兰合线跨越刘家峡水库线路方案的综合比选

魏其灿

(中铁第一勘察设计院集团有限公司兰州设计院,兰州 730000)

1 概述

兰(州)合(作)线是连接西北、西南与珠三角地区铁路通道的重要组成部分,为Ⅰ级单线电气化铁路,采用16‰最大坡度。线路位于甘肃省南部临夏回族自治州、甘南藏族自治州境内,由兰州枢纽内兰青铁路八盘峡站南端引出,利用刘家峡专用线线位南行至盐锅峡镇,沿黄河、大夏河河谷穿行于两岸崇山峻岭间,经永靖县、东乡县、临夏市、夏河县等地至合作市。全线地处甘肃南部黄土高原与青藏高原的过渡地带,地形、地质条件复杂且差异性较大。其中永靖至考勒段线路需跨越著名的刘家峡水库、地形起伏剧烈、地质条件复杂、不良地质发育,工程艰巨且技术难度大,属复杂、艰险山区,选线难度很大,故在项目初测、可行性研究过程中,对跨越刘家峡水库段线路方案进行了重点研究。

2 影响选线的主要因素分析

2.1 总体情况

从总体走向分析,线路由永靖站引出后,需在跨越刘家峡水库后,在考勒乡附近设置会让站一处,而后穿山而过至东乡县河滩乡设站。刘家峡水库水面宽阔且需考虑水库大坝安全,桥梁工程难度大；沿线属黄土梁峁及低中山区,沟壑、梁峁相间分布,冲沟发育,地形起伏剧烈,各类工程均较艰巨,考勒站位选址困难；沿线冲沟两侧及水库沿岸滑坡、坡面溜坍、水库坍岸等不良地质发育,原则上应尽量绕避。上述因素是影响线路方案的主要因素,对其分别进行研究分析。

2.2 跨越水库的可能桥位

如图1所示,从降低桥梁工程难度角度分析,应选择在距水库大坝较近的洮河或黄河峡谷地带、水面较窄处跨越库区；从永靖、考勒与水库之间的相对位置分析,线路走向有两跨黄河取直及一跨洮河绕行两种选择。因此应对可能的一跨黄河、二跨黄河以及跨洮河桥位分别研究。

图1 考勒备选站位及黄河、洮河备选桥位示意

受水坝泄洪及库区蓄水深度达100 m以上、淤积层厚度更达50～60 m的影响,跨越库区各桥位桥梁主跨均应采用一跨通过水面,避免水中设墩。一跨黄河桥位受刘家峡大坝及永靖县自来水厂和城市建成区的影响,只能选择在城东公路桥上游约100 m处,由于地处水库大坝下游,为避免大坝泄洪冲刷,主跨亦应一跨跨越水面,技术难度大。二跨黄河则可顺应线路方案选择并行公路桥位、桥儿沟桥位或祁家渡口桥位,其中以并行公路桥位主跨跨度最小,桥梁难度相对较低。根据线路走向,洮河桥位则有在洮河入黄河口2.0、1.5、0.5 km三处选择,其中上游2.0 km处主跨最小,其余两处主跨跨度均大幅增加。

2.3 考勒站位的可能选择

根据行车组织要求,考勒站为两股道会让站,首先应考虑尽量置于路基、桥梁明线地段,则线路须沿水库东岸布设,即考勒沿河站位。受沟谷发育影响,站区部分位于水库回水范围内需设桥通过,跨度大且需设置水中墩；站区填挖方高度大,站场路基工程艰巨；同时水库坍岸需进行处理,难度很大。

为规避沿河站位的工程风险,则线路须穿山而行,于隧道间设站,即黄家咀站位。远离库区干扰少,不受水库坍岸影响,工程风险小,但地形局促、部分站坪位于隧道内,引线隧道工程大。

2.4 沿线不良地质分布情况的影响

从永靖至考勒段,线路经过地区不良地质主要表现为滑坡、错落、坡面溜坍、水库坍岸等,另分布有湿陷性黄土、膨胀岩等特殊岩土。通过实地调查,结合纸上定线情况：如采用黄家咀站,沿线绝大多数不良地质可予以绕避；而沿河站位则不可避免地受到水库坍岸的影响。对于特殊岩土,则均有较成熟的技术加以处理,能够确保安全。

3 研究思路与方案构成

经上述分析初步认为：跨越库区的桥梁工程均较艰巨,且随着主跨跨度增加而建设难度越大、工程造价增幅明显,是影响线路方案的最主要因素；考勒沿河站位有明显缺点,但由于黄家咀站位亦有不利的方面,故应结合各方案工程造价情况进一步研究比选；线路方案研究中,应尽量绕避沿线不良地质。综上因素,确定本段线路方案研究思路如下。

以两跨黄河、一跨洮河两个方向为主线,以不同桥位合理组合不同站位,纸上定线确定各种可能的线路方案,合理确定线路方案构成；通过深入的现场调查和测绘,计算各方案工程数量,以各方案工程经济比较为基础,以工程技术条件为决定因素,遴选确定两跨黄河、一跨洮河两个系列的主要方案；对两个主要方案进行综合比选最终确定推荐方案。方案研究构成如图2所示。

图2 永靖至考勒段线路方案

4 方案的遴选

在拟定方案构成后,对各线路方案进行了纸上定线和现场调查,进行了细致的工程经济比较,其结果表明：一跨洮河系列方案中,洮河入黄河口1.5、0.5 km桥位方案跨越库区主跨均达到约300 m,其设计、施工技术难度与投资均大幅增加,工程风险很大,故引入考勒两可能的站位方案中,均以采用洮河入黄河口上游2.0 km桥位方案投资最低且技术难度适度。而引入沿河站位方案线路明显增长,工程投资高且地质风险大。故本系列方案中,采用洮河入黄河口上游2.0 km桥位、引入考勒黄家咀站位方案为主要方案,其走向如图3所示。

两跨黄河系列方案中,如采用考勒沿河站位,则二跨黄河以采用祁家渡口桥位投资最低；如采用考勒黄家咀站位方案,则二跨黄河以采用并行公路桥位方案投资最省。受祁家渡口桥位跨越黄河主跨度大、引线地段跨越水库回水区较长的影响,引入沿河站位方案桥梁工程艰巨、技术难度高、地质风险大,工程投资亦较高。因此,本系列方案中以二跨黄河采用并行公路桥位、引入考勒黄家咀站位的方案技术经济条件较好,确定为主要方案。

5 主要方案的综合比选

以初测资料为依据,对两个主要方案进行了同精度设计工程经济比选,并结合其他因素进行综合分析。

从工程投资分析：一跨洮河方案虽线路长度较两跨黄河方案长2.224 km,但由于桥梁主跨度小,隧道围岩较好,工程投资反而低749万元。两方案主要技术经济比较见表1。

从跨越库区桥梁工程的技术难度分析：洮河与二跨黄河桥梁主跨跨度分别为165、205 m,对工程技术要求均较高,且需要桥梁工程技术做出一定突破,而这种突破尺度又以二跨黄河幅度更大,设计、施工难度均有较大幅度增加,工程风险也较高。

图3 线路方案走向

表1 永靖至考勒段线路方案比较

从工程地质条件分析：两方案处于相同的区域内,跨越黄河、洮河桥位处岩质坚硬,地层稳定,且两方案均有效绕避了滑坡、错落等不良地质,总体上地质条件相当。

从施工组织角度分析：跨越洮河方案桥梁主跨度小,工程难度较低；而两跨黄河方案施工场地开阔、道路运输方便,但桥梁工程主跨度过大,工程难度高,设计、施工周期长。两方案总体上不控制工期,但以一跨跨洮河方案工期风险小。

从运输组织角度分析：两方案永靖至考勒区间长度均满足通过能力需求,但两跨黄河方案线路长度短,运输组织条件略好。

综上所述,两方案各有优势,一般在这种情况下,考虑线路长度较两跨黄河线路长度短近2.2 km、通过能力大,具有一定优势,应予以采用。但经反复权衡推敲,可行性研究设计中却从降低施工难度、规避工程风险、保证施工安全的角度出发,推荐采用一跨洮河、引入考勒黄家咀站位方案。

2010年3月,铁道部组织对兰合线可行性研究进行审查。期间铁道部鉴定中心对本段线路方案研究的思路、方法和比选成果给予了充分肯定,并同意采用一跨洮河、引入考勒黄家咀站位方案。

6 结语

在复杂艰险山区的线路方案研究工作中,要在深入分析各种影响因素的基础上,确定主要和控制性影响因素；拟定方案研究层次与方案构成,不遗漏有价值的方案；进行深入细致的技术经济比较与综合分析,提出翔实的比选资料,结合各类工程设计、施工技术的最新发展情况,合理确定推荐方案。最终为项目的决策提供科学的依据,取得好的工作效果。

同时应该看到,在受线路平、纵断面标准、地形条件等因素限制,线路选线难以保证各类工程难度控制在以往既有经验范围内时,就需要桥梁、隧道等工程的设计、施工做出必要的创新和突破。但这种突破和创新往往需要注重对工程风险的控制,谨慎决策,技术跨度一般不会过大。而正是这种选线造成的工程难度的增加,在很大程度上促进了各类工程技术的不断提高。

[1]中华人民共和国铁道部.GB50090—2006铁路线路设计规范[S].北京：中国计划出版社，2006.

[2]中铁第一勘察设计院集团有限公司.新建铁路兰合线可行性研究[R].西安：中铁第一勘察设计院集团有限公司，2009.