黔桂鐵路增建二線綜合選線研究

魏昌辛

(中鐵二院工程集團有限責任公司， 成都 610031)

黔桂鐵路始建于抗日戰(zhàn)爭時期，1939年9月開工，1958年12月分段建成，其間遭受多次毀壞，歷經(jīng)修復和重建，于1959年3月正式交付運營。隨著國民經(jīng)濟的發(fā)展，自1965年起，黔桂鐵路先后進行了三次較大規(guī)模的技術(shù)改造，最近一次改造工程于2004年12月開工，2009年1月全線通車。改造后主要技術(shù)標準為國鐵I級單線、預留雙線電氣化鐵路，牽引質(zhì)量 3 800 t，限制坡度6‰、加力坡13‰，設(shè)計速度貴陽至金城江段為120～140 km/h，金城江至柳州為160 km/h[1]。目前重車方向最大區(qū)段每天開行7對旅客列車，26對貨物列車，其能力利用率高達99.6%，急需復線改造。

1 宏觀方案研究

本項目為既有線復線改造，線路宏觀走向與既有線基本一致，但技術(shù)標準對增建二線線路方案影響較大，鑒于既有線柳州至金城江段、金城江至貴陽段標準不一致，故對增建二線的技術(shù)標準分段進行研究。

1.1 柳州至金城江段

柳州樞紐內(nèi)柳州至洛滿段已建成雙線，洛滿至金城江段既有線設(shè)計速度為160 km/h，本次增建二線結(jié)合工程投資、既有線平縱斷面條件等因素，研究了設(shè)計速度120 km/h、160 km/h、200 km/h共3個方案[2]。對設(shè)計速度200 km/h方案，又分別研究了既有線維持現(xiàn)狀和提速至200 km/h兩個方案。

設(shè)計速度120 km/h方案因低于既有線設(shè)計標準且投資較設(shè)計速度160 km/h方案僅節(jié)省1.2億元，研究后予以舍棄。既有線提速至200 km/h將引起大量廢棄工程，增加投資較多，研究后予以舍棄。既有線維持現(xiàn)狀、增建二線采用 200 km/h方案即使在增建第二線不換邊情況下，單向運行時間也僅較160 km/h節(jié)省約10 min，提速效果不明顯，因線間距原因預留工程不能利用，工程投資大，研究后舍棄。故推薦設(shè)計速度160 km/h方案。

1.2 金城江至貴陽段

貴陽樞紐內(nèi)小西堡(線路所)至貴陽段已建成雙線，本次對金城江至小西堡(線路所)段既有線提速改造和增建二線方案分別進行了研究。

1.2.1 既有線提速方案研究

本段既有線設(shè)計速度為140 km/h(困難地段為120 km/h)，線路平面條件大部分段落滿足160 km/h標準，具備提速至160 km/h的條件。將既有線提速至160 km/h，雖可節(jié)省運行時間16.1 min，但需對不滿足160 km/h標準的部分段落進行改造，對隧道進行擴挖。經(jīng)研究，需擴挖隧道120座，共 104 172 m，同時部分預留工程廢棄，改造工程量較大，對列車運營干擾較大。綜合投資及運營干擾等因素，本段既有線維持既有標準不變。

1.2.2 增建二線方案研究

結(jié)合沿線工程地質(zhì)條件、既有線條件、預留工程條件等，研究了與既有線同標準增建二線(方案Ⅰ)、增建二線采用160 km/h標準(方案Ⅱ)和增建二線采用120 km/h標準(方案Ⅲ)共3個方案。3個方案主要技術(shù)標準差異如表 1所示。3個方案主要工程數(shù)量及投資比較如表2所示。

表1 主要技術(shù)標準差異表

表2 主要工程數(shù)量及投資比較表

經(jīng)研究，與方案Ⅰ相比，方案Ⅲ因標準差異較小，節(jié)省投資較小，不但運行時間增加10.8 min，還降低了線路標準，不宜采用。方案Ⅱ運行時間僅節(jié)省3.8～4.5 min，但投資增加了7.62億元，投資節(jié)時比高，極不經(jīng)濟。本線功能定位以貨為主，對運行速度要求不高，故建議增建二線采用方案Ⅰ，即與既有線同標準建設(shè)。

2 局部方案研究

與新建鐵路不同，既有線增建二線線路走向受經(jīng)濟據(jù)點影響小，其控制因素主要包括車站分布、重大不良地質(zhì)、特殊巖土、礦山、采空區(qū)、環(huán)境敏感點等。黔桂鐵路在第三次擴能改造過程中預留了復線條件并實施了部分二線工程，充分利用既有工程，確定合理的線路走向能最大程度地節(jié)省工程投資。本文著重論述車站分布、重大不良地質(zhì)和預留工程對線路方案的影響。

2.1 車站分布對線路方案的影響

鑒于黔桂鐵路站間距小、車站密集的現(xiàn)狀，按照“強本簡末、服務運輸”的總技術(shù)路線，將年貨運量較小(小于10萬t/年)的車站作業(yè)整合至鄰近較大中間站辦理[3]，并進行封閉車站方案的比選，確保在滿足運輸需求的同時，關(guān)站個數(shù)最多。車站封閉原則為：

(1)根據(jù)增建二線后滿足通過能力需要的合理站間距來確定需封閉的車站。

(2)對現(xiàn)狀貨運量不足10萬t/年的中間站，原則上考慮封閉。

(3)充分考慮既有站與牽引供電設(shè)施的結(jié)合。

(4)有客貨運作業(yè)、技術(shù)作業(yè)或與專用線、支線鐵路接軌的車站原則上不封閉。

根據(jù)擬定的車站封閉原則，對符合關(guān)閉條件的車站進行逐一和組合關(guān)站研究。黔桂鐵路增建二線后，共封閉車站23個，正線(不含龍里)設(shè)站20座，其中區(qū)段站1個，中間站17個，越行站2個(肯洛和峰洞)。除有客運作業(yè)中間站外，其余有貨運作業(yè)的車站的貨運量均大于20萬t/年。本線增建二線后，上行運營長度415.5 km，平均站間距20.8 km，最大站間距38.9 km(峰洞—獨山)，最小站間距5.5 km(都勻—綠蔭湖)；下行運營長度417.9 km，平均站間距20.9 km，最大站間距39.3 km(峰洞—獨山)，最小站間距5.5 km(都勻—綠蔭湖)。車站分布如圖 1所示。

圖1 車站分布示意圖

2.2 重大不良地質(zhì)對線路方案的影響

本線起于廣西盆地，經(jīng)高原斜坡帶爬升至貴州高原，地質(zhì)構(gòu)造復雜，巖體破碎，主要的不良工程地質(zhì)問題有巖溶、危巖落石、滑坡、巖堆與錯落、軟土膨脹土、紅黏土等[4]。

2.2.1 葉茂至懷遠段危巖落石對線路方案的影響

受構(gòu)造剝蝕、溶蝕及差異風化的影響，沿線危巖落石、崩塌分布廣泛。葉茂至懷遠段既有線K 103+900、K 105+400左側(cè)山體危巖落石發(fā)育，設(shè)有攔石墻、被動網(wǎng)及雷達監(jiān)測防護措施，增建二線及接入兩端車站的線位均預留在既有線左側(cè)。

危巖落石災害具有分布廣而散，不確定性因素多，無規(guī)律性的特點[5]，本段線路方案結(jié)合危巖落石整治、地形條件、G323國道等因素，研究了沿既有線左側(cè)增建二線、沿既有線右側(cè)增建二線、增建二線左側(cè)繞行3個方案[6]，如圖2所示。

圖2 葉茂至懷遠段線路方案示意圖

沿既有線左側(cè)增建二線方案線路自比較起點引出，增建沿既有線左側(cè)預留二線位置與既有線并行至比較終點，增建二線更靠近高陡危巖體，在危巖落石發(fā)育地段分別設(shè)雙線棚洞各1處，并設(shè)主被動防護網(wǎng)和鋼軌柵欄攔擋危石[7]；沿既有線右側(cè)增建二線方案利用葉茂出站端曲線換邊至既有線右側(cè)，沿既有線右側(cè)并行通過危巖體后，再利用曲線換邊至既有線左側(cè)。該方案線路需兩次換邊，在危巖落石發(fā)育地段分別設(shè)雙線棚洞各1處，并設(shè)主被動防護網(wǎng)和鋼軌柵欄攔擋危石，另需改建半幅G323國道，長880 m；增建二線左側(cè)繞行方案線路自比較起點引出，以隧道形式穿山至比較終點。

從工程投資來看，3個方案線路長度基本相當，沿既有線右側(cè)增建二線方案有兩次換邊，另需改建國道880 m，投資較大；增建二線左側(cè)繞行方案隧道比例高，且隧道洞口均存在危巖落石風險；沿既有線左側(cè)增建二線方案投資最省。

從地質(zhì)條件分析，該段影響線路的主要工程地質(zhì)問題為危巖落石，危巖體巖質(zhì)為灰?guī)r，受節(jié)理裂隙切割，局部呈倒懸狀，線路緊鄰危巖落石坡腳，受左側(cè)危巖落石影響大。增建二線左側(cè)繞行方案規(guī)避了原既有線左側(cè)危巖落石，但隧道進出口仍存在落石風險，需對隧道進出口危巖落石進行防護，且未解決既有線危巖落石隱患；沿既有線左側(cè)增建二線方案需增設(shè)棚洞等措施對線路進行防護；沿既有線右側(cè)增建二線方案線路雖遠離了危巖落石區(qū)域，但仍處于危巖落石崩落影響范圍內(nèi)。

綜合來看，沿既有線左側(cè)增建二線方案能同時解決既有線與增建二線危巖落石風險，且投資最省，故推薦采用。

2.2.2 坡朝至大山段采空區(qū)影響的線路方案的影響

既有坡朝站(本次關(guān)閉)增建二線預留在既有線右側(cè)，既有大山站(本次關(guān)閉)增建二線預留在既有線左側(cè)。結(jié)合地質(zhì)地形條件、大山采空區(qū)(151號礦)及預留工程，研究了按預留條件增建二線方案和沿既有線右側(cè)增建二線方案，如圖 3所示。

圖3 坡朝至大山段線路方案示意圖

按預留條件增建二線方案線路自坡朝站右側(cè)引出，利用出站端彎道路基段換邊至既有線左側(cè)，并沿既有線左側(cè)行至大山站，線路長7.12 km。大山雙線道岔橋線間距5 m，橋臺距仲家村隧道洞口僅137.4 m，若完全利用大山雙線道岔橋，隧道洞口間距僅12 m，無法分修，在滿足隧道洞口分修條件下，大山雙線道岔橋可利用380 m(原長501.5 m)。沿既有右側(cè)增建二線方案線路自坡朝站右側(cè)引出后一直沿既有線右側(cè)前行，至大山站后利用大山站內(nèi)曲線換邊至線路左側(cè)，線路長6.96 km。該方案未利用預留的大山雙線道岔橋(長501.5 m)。

既有線K 242+650～K 242+780左側(cè)30～40 m為大山礦151號礦窿采空區(qū)邊緣，因山體內(nèi)礦硐開挖掘進的隨意性，要徹底查清山體內(nèi)坑道的具體位置、走向及與大山隧道之間的空間關(guān)系非常困難[8]。按預留條件增建二線方案線路位于該段采空區(qū)邊緣、移動盆地內(nèi)，雖部分利用了預留工程，但工程風險高。沿既有線右側(cè)增建二線方案避開了采空區(qū)，工程風險較小。故本次推薦采用沿既有線右側(cè)增建二線方案。

2.3 預留工程對線路方案的影響

六甲至車河段既有六甲站增建二線預留在既有線左側(cè)，既有車河站增建二線預留在既有線右側(cè)。本段線路方案結(jié)合預留工程和地質(zhì)條件等因素研究了沿既有線增建二線和既有線右側(cè)取直兩個方案[6]，如圖4所示。

圖4 六甲至車河段線路方案示意圖

(1)沿既有線增建二線方案

線路自六甲站出站后，沿既有線左側(cè)并行，利用2.675 km既有六甲隧道進口段平導擴挖成增建二線隧道，出隧道后經(jīng)過既有大莫站，該段線路有3.5 km并行于既有線路基，且大莫站內(nèi)1.2 km到發(fā)線可作為增建二線路基使用，然后利用彎道換邊至既有線右側(cè)，經(jīng)過既有納朝站并利用納朝站預留工程，終至車河站。

(2)沿既有線右側(cè)取直方案

線路自六甲站出站后，利用預留平導擴挖成增建二線隧道，于既有線六甲隧道出口端引出，換邊至既有線右側(cè)后以隧道形式至上廟屯附近，上跨蘭海高速，隨后長隧取直至車河站。

兩方案均利用了既有六甲隧道左側(cè)預留的平導(2.675 km)作為增建二線隧道，利用了車河站進站端預留的車河雙線大橋。既有線右側(cè)取直方案未利用預留工程，沿既有線增建二線方案經(jīng)過既有大莫站和既有納朝站，可利用站內(nèi)1.2 km路基及到發(fā)線軌道工程作為增建二線路基使用，同時完全利用4座橋梁和1座隧道(共計0.776 km)。雖然既有線右側(cè)取直方案線路長度較沿既有線增建二線方案短2.56 km，但是該方案設(shè)有2座墩高超過50 m的橋梁和1座長度超過 7 km的隧道，工程投資較既有線增建二線方案增加 10 277.42萬元。沿既有線增建二線方案能充分利用預留工程，橋隧比較低，工程規(guī)模小，地質(zhì)條件明確，且工程投資低，故采用沿既有線增建二線方案。

3 結(jié)論

本文深入分析了黔桂鐵路2004年按照國鐵Ⅰ級、單線預留復線電氣化鐵路擴能改造的資料，得出主要結(jié)論如下：

(1)根據(jù)項目的功能定位、客貨流特點，綜合運輸組織、預留工程、工程投資等因素，合理確定復線與既有線相協(xié)調(diào)的主要技術(shù)標準。

(2)既有單線站間距小、車站密集，增建二線應根據(jù)預測運量和運輸組織需要，進行多個封閉車站的方案比選，在方便運營管理的前提下，做到封閉車站個數(shù)最大化，科學合理分布車站。

(3)對于預留復線條件的單線鐵路，在復線改造線路方案研究時，要按照“充分利用既有工程，避免大拆大改”的既有線改建原則，合理確定線路方案，最大程度節(jié)省工程投資。

(4)對于復線改造工程，要充分考慮石方開挖、軟基處理、既有工程拆除、預留工程使用等鄰近既有線施工對鐵路運營的影響，在充分調(diào)查既有線現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上，采取合理可靠的措施，盡量減少對鐵路運營的干擾，確保運營安全。