川藏鐵路雅安至林芝段最大坡度分析

李 偉 畢 強 林世金

(中鐵二院工程集團有限責任公司， 成都 610031)

川藏鐵路雅安至林芝段自既有成雅鐵路雅安站引出，向西經康定、巴塘、昌都、波密至林芝，線路全長約 1 011 km。線路穿越川西高山區、橫斷山脈和藏南谷地，地形及地質條件極度復雜，是人類鐵路建設史上最具挑戰的工程項目，面臨“工程建設環境極其惡劣、鐵路長大坡度前所未有、超長深埋隧道最為集中、山地災害防范任務艱巨、生態環境保護責任重大”等5大建設難題。合理選擇最大坡度，對規避重大不良地質風險、確保項目安全順利建設具有重大意義，本文結合川藏鐵路雅安至林芝段的實際工程環境，對24‰、30‰以及35‰三個最大坡度方案進行了綜合分析，提出了適應本項目的最大坡度。

1 國內外類似鐵路最大坡度使用情況

國外鐵路最大坡度一般在30‰以內，個別達40‰。國內已運營的寶成鐵路寶雞至秦嶺段換算坡度最大達33‰，青藏鐵路格拉段最大坡度達20‰，西成高速鐵路山區困難地段最大坡度采用25‰，在建的麗香鐵路和規劃建設的香林鐵路采用了30‰的最大坡度[1-3]。目前，規范規定類似鐵路的最大坡度都不應大于30‰[4-6]。

2 坡度方案差異性比較[7-8]

2.1 工程規模差異

3個坡度方案線路走向基本相同，較24‰方案，35‰方案和30‰方案爬坡能力更強，可有效減少緊坡地段展線長度，縮短越嶺隧道長度，增長隧道內人字坡長度，選線自由度更高，適應地形地質條件好，3個坡度方案主要差異地段線路長度如表1所示。

表1 3個坡度方案主要差異地段線路長度比較表

從表1可以看出，較24‰方案，部分段落采用30‰及以上坡度能有效降低工程規模；30‰方案已能較好地適應地形，其線路長度與35‰方案差別不大。

2.2 重點橋梁工程差異

3個坡度方案主要影響金沙江、色曲和東久曲3座特大橋，重點橋梁工程主要差異如表2所示。

從表2可以看出，較24‰方案，30‰和35‰方案均改善了橋梁工程的設置條件，兩方案重點橋梁工程一致。

表2 3個坡度方案重點橋梁工程差異比較表

2.3 隧道工程差異

2.3.1長達隧道工程差異

3個坡度方案越嶺地段長大隧道工程差異如圖1、圖2所示。

圖1 長大隧道座數差異情況圖(座)

圖2 長大隧道長度差異情況圖(km)

從圖中可以看出，較24‰方案，30‰和35‰坡度方案對減少越嶺地段長大隧道長度較為有利，兩方案長大隧道長度相當。

2.3.2隧道地質條件差異

川藏鐵路雅安至林芝段隧道工程占比高達82%，隧道工程地質條件復雜，地質條件的優劣直接決定了隧道工程風險的高低，也決定了項目的成敗。3個坡度方案的隧道工程地質條件差異如圖3～圖6所示。

圖3 隧道圍巖級別差異情況圖(km)

圖4 大變形段落差異情況圖(km)

圖5 巖爆段落差異情況圖(km)

圖6 高地溫段落差異情況圖(km)

從圖中可以看出，30‰及其以上坡度對改善隧道工程地質條件，降低隧道工程風險較為有利。較24‰方案，30‰和35‰坡度方案均改善了隧道圍巖級別，降低了大變形、巖爆以及高地溫段落長度，兩個坡度方案對隧道地質條件的改善程度相當。

2.3.3隧道施工條件差異

輔助坑道和工期能夠反映出施工條件的優劣，3個坡度方案的輔助坑道和工期的差異如圖7、圖8所示。

圖7 輔助坑道長度差異情況圖(km)

圖8 隧道平均工期差異情況圖(月)

從圖中可以看出，從縮短輔助坑道長度和隧道平均工期的角度出發，30‰坡度方案最優，優化了隧道施工條件，降低了工期風險。

2.4 環境保護差異

川藏鐵路雅安至林芝段沿線生態環境極為脆弱，環境保護任務重大，其中隧道棄渣量是一個重要考核指標，減少棄渣量更有利于環境保護。3個坡度方案的隧道棄渣總量對比如表3所示。

表3 隧道棄渣總量匯總對比表

從表3可以看出，較24‰坡度方案，30‰和35‰坡度方案隧道棄渣總量明顯減少，兩方案降低幅度分別為8.06%和9.12%，基本相當。

2.5 工程經濟性差異

3個坡度方案的工程經濟性對比如圖9所示。

圖9 工程經濟性差異情況圖(億元)

從圖9可以看出，在靜態投資、運營費現值(30年)和換算工程運營費方面，30‰和35%坡度方案均優于24‰坡度方案，30‰和35%兩方案的工程經濟性差異不大。

2.6 運輸能力適應性差異

3個坡度方案的運輸能力適應性對比情況如表4所示。

表4 運輸能力控制地段能力適應性對比表

從表4可以看出，3個坡度方案均能滿足需要的通過能力，但35‰坡度方案的遠期能力較為緊張。

綜上所述， 30‰和35%坡度方案在工程規模、重點橋梁工程、長大隧道工程、隧道地質及施工條件、環境保護、工程經濟性等方面均優于24‰坡度方案。且30‰坡度方案已能較好地適應地形及地質條件，對縮短線路長度、降低工程規模、改善施工條件、降低工期風險等作用明顯，遠期運輸能力尚有一定富余，因此，建議川藏線雅安至林芝段最大坡度采用30‰。

3 建議及結論

川藏線雅安至林芝段擬采用電力牽引，結合各機型應用現狀及本線列車運行速度的需要，貨物列車可選用HXD2和HXD3電力機車，旅客列車可選用HXD1D，動車組宜選用350 km/h速度等級的CR型和CRH型。相關研究結果表明：在保證一定安全冗余的前提下，需采用大功率動車組并提高列車停放裝置停放能力才能支撐本線采用30‰最大坡度，移動設備與基礎設施耦合的友好性還需要進一步提高。因此，建議適時研發與本線適應性較高的機車和車輛設備。

本文以最大坡度研究為例，運用減災選線理念，結合川藏線雅安至林芝段實際地形地質條件、工程條件、運營條件、工程和環境風險等，通過對24‰、30‰、35‰ 3個坡度方案的綜合分析，提出了“以不斷進步移動設備適應固定設施”的指導思想，建議川藏線雅安至林芝段最大坡度采用30‰，對指導類似復雜艱險山區鐵路建設具有較高的參考意義。