.4 m，見圖3。

②車站概況

車站位于崇禮區(qū)大夾道溝村東北側(cè)350 m，受平縱斷面及沖溝位置影響，車站布置于山坡下，站房位于線路左側(cè)兩沖溝之間。站中心軌頂高程為1 359.396 m，站房場坪高程為1 352.6 m，山坡下原始地面高程為1 346.5 m。因車站整體占壓SL76號道路，結(jié)合站房場坪高程，需將道路改移至既有河溝北側(cè)，規(guī)劃通站道路自東側(cè)改移SL76路引出接至站前廣場。站房場坪距離地面約8 m，改移道路及通站道路順接坡度均滿足縱坡要求。崇禮站方案示意及站中心標(biāo)準(zhǔn)斷面見圖4、圖5。

(2)崇禮站高站位方案

①線路方案

圖4 崇禮站方案示意(低站位)

圖5 崇禮站站中心標(biāo)準(zhǔn)斷面(低站位)

線路自比較起點引出，于黃土咀村山旮里旯旅游度假村西側(cè)上跨SL75號公路，于租道溝村東南側(cè)出隧道，連續(xù)三次上跨SL76號公路，并以橋梁形式通過和平鉛鋅礦尾礦庫下游，于大夾道溝村設(shè)崇禮站；出站后上跨張承高速公路，再折向北至比較終點。線路全長9.619 km，橋梁長3.447 km，隧道長4.454 km，橋隧總長7.901 km，橋隧比為82.14%，崇禮站站坪高程為1 389.80 m，見圖6。

圖6 崇禮站高站位方案縱斷面示意

②車站概況

車站位于崇禮區(qū)大夾道溝村東北側(cè)640 m，受上跨SL76號道路高程及CK66+770處橋梁(上游礦石棄渣場)控制，車站高程較高，需將車站布置于半山坡上。車站站中心軌頂高程為1 389.80 m，站房場坪高程為1 383 m，站中心處平地原始地面高程為1 351 m。車站站房放坡后占壓SL76號道路，需對SL76號公路進(jìn)行改移。站房距離原始地面高差為32 m，規(guī)劃通站道路縱坡將達(dá)4.5%，填方較大(填高達(dá)15～20 m)。崇禮站方案示意及站中心標(biāo)準(zhǔn)斷面見圖7、圖8。

圖7 崇禮站方案示意(高站位)

圖8 崇禮站站中心標(biāo)準(zhǔn)斷面(高站位)

5.2 方案工程投資比較

兩方案工程投資比較如表3所示。

表3 崇禮站高、低站位方案工程投資比較

5.3 方案優(yōu)缺點分析

兩方案優(yōu)缺點分析如表4所示。

表4 崇禮站高、低站位方案優(yōu)缺點比較

5.4 推薦意見

低站位方案工程投資較省，跨張承高速公路特大橋橋高較低(墩高均在50 m以內(nèi))，工程實施難度小，有利于地方市政配套工程建設(shè)及旅客乘降和疏散；而高站位方案總工程投資較高，跨張承高速公路特大橋橋高較高(最大墩高達(dá)62 m)，工程實施難度大，且站房場坪較高，市政道路接駁條件差，旅客乘降不便。綜上所述，本次研究推薦低站位方案。