山西中南部铁路太岳山越岭方案研究

谢卫民

(中铁工程设计咨询集团有限公司, 北京 100055)

1 概述

1.1 山西中南部铁路

山西中南部铁路全长1 367 km,地处华北地区南部,西起晋中南地区,衔接南北向主要铁路干线,东至山东沿海港口,形成了石太—石德—胶济铁路、邯长—邯济—胶济铁路、侯月—新菏兖日铁路间一条新的“西煤东运”的能源运输动脉,也是我国东西向路网干线铁路之一,对我国国民经济发展具有重要的能源安全保障作用。

1.2 越岭方案研究的意义

线路从洪洞至晋义之间需同时翻越太岳山和安泰山,两山之间为沁河河谷,地形较为复杂,存在多个越岭方案,不同的越岭方案其越岭隧道长度、线路长度、工程投资、工程地质、站点布置和工程风险等方面差异较为明显。该段为全线工程最困难的地段,需要迂回展线来选择合理的越岭方案。

2 自然特征

2.1 地形地貌

如图1所示，该段线路横跨太岳山脉、安泰山脉和沁河河谷,两端为临汾盆地和长治盆地,地形呈“M”形。本段最低点为洪洞北CK348处(高程为480 m),最高点为CK453处(高程为1 030 m)。

图1 线路所经地区地势

2.2 工程地质

线路依次通过临汾盆地、盆地边缘黄土台垣及太岳中低山。地层岩性主要为第四系黄土,三叠—二叠系泥岩、砂岩。下部500～1 000 m下伏二叠系下统山西组(P1s)和石炭系上统太原组(C3t)煤系地层,张庄背斜—浮山断裂以西为太岳山坳缘翘起带,岩层陡倾,断层发育,属霍东煤田；张庄背斜—浮山断裂以东为宽缓的郭道—安泽近南北向复式背斜,属沁水煤田。根据永乐北、上马寨煤炭勘探钻孔资料,草峪岭附近,2号煤层高程246～393 m,含煤线地层顶板高程400～550 m,含煤线地层位于路肩线下390～450 m,煤层瓦斯含量1.54～10.36 m3/t。

2.3 经济据点和交通

沿线主要的经济据点为临汾市的浮山县、古县、安泽县,长治市的长子县。

沿线公路主要为拟建的长临高速公路、临汾北环线、国道309等。

3 越岭限制坡度选择

本线为万吨重载线路,虽然13‰方案的线路长度较短，投资省,但其只能满足牵引5 000 t列车的条件,运能较小,运营成本高,运输组织不灵活。尽管6/13‰方案有工程投资大、越岭隧道长等缺点,但是该方案可开行万吨列车,具有输送能力大、运营费用低的优点,符合煤运大通道和铁路跨越式发展的要求。因此,该段采用6/13‰限坡方案。

4 越岭方案研究

4.1 方案说明

33.1 km长隧道方案(方案Ⅰ)：该方案自比较起点CK348+500起,绕避师村遗址后转向东北,沿山行至古县南侧张庄附近设古县站；出站线路转向东南,跨过洪安涧河后以33.12 km的隧道穿越太岳山,出隧道后跨过沁河,行至白村附近设安泽站；出站后线路转向东,跨泗河、兰河后以18.95 km隧道翻越安泰山。之后线路跨过兰河支流,过晋义乡到达方案比较终点CK469+400。该方案线路长度119.139 km,桥隧总长为90.93 km,桥隧比例为76.33%,其中10 km以上特长隧道2座,长度分别为33.12 km和18.95 km。投资总额1 130 946.83万元,技术经济指标9 492.68万元/正线 km,静态投资1 057 293.44万元,技术经济指标8 874.45万元/正线km(如图2所示)。

16 km短隧道方案(方案Ⅱ)：该方案自比较起点CK348+500起,绕过师村遗址后继续向南,展线至北韩乡设北韩站,出站后展线至旧县镇,以16.44 km隧道翻越太岳山；之后在安泽县桃曲村附近设安泽站,出站后跨沁河,而后以10.29 km和16.18 km两个隧道翻越太岳山余脉,过晋义后到达方案比较终点C3K489+384.4。该方案线路长度139.47 km,桥隧总长为115.40 km,桥隧比例为82.74%,其中10 km以上特长隧道3座,长度为16.44 km、10.29 km和16.18 km。投资总额1 161 122.64万元,技术经济指标8 325.01万元/正线 km,静态投资1 085 311.33万元,技术经济指标7 781.46万元/正线km(如图2所示)。

4.2 工程地质评价及比选意见

(1)工程地质评价

33.1 km长隧道方案(方案Ⅰ)：33.1 km长隧道进口段穿越二叠系下统下石盒子组含煤线地层540 m；洞身围岩主要为三叠—二叠系泥岩、砂岩,围岩等级以Ⅳ级为主。

根据目前钻探资料,隧道洞身瓦斯不发育,鉴于下伏含煤地层(含煤地层位于路肩线下150～250 m),在断层发育段及穹隆构造顶部局部有储存富集瓦斯的可能,应加强检测和通风。

16 km短隧道方案(方案Ⅱ)：16 km短隧道洞身围岩主要为三叠—二叠系泥岩、砂岩,围岩等级以Ⅳ级为主。但鉴于下伏含煤地层较33.1 km长隧道埋深更大,地质构造相对更简单,该隧道在围岩级别及有害气体方面得以改善，工程地质条件相对较好。但在断层发育段及穹隆构造顶部，局部仍有富集瓦斯的可能,应加强检测和通风。

图2 太岳山越岭方案示意

16 km短隧道方案展线段隧道进出口黄土高边坡有9处；隧道洞身位于黄土内的总长为13.45 km,其中隧道洞身位于土石界线内的总长为2.54 km。

(2)工程地质评价及比选意见

太岳山越岭长短隧道的工程地质条件及存在的工程地质问题基本相同,短隧较长隧隧道缩短17 km,同时地质得以改善,地质风险相对减小。从工程地质角度分析,16 km短隧道优于33.1 km长隧道。

4.3 工程投资比较、优缺点综合对比分析

工程投资及优缺点综合对比见表1、表2。

表1 太岳山越岭方案对比分析

表2 太岳山越岭方案优缺点分析

4.4 推荐意见

综上所述,16 km短隧道方案虽然工程投资贵2.8亿元,但其没有控制工期的长隧道工程,工程风险、工期风险小,隧道运营养护及救援较方便,且绕避了安泽县规划建设的冀氏煤电工业区和配套建设的桃园、石安煤矿,安泽站位也符合地方规划。因此本次研究推荐16 km短隧道方案。

5 结束语

山西中南部铁路翻越太岳山和安泰山段选线,通过工程投资、经济据点、工程风险、工期风险等方面进行了技术经济比选，推荐的16 km短隧道方案,在增加投资不多的情况下,大大缩短了控制工期的隧道长度,降低了隧道工程地质风险和工期风险。其引线部分的工程难易程度也是越岭选线的重要组成部分,也应纳入比选范围,这样才能选择合理的越岭方案,保证工程的顺利实施。

[1] GB50090—2006,铁路线路设计规范[S]

[2] 铁道部第一勘察设计院.铁路工程线路设计手册[M].北京：中国铁道出版社，1976

[3] 中铁工程设计咨询集团有限公司.新建山西中南部铁路通道可行性研究报告.第五篇线路(下册)[R].北京:中铁工程设计咨询集团有限公司，2009

[4] 中铁工程设计咨询集团有限公司.新建山西中南部铁路通道可行性研究报告.第四篇地质(下册)[R].北京:中铁工程设计咨询集团有限公司，2009

[5] 中铁工程设计咨询集团有限公司.新建山西中南部铁路通道可行性研究报告.第十篇隧道(下册)[R].北京:中铁工程设计咨询集团有限公司，2009

[6] 中铁工程设计咨询集团有限公司.新建山西中南部铁路通道预可行性研究报告(方案竞选)[R].北京:中铁工程设计咨询集团有限公司，2008

[7] 易思蓉.铁路选线设计[M].成都：西南交通大学出版社，2001

[8] 何振宁.区域工程地质与铁路选线[M].北京：中国铁道出版社,2004