西十高速鐵路與西安南環(huán)線聯(lián)絡(luò)線預(yù)留接軌方案研究

劉玲

（1.中鐵第一勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司，西安710043；2.陜西省鐵道及地下交通工程重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室（中鐵一院），西安710043）

西十高速鐵路是西武（西安—武漢）高速鐵路的一部分，與漢十（武漢—十堰）高速鐵路在十堰北站接軌，是我國(guó)中長(zhǎng)期鐵路網(wǎng)規(guī)劃的重點(diǎn)項(xiàng)目之一［1］。西十高速鐵路設(shè)計(jì)速度為350 km/h［2］，在西安樞紐引入西安東站。西安東站是西安“四主一輔”鐵路樞紐戰(zhàn)略布局的重要組成部分，站場(chǎng)規(guī)模為17臺(tái)35線，含高速場(chǎng)、普速場(chǎng)、城際場(chǎng)，是西安市規(guī)劃的特大型樞紐站［3］。為便于城際鐵路、高速鐵路之間的互聯(lián)互通，提高鐵路運(yùn)輸?shù)撵`活性和服務(wù)品質(zhì)，在西安東站附近設(shè)置了城際鐵路至西安東站高速場(chǎng)以及至十堰（西十高速鐵路）、重慶（西渝高速鐵路）聯(lián)絡(luò)線。

西十高速鐵路計(jì)劃2020年開工建設(shè)，而西安南環(huán)線尚處于可行性研究階段。受項(xiàng)目建設(shè)時(shí)序的影響，先建項(xiàng)目應(yīng)預(yù)留聯(lián)絡(luò)線的接軌條件并對(duì)接軌方案進(jìn)行研究，以確保未來(lái)聯(lián)絡(luò)線接入的技術(shù)、經(jīng)濟(jì)可行性，降低項(xiàng)目實(shí)施的技術(shù)難度并控制投資。本文針對(duì)西十高速鐵路與南環(huán)線聯(lián)絡(luò)線預(yù)留接軌方案進(jìn)行研究分析，為項(xiàng)目的順利開展提供技術(shù)支撐。

1 預(yù)留南環(huán)線接軌方案

為降低運(yùn)營(yíng)期養(yǎng)護(hù)維修工作量，提高線路服務(wù)品質(zhì)，西十高速鐵路正線以鋪設(shè)無(wú)砟軌道為主。西安東站由于站場(chǎng)規(guī)模較大，為便于后期線路引入、改造，采用有砟軌道。南環(huán)線設(shè)計(jì)速度為250 km/h，采用有砟軌道。按照西安樞紐總圖規(guī)劃，西十高速鐵路與南環(huán)線聯(lián)絡(luò)線在鳴犢線路所采用2組42號(hào)道岔接軌，如圖1所示。

圖1 西十高速鐵路與南環(huán)線聯(lián)絡(luò)線接軌方案示意

國(guó)內(nèi)設(shè)計(jì)速度小于等于250 km/h的線路一般采用有砟軌道。設(shè)計(jì)速度大于250 km/h的線路采用有砟軌道從技術(shù)上雖然可行，但存在線路幾何形位較難長(zhǎng)期保持、運(yùn)營(yíng)期維修工作量大、維護(hù)成本高的問(wèn)題，還存在高速行車條件下道砟飛濺、粉化等問(wèn)題［4-5］。

受上跨西康鐵路凈空限制，西十高速鐵路自西安東出站后采用了15‰和20‰的坡度上坡，距離站中心約4 km處線下基礎(chǔ)由路基變?yōu)闃蛄骸８鶕?jù)行車V-S（速度-距離）曲線，列車速度達(dá)到250 km/h時(shí)，上行（十堰至西安東方向，列車進(jìn)西安東站減速）里程為DK11+500，下行（西安東至十堰方向，列車出西安東站加速）里程為DK16+700，均位于浐河特大橋上。若有砟、無(wú)砟軌道過(guò)渡段設(shè)置在橋梁上，則存在同一座橋的不同橋跨梁型不同的問(wèn)題，不便于橋梁及站后四電工程的設(shè)計(jì)與施工。因此，在不考慮鳴犢線路所接軌條件的情況下，西十高速鐵路有砟軌道與無(wú)砟軌道的過(guò)渡段宜設(shè)置在浐河特大橋橋頭。

鳴犢線路所（岔心里程）距離西安東站中心約13 km，為便于后期聯(lián)絡(luò)線接軌、改造，在鳴犢線路所前后960 m范圍采用高填方路基，將接軌點(diǎn)設(shè)置在路基地段。

鳴犢線路所接軌方案按照軌道結(jié)構(gòu)類型可分為有砟軌道接軌和無(wú)砟軌道接軌。若采用無(wú)砟軌道接軌，則可以取消高填方路基，將浐河特大橋和魏寨特大橋合并，按近期是否設(shè)置道岔可采用2種無(wú)砟軌道接軌方案。若采用有砟軌道接軌，按有砟軌道鋪設(shè)范圍及處理措施可采用4種方案接軌。不同接軌方案見(jiàn)表1。

表1 不同接軌方案

2 接軌方案分析

2.1 方案1

該方案的主要優(yōu)點(diǎn)是后期接軌方便，改造成本低，且對(duì)西十高速鐵路正線運(yùn)營(yíng)的干擾小，聯(lián)絡(luò)線接軌土建工程僅須拆除道岔側(cè)股擋車器，信號(hào)工程只須修改信號(hào)設(shè)備連鎖。

該方案的主要缺點(diǎn)有：①聯(lián)絡(luò)線的建設(shè)時(shí)間難以確定，道岔建成后側(cè)股可能須要長(zhǎng)期鎖定。道岔是線路的薄弱環(huán)節(jié)，列車通過(guò)時(shí)輪軌動(dòng)力沖擊作用和磨耗均比一般區(qū)間地段大，會(huì)局部增加運(yùn)營(yíng)期的養(yǎng)護(hù)維修工作，尤其是道岔直尖軌和心軌，可能出現(xiàn)在側(cè)股尚未開通就須更換的情況。②為滿足無(wú)縫線路穩(wěn)定性的相關(guān)要求，根據(jù)規(guī)范須在道岔側(cè)股岔后延伸50～75 m的無(wú)縫線路并加強(qiáng)鎖定［6］，線下基礎(chǔ)須從岔后延長(zhǎng)約100 m（3孔32 m簡(jiǎn)支梁），初期建設(shè)的投資較大，由接軌引起的投資增加約3 500萬(wàn)元。

2.2 方案2

該方案建立在方案1的基礎(chǔ)上，岔區(qū)采用的樹脂軌枕由玻璃纖維增強(qiáng)的聚氨酯樹脂發(fā)泡制成，具有加工（如鉆孔、切割等）便捷、耐久性好等優(yōu)點(diǎn)［7］。方案2初期在接軌點(diǎn)采用普通鋼軌，可避免方案1中存在的岔區(qū)輪軌動(dòng)力沖擊作用大、磨耗快、岔后設(shè)置50～75 m無(wú)縫線路等系列問(wèn)題，節(jié)約初期工程投資。

該方案的主要缺點(diǎn)有：①樹脂軌枕目前在城市軌道交通應(yīng)用較多，在高速鐵路上尚未有應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)，須要研究其對(duì)高速鐵路軸重、速度的適應(yīng)性。②在聯(lián)絡(luò)線接軌時(shí)，須要在天窗時(shí)間內(nèi)將接軌點(diǎn)普通鋼軌更換為42號(hào)道岔，橋上（或高填方路基，約7 m）作業(yè)難度大，對(duì)行車的干擾大。

2.3 方案3

該方案的主要優(yōu)點(diǎn)是線路自西安東站至鳴犢線路所均采用有砟軌道，軌道結(jié)構(gòu)調(diào)整快速便捷，后期接軌條件相對(duì)靈活，且接軌改造的成本低。

該方案的主要缺點(diǎn)有：①有砟軌道區(qū)段較長(zhǎng)，運(yùn)營(yíng)期養(yǎng)護(hù)維修工作量大。②上行列車在西安東站進(jìn)站端自有砟軌道區(qū)段開始須限速250 km/h運(yùn)營(yíng)，初步估算藍(lán)田至西安東站列車的運(yùn)營(yíng)時(shí)分將由13 min增加至15 min，影響相對(duì)較大。③此處為高填方路基（約7 m），后期接軌時(shí)，采用側(cè)位預(yù)鋪插入道岔的難度大、成本高，若采用其他方案則存在工期長(zhǎng)、難以在天窗時(shí)間內(nèi)完成、對(duì)行車干擾大等問(wèn)題。

2.4 方案4

為解決方案3存在的影響藍(lán)田至西安東站上行列車運(yùn)營(yíng)時(shí)分增加及有砟軌道區(qū)段長(zhǎng)、養(yǎng)護(hù)維修工作量大的問(wèn)題。在方案3的基礎(chǔ)上對(duì)列車運(yùn)行速度大于250 km/h范圍內(nèi)（DK11+500—DK18+000，6.5 km）的有砟軌道采取固化及表面黏結(jié)措施［8-9］，以提高有砟軌道穩(wěn)定性和對(duì)高速行車的適應(yīng)性。

該方案的主要問(wèn)題有：①聚氨酯固化范圍較大，每千米（雙線）在有砟軌道的基礎(chǔ)上須增加投資約1 000萬(wàn)元。②接軌時(shí)須將固化道床逐步拆解，重新攤鋪碎石道床，并采取固化及表面黏結(jié)措施，接軌改造工程難度大、工期長(zhǎng)且成本高。③此處為高填方路基（約7 m），后期接軌時(shí)，采用側(cè)位預(yù)鋪插入道岔的難度大、成本高，采用其他方案則存在工期長(zhǎng)、難以在天窗時(shí)間內(nèi)完成、對(duì)行車干擾大等問(wèn)題。

2.5 方案5

該方案在方案3的基礎(chǔ)上，為降低有砟軌道區(qū)段過(guò)長(zhǎng)對(duì)行車及運(yùn)營(yíng)維護(hù)的影響，在浐河特大橋上鋪設(shè)無(wú)砟軌道，在鳴犢線路所所在路基段局部采用有砟軌道。初步估算該方案會(huì)影響上行列車運(yùn)營(yíng)時(shí)分約50 s，與方案3相比，影響相對(duì)較小。

該方案的主要問(wèn)題有：①鳴犢線路所局部采用有砟軌道，運(yùn)營(yíng)期養(yǎng)護(hù)維修工作量大且不便于養(yǎng)護(hù)維修。②該方案增加4處有砟、無(wú)砟軌道過(guò)渡段，會(huì)降低列車運(yùn)行的平穩(wěn)性。③在聯(lián)絡(luò)線接軌時(shí)，須要在天窗時(shí)間內(nèi)將接軌點(diǎn)普通鋼軌更換為42號(hào)道岔，橋上（或高填方路基，約7 m）作業(yè)難度大，對(duì)行車的干擾大。

2.6 方案6

該方案在方案5的基礎(chǔ)上，為解決局部采用有砟軌道養(yǎng)護(hù)維修工作量大、養(yǎng)護(hù)作業(yè)困難的問(wèn)題，且為避免對(duì)正常運(yùn)營(yíng)時(shí)分的影響，對(duì)鳴犢線路所（DK17+050—DK18+015，0.965 km）有砟軌道采取固化及表面黏結(jié)措施。

該方案存在的主要問(wèn)題與方案4基本一致，只是聚氨酯固化道床范圍會(huì)大幅降低，由6.5 km減少至0.965 km。

3 方案比選

針對(duì)方案1—方案6，根據(jù)技術(shù)成熟度、初期投資、對(duì)運(yùn)營(yíng)的干擾等指標(biāo)，將不同方案對(duì)各指標(biāo)的適用程度參考層次分析法劃分為1～5個(gè)等級(jí)，1表示最不利，5表示最有利，見(jiàn)表2。

表2 方案比選情況

由表2可知，方案1綜合得分最優(yōu)，方案2—方案6綜合得分相當(dāng)。方案1主要在接軌靈活性和初期投資方面得分較低，在接軌方面，考慮到該區(qū)域的文物古跡、文教場(chǎng)所及整體規(guī)劃情況，接軌條件受限，接軌點(diǎn)相對(duì)穩(wěn)定；在初期投資方面，該方案會(huì)增加投資約3 500萬(wàn)元（主要是道岔、橋梁基礎(chǔ)等工程投入），但增加量與方案2，5，6相當(dāng)，且優(yōu)于方案3，同時(shí)，該方案的后期改造成本則會(huì)顯著降低，整體經(jīng)濟(jì)性較好。

綜上，推薦西十高速鐵路與預(yù)留南環(huán)線接軌工程采用方案1。考慮到國(guó)外有砟軌道線路最高運(yùn)營(yíng)速度達(dá)320 km/h，且國(guó)內(nèi)目前正在開展高速鐵路有砟軌道綜合試驗(yàn)研究工作，為速度300 km/h及以上高速鐵路有砟軌道運(yùn)營(yíng)提供技術(shù)支持。若在西十高速鐵路軌道工程實(shí)施前，國(guó)內(nèi)具備300 km/h及以上高速鐵路有砟軌道設(shè)計(jì)建造及運(yùn)營(yíng)維護(hù)成套技術(shù)，則可考慮采用接軌方案3。

4 結(jié)語(yǔ)

針對(duì)西十高速鐵路與西安南環(huán)線建設(shè)時(shí)序差別較大的問(wèn)題，對(duì)二者之間聯(lián)絡(luò)線在西十高速鐵路正線上的接軌方案進(jìn)行了研究，詳細(xì)分析了不同接軌方案的優(yōu)缺點(diǎn)，基于層次分析法對(duì)不同接軌方案進(jìn)行了評(píng)估，并從建設(shè)期、運(yùn)營(yíng)期及接軌時(shí)的技術(shù)經(jīng)濟(jì)性方面考慮，結(jié)合該區(qū)域?qū)嶋H情況給出了合理接軌方案的推薦意見(jiàn)。主要結(jié)論如下：

1）西十高速鐵路與預(yù)留南環(huán)線接軌方案推薦采用將浐河特大橋與魏寨特大橋合并，接軌點(diǎn)選擇在橋上，初期一次將預(yù)留接軌道岔施作到位，運(yùn)營(yíng)期將道岔直股鎖定。

2）建議西十高速鐵路建設(shè)期密切關(guān)注國(guó)內(nèi)高速鐵路有砟軌道技術(shù)的研究及應(yīng)用進(jìn)度，在不影響西十高速鐵路運(yùn)營(yíng)時(shí)分的情況下，可考慮采用接軌方案3。