川中淺丘地區高速鐵路縱斷面設計研究

鄢良軍

（中鐵二院工程集團有限責任公司，四川 成都 610000）

1 概述

鐵路選線是在鐵路勘察設計中決定全局得重要工作，隨著國家“八縱八橫”高速鐵路網與地方城際快鐵的持續加快建設，成渝經濟圈范圍內以成渝中線、成自、成南達為代表的低山淺丘地形的高速鐵路建設正在有序推進。區別于以往困難山區和平原地區高鐵建設情況，川中淺丘地區鐵路重大平面控制點相對較少，線路平面整體趨于順直，因此線路縱斷面的設計就顯得尤為重要，尤其在無重大標高控制點的淺丘地段，合理的縱斷面設計不僅能節省工程投資，優化行車條件，還能節省寶貴的土地資源[1]。本文以建設中的成渝中線為例，對川中淺丘地形的高速鐵路選線設計進行總結，以期為同類型地形條件下鐵路工程的選線和工程處理提供借鑒。

2 項目概況

成渝中線位于四川、重慶境內，是成渝雙城經濟圈標志性工程，是支持“長江經濟帶”高質量發展和成渝地區雙城經濟圈建設的重要基礎設施，是一條承擔區際長途客流和成渝直達城際客流的高速鐵路。其中大足—簡陽段為川中淺丘及低山地區，沿線大面積分布白堊系（K）、侏羅系（J）紫紅色砂泥巖，為四川盆地典型的紅色丘陵景觀。巖層產狀平緩、傾角一般小于5℃，地形形態受巖性控制，厚層砂巖常形成陡崖、方山和平頂爪狀山梁，黏土巖則形成緩坡、圓丘和平坦坳溝。地面高程250～490m，相對高差80～140m，自然坡度10°～35°。斜坡地帶基巖部分裸露，覆土較薄，坡面多為灌木、林地；緩坡及溝槽地帶覆土相對較厚，多為旱地或水田。村莊民房星羅棋布，鄉村道路網狀分布，交通較為便利。

項目的建設能夠深入貫徹落實國家戰略部署，推動長江經濟帶高質量發展，加快構建長江沿岸綜合交通運輸體系，服務構建新發展格局，加快推動成渝地區雙城經濟圈建設，帶動西部高質量發展形成重要增長極，對實現交通強國，發揮鐵路先導，打造軌道上的成渝地區雙城經濟圈具有十分重要的意義和作用。

3 淺丘地區縱斷面設計控制因素

在鐵路勘察設計，尤其縱斷面設計當中應及時了解國家、交通部、中鐵總公司對鐵路建設的新規定，熟悉掌握鐵路線路選線設計的相關規范、規定，同時應進行多方案比較，選擇最優的方案[2]。本節主要從淺丘地段鐵路縱斷面設計主要控制因素進行分析。

3.1 高等級道路

項目范圍內的公路網密集，在大足、安岳、樂至、簡陽境內與高速公路、國省縣鄉道均有多次交叉。沿線經濟發展迅速，因此，縱斷面設計中，在確保規范要求的交叉凈空基礎上，可以適當預留50～100cm 的凈空富裕，可以在工程投資變化不大的情況下預防施工測量誤差以及預留遠期公路改建條件。同時對于已經納入地方控制性規劃的市政道路以及高等級道路，在項目初測以及定測階段應該進一步加強對接，確保縱斷面方案可行性和經濟性。另外，在靠近城區或人口密集地段，部分橋梁工程可適當增加橋梁高度，同時考慮景觀設計[3]。

3.2 油氣管線

四川盆地是一個含油氣盆地，遠在宋代便在自貢境內利用天然氣進行鹽鹵生產，是世界上最早利用天然氣的地方。結合本項目線路走向，線路附近分布洛帶氣田、金龍寺氣田、三大灣氣田、蘇碼頭氣田、安岳氣田、荷包場氣田等。在大足—安岳范圍，各類油氣井及管線密布，因此，在鐵路縱斷面設計過程中需探明管網分布，在無法繞避的情況下縱斷面盡量太高，采用橋梁跨越的方式，以便后期管線檢修。

3.3 高壓線

高等級電力線由于遷改費用高、遷改審批流程復雜，同時在遷改過程中對地方影響較大，因此在面對220kV 及以上等級的高壓線優先選擇繞避，縱斷面設計中應該合理選擇標高，應盡量減少穿越處數和長度。本項目沿線高等級電力線密集，同時由于沿線既有的高壓鐵塔設置均較低且不是耐張塔，因此高壓線對線路縱斷面設計影響較大，項目縱斷面設計以500kV 和220kV 為控制因素，盡量減少高等級電力線的遷改[4]。

3.4 過渡段

過渡段主要設置于路基與橋隧等其他線下結構物、不同路基結構、不同地基處理形式連接處可能導致軌道基礎沉降變形及剛度差異的位置。隨著我國高速鐵路建設的飛速發展，高速鐵路給人們的出行帶來了極大便利，但是在高鐵建設過程當中還是存在著許多問題和通病，橋頭跳車就是目前較為常見的病害之一，出現跳車現象會嚴重影響行車安全。引起橋頭跳車的原因主要是橋臺和臺背填料銜接的過渡段部分的不均勻沉降。

過渡段的設置在于通過將突變差異調整為漸變差異，從而保證線路軌道在縱、橫向的平順，根據車輛與線路相互的動力學分析結果，隨著過渡段長度增加，車體垂向加速度、輪軌垂向力等指標逐步減小[5]。但是在實際施工過程中由于施工工期或工序安排不當，引起過渡段填土碾壓不到位，質量無法保證，引起后期運營過程中不均勻沉降。通過細化設計以及加強過渡段施工監管能在一定程度上減少類似情況得發生，另外在縱斷面設計過程中通過合理調整線路縱斷面，可以直接減少過渡段處數，能更直接的降低過渡段的風險。路基橋梁過渡段如圖1 所示。

圖1 路基橋梁過渡段

4 淺丘地區線路坡度方案研究

在低速鐵路工程建設的過程中，由于沉降、路基填料的要求較低，且土地價格相對便宜，因此路基工程在投資上較橋梁工程存在一定的優勢。但是隨著高速鐵路建設過程中對沉降要求的增加，對路基本體的填料要求也越來越高，川中淺丘地區填料基本無法達到設計需求，因此路基填料主要以價購為主，運距增加引起路基本體投資不斷增加。此外土地價格亦不斷增加則進一步引起鐵路建設成本增加。部分深挖高填段路基供公里指標已大于橋梁公里指標。本節重點對橋梁、路基、隧道工程投資結合工程實例進行測算分析，并且選取安岳—樂至段典型的淺丘地段進行方案比較分析，得到合理的縱斷面設計方案。

4.1 主要工程指標分析及測算

4.1.1 橋梁指標測算

考慮常規地形條件、無連續梁以及特殊橋跨的情況下，通過對橋梁下部結構、上部結構以及附屬結構工程數量的計算分析得到橋梁工程投資（表1）。鐵路橋梁工程紅線范圍寬度約18m，折算用地數量約27 畝/km，按照沿線平均土地價格25 萬/畝計算，橋梁工程用地投資約6750 元/延米。一般地段不同墩高橋梁延米指標墩高每增加5m，延米指標將增加0.3 萬～1.3 萬，具體如表1 所示。

表1 一般地段不同墩高橋梁每延米數量指標

4.1.2 路基指標測算

路基工程投資主要由路基工程本體、基礎處理以及路基支擋結構組成。經測算，一般填方地段，按照平均填高7m 考慮（常規路橋分界為7m），路基公里指標約48000 元/m，一般挖方路基，按照平均挖高8m 考慮，公里指標約為38600 元/m，低填淺挖路基公里指標約為42000 元/m（以上公里指標未考慮用地、站后附屬工程以及陡坡路基需增設支擋結構加固）。結合項目設計過程中實際發生的支擋工程數量，折算路基支擋工程投資約18000 元/m，因設置涵洞引起指標增加3000 元/m，接觸網基礎、防護柵欄、綠色通道每延米增加2500 元/m。綜上，路基工程每延米指標約56500 元/m（不含用地）。路基工程平均用地數量約70～85 畝/km，折算投資約路基用地指標每延米指標約20000 元/m。

4.1.3 隧道相關指標測算

根據工程經驗測算，常規隧道延米指標約為11 萬元/延米，其中500m 以下隧道指標約為13 萬/延米，500m 以上隧道指標約為10.3 萬/延米。

4.2 方案比選

結合沿線地形地質情況，選取安岳—樂至交界處地形起伏頻繁段典型段落為例，對低線方案以及高線方案開展對比分析。其中低線方案按照傳統拉坡定線方法進行縱斷面設計，以能做路基盡量做路基為原則；高線方案抬高線路坡度，按照盡量以橋帶路為設計原則進行設計，如圖2 所示，詳細數量及投資對比如表2所示。

圖2 高、低線坡度方案

表2 主要工程數量及投資對比

通過對地形起伏頻繁地段高低線方案進行詳細綜合對比，抬高線路坡度高線方案中橋梁增加1.988km，路基減少1.643km，減少過渡段16 處；隧道長度減少0.345km。合計節省用地154.6 畝，減少過渡段16 處，節省投資3386 萬元（其中因取消短隧道引起投資節省約2000 萬元）。通過適當抬高線路縱斷面，節省大量土地資源，顯著減少過渡段處數，節省工程投資，高線方案優勢明顯。

5 結語

低山淺丘區高鐵選線不像困難艱險山區，一般情況下不存在重大不良地質，同時也不會存在越嶺高程選擇的困難。在沿線各類經濟據點分布比較明確的情況下，線路通常較為順直，在此情況下合理確定線路標高不僅能夠節省工程投資、降低施工運營風險，同時還能節約寶貴的土地資源。在實際鐵路選線縱斷面設計過程中，結合實際工程形式及地形特點，在淺丘地區鐵路縱斷面設計過程中，針對地形起伏頻繁地段，適當抬高線路坡度（抬高后橋梁墩高以不高于20m 為宜），可以在工程總投資變化不大的情況下有效減少過渡段、短路基工程，有效減低施工及運營風險，優化工程條件以及運營條件。