川藏鐵路雅安至林芝段最大坡度分析

李 偉 畢 強(qiáng) 林世金

(中鐵二院工程集團(tuán)有限責(zé)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(jīng)康定、巴塘、昌都、波密至林芝，線路全長(zhǎng)約 1 011 km。線路穿越川西高山區(qū)、橫斷山脈和藏南谷地，地形及地質(zhì)條件極度復(fù)雜，是人類鐵路建設(shè)史上最具挑戰(zhàn)的工程項(xiàng)目，面臨“工程建設(shè)環(huán)境極其惡劣、鐵路長(zhǎng)大坡度前所未有、超長(zhǎng)深埋隧道最為集中、山地災(zāi)害防范任務(wù)艱巨、生態(tài)環(huán)境保護(hù)責(zé)任重大”等5大建設(shè)難題。合理選擇最大坡度，對(duì)規(guī)避重大不良地質(zhì)風(fēng)險(xiǎn)、確保項(xiàng)目安全順利建設(shè)具有重大意義，本文結(jié)合川藏鐵路雅安至林芝段的實(shí)際工程環(huán)境，對(duì)24‰、30‰以及35‰三個(gè)最大坡度方案進(jìn)行了綜合分析，提出了適應(yīng)本項(xiàng)目的最大坡度。

1 國內(nèi)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(nèi)，個(gè)別達(dá)40‰。國內(nèi)已運(yùn)營(yíng)的寶成鐵路寶雞至秦嶺段換算坡度最大達(dá)33‰，青藏鐵路格拉段最大坡度達(dá)20‰，西成高速鐵路山區(qū)困難地段最大坡度采用25‰，在建的麗香鐵路和規(guī)劃建設(shè)的香林鐵路采用了30‰的最大坡度[1-3]。目前，規(guī)范規(guī)定類似鐵路的最大坡度都不應(yīng)大于30‰[4-6]。

2 坡度方案差異性比較[7-8]

2.1 工程規(guī)模差異

3個(gè)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(qiáng)，可有效減少緊坡地段展線長(zhǎng)度，縮短越嶺隧道長(zhǎng)度，增長(zhǎng)隧道內(nèi)人字坡長(zhǎng)度，選線自由度更高，適應(yīng)地形地質(zhì)條件好，3個(gè)坡度方案主要差異地段線路長(zhǎng)度如表1所示。

表1 3個(gè)坡度方案主要差異地段線路長(zhǎng)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(guī)模；30‰方案已能較好地適應(yīng)地形，其線路長(zhǎng)度與35‰方案差別不大。

2.2 重點(diǎn)橋梁工程差異

3個(gè)坡度方案主要影響金沙江、色曲和東久曲3座特大橋，重點(diǎn)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(shè)置條件，兩方案重點(diǎn)橋梁工程一致。

表2 3個(gè)坡度方案重點(diǎn)橋梁工程差異比較表

2.3 隧道工程差異

2.3.1長(zhǎng)達(dá)隧道工程差異

3個(gè)坡度方案越嶺地段長(zhǎng)大隧道工程差異如圖1、圖2所示。

圖1 長(zhǎng)大隧道座數(shù)差異情況圖(座)

圖2 長(zhǎng)大隧道長(zhǎng)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(duì)減少越嶺地段長(zhǎng)大隧道長(zhǎng)度較為有利，兩方案長(zhǎng)大隧道長(zhǎng)度相當(dāng)。

2.3.2隧道地質(zhì)條件差異

川藏鐵路雅安至林芝段隧道工程占比高達(dá)82%，隧道工程地質(zhì)條件復(fù)雜，地質(zhì)條件的優(yōu)劣直接決定了隧道工程風(fēng)險(xiǎn)的高低，也決定了項(xiàng)目的成敗。3個(gè)坡度方案的隧道工程地質(zhì)條件差異如圖3～圖6所示。

圖3 隧道圍巖級(jí)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(duì)改善隧道工程地質(zhì)條件，降低隧道工程風(fēng)險(xiǎn)較為有利。較24‰方案，30‰和35‰坡度方案均改善了隧道圍巖級(jí)別，降低了大變形、巖爆以及高地溫段落長(zhǎng)度，兩個(gè)坡度方案對(duì)隧道地質(zhì)條件的改善程度相當(dāng)。

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(yōu)劣，3個(gè)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(zhǎng)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(zhǎng)度和隧道平均工期的角度出發(fā)，30‰坡度方案最優(yōu)，優(yōu)化了隧道施工條件，降低了工期風(fēng)險(xiǎn)。

2.4 環(huán)境保護(hù)差異

川藏鐵路雅安至林芝段沿線生態(tài)環(huán)境極為脆弱，環(huán)境保護(hù)任務(wù)重大，其中隧道棄渣量是一個(gè)重要考核指標(biāo)，減少棄渣量更有利于環(huán)境保護(hù)。3個(gè)坡度方案的隧道棄渣總量對(duì)比如表3所示。

表3 隧道棄渣總量匯總對(duì)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(dāng)。

2.5 工程經(jīng)濟(jì)性差異

3個(gè)坡度方案的工程經(jīng)濟(jì)性對(duì)比如圖9所示。

圖9 工程經(jīng)濟(jì)性差異情況圖(億元)

從圖9可以看出，在靜態(tài)投資、運(yùn)營(yíng)費(fèi)現(xiàn)值(30年)和換算工程運(yùn)營(yíng)費(fèi)方面，30‰和35%坡度方案均優(yōu)于24‰坡度方案，30‰和35%兩方案的工程經(jīng)濟(jì)性差異不大。

2.6 運(yùn)輸能力適應(yīng)性差異

3個(gè)坡度方案的運(yùn)輸能力適應(yīng)性對(duì)比情況如表4所示。

表4 運(yùn)輸能力控制地段能力適應(yīng)性對(duì)比表

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

綜上所述， 30‰和35%坡度方案在工程規(guī)模、重點(diǎn)橋梁工程、長(zhǎng)大隧道工程、隧道地質(zhì)及施工條件、環(huán)境保護(hù)、工程經(jīng)濟(jì)性等方面均優(yōu)于24‰坡度方案。且30‰坡度方案已能較好地適應(yīng)地形及地質(zhì)條件，對(duì)縮短線路長(zhǎng)度、降低工程規(guī)模、改善施工條件、降低工期風(fēng)險(xiǎn)等作用明顯，遠(yuǎn)期運(yùn)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(jié)論

川藏線雅安至林芝段擬采用電力牽引，結(jié)合各機(jī)型應(yīng)用現(xiàn)狀及本線列車運(yùn)行速度的需要，貨物列車可選用HXD2和HXD3電力機(jī)車，旅客列車可選用HXD1D，動(dòng)車組宜選用350 km/h速度等級(jí)的CR型和CRH型。相關(guān)研究結(jié)果表明：在保證一定安全冗余的前提下，需采用大功率動(dòng)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(dòng)設(shè)備與基礎(chǔ)設(shè)施耦合的友好性還需要進(jìn)一步提高。因此，建議適時(shí)研發(fā)與本線適應(yīng)性較高的機(jī)車和車輛設(shè)備。

本文以最大坡度研究為例，運(yùn)用減災(zāi)選線理念，結(jié)合川藏線雅安至林芝段實(shí)際地形地質(zhì)條件、工程條件、運(yùn)營(yíng)條件、工程和環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)等，通過對(duì)24‰、30‰、35‰ 3個(gè)坡度方案的綜合分析，提出了“以不斷進(jìn)步移動(dòng)設(shè)備適應(yīng)固定設(shè)施”的指導(dǎo)思想，建議川藏線雅安至林芝段最大坡度采用30‰，對(duì)指導(dǎo)類似復(fù)雜艱險(xiǎn)山區(qū)鐵路建設(shè)具有較高的參考意義。