山西中南部铁路吕梁山越岭方案研究

张雅琴

(铁道第三勘察设计院集团有限公司,天津 300142)

1 山西中南部铁路概述

山西中南部铁路通道自山西省吕梁市兴县的瓦塘开始,经临县、蒲县、洪洞、长治、台前、泰安南、莱芜、沂源、沂水、莒县至日照南站,线路正线长度1 259.57 km,线路先后翻越吕梁山、太岳山、太行山及沂蒙山,途径山西省吕梁市、临汾市、长治市，河南省安阳市、鹤壁市、濮阳市，山东省济宁市、泰安市、莱芜市、淄博市、临沂市、日照市等3省12市。山西省境内579.078 km；河南省境内254.853 km；在山东省境内425.639 km。

本项目地处华北地区南部,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。

2 吕梁山越岭方案研究

隰县至洪洞段为吕梁山脉越岭地段,由蒲县乔家湾镇昕水河河谷(海拔1 220 m)至洪洞汾河河谷(海拔440 m),直线距离仅30 km,高差达780 m。地形十分困难,越岭工程成为影响本段线路走向的重要因素之一。

2.1 主要控制因素

2.1.1 主要经济据点

本段沿线分布有隰县、蒲县和洪洞三县,铁路线路走向方案应尽量经过沿线重要的政治、经济据点,并与其规划发展相适应,方便客流集散,带动地方经济发展。

2.1.2 沿线主要煤田分布

本段线路处于霍州煤田国家规划矿区及乡宁煤炭国家规划矿区,煤炭埋藏深度1 100～900 m不等。其中北起克城经乔家湾、黑龙关至乡宁县长约100多km、宽20多km范围内煤炭开采已达到一定规模,采空区分布较广且多无详细统计资料,因此本段规划矿区和采空区是影响本段线路走向的又一重要因素。

2.1.3 泉域保护区

龙子祠泉域：位于山西省临汾市西南13 km西山山前。西山属吕梁山脉,泉水出露于西山与临汾盆地交接处的坡积物中。泉水大多以散流形式溢出地表。泉水流向临汾盆地,弃水入汾河。是临汾市工业及饮用的主要水源。

2.1.4 自然保护区

本段范围内还有五鹿山国家级自然保护区1处,位于蒲县北部,线路应绕避该保护区。

2.1.5 汾河跨越条件

线路引入洪洞地区之前需跨越汾河,线路跨越汾河应满足法向角大于5°。

2.2 线路方案研究

综合以上控制因素分析,本段主要研究了北绕采空区短隧道方案、经乡宁方案及经蒲县下钻采空区长隧道方案。隰县至洪洞段线路方案示意见图1。

图1 隰县至洪洞线路方案示意

2.2.1 经克城短隧道方案

线路北绕采空区范围,于墓天地以西折向南至寨子镇,沿河谷两侧向东展线,线路走行于五鹿山国家级保护区北部边缘,于下天庙村南进入长17.245 km越岭隧道。线路长度102.650 km,其中桥梁工程23.068 km,隧道工程38.788 km,桥隧总长61.856 km,桥隧比例60.3%,工程投资838 324.2万元。

2.2.2 经乡宁方案

结合乡宁煤炭国家规划矿区范围,线路走行于规划区中部,经午城至星曲,向南越岭至义亭河,顺义亭河河谷南下至沃曲,自南越岭至州川河,至吉县折向东,越岭后于乡宁县城东侧、鄂河河谷设站,出站后向东越南吕梁山(32.700 km),出洞后沿山前冲击扇向北,至韩家庄西侧到达方案比较终点。线路长度177.600 km,其中桥梁工程23.924 km,隧道工程91.660 km,桥隧总长115.584 km,桥隧比例65.1%,工程投资1 445 696.1万元。

2.2.3 下钻采空区长隧道方案

蒲县到洪洞段北起克城经乔家湾、黑龙关至乡宁县南北长约100多km、东西宽20多km范围内受采空区影响。含煤地层高程1 100～900 m不等。本方案以长隧道越岭吕梁山脉,采取早进洞(进洞高程1040.8 m),可以由含煤地层以下通过,完全躲避了采空区对线路走向的影响。线路长度79.604 km,其中桥梁工程13.597 km,隧道工程50.550 km,桥隧总长64.147 km,桥隧比例80.6%,工程投资695 866.3万元。

2.2.4 方案优缺点分析及推荐意见

隰县至洪洞段线路走向方案工程数量及投资比较见表1。

优缺点分析如下。

从与煤炭规划矿区结合方面分析：本段煤炭规划开采区主要位于蒲县附近,下钻采空区长隧道方案线路经过蒲县,沿昕水河河谷分布有蒲县(万吨)、南沟、龙马(万吨)3个车站,便于矿区专用线接轨,有利于带动沿线煤炭开发特别是蒲县煤炭开发,但大宁、吉县、乡宁煤炭外运需辅以长大专用线；经乡宁方案线路经过大宁、吉县、乡宁,有利于带动大宁、吉县和乡宁等南部区域煤炭开发,但蒲县煤炭外运需沿昕水河修建专用线接大宁站。经克城短隧道方案线路不经过蒲县,受五鹿山风景区及地形影响,蒲县煤炭外运需再修建长约50 km专用线,连通本通道或经由公路运输,距离过长,不利于蒲县煤炭规划开发,更不利于大宁、吉县、乡宁等南部区域煤炭开发。

表1 隰县至洪洞段线路走向方案工程数量及投资比较

从线路长度、运营费用方面分析：下钻采空区长隧道方案线路长度分别较经克城短隧道方案及经乡宁方案缩短线路长度23.046 km与97.996 km,线路明显短直,节省运营费用达6 013.1万元/年与34 298.6万元/年。

从对龙子祠泉域影响方面分析：经克城短隧道方案、经乡宁方案走行于泉域流通区及补给区边缘,对泉域影响最小；下穿采空区长隧道方案结合初测成果及专家论证意见,技术上可行,但需进一步论证,确保该方案不会对泉域造成较大影响。

从工程投资及近远期结合方面分析：下钻采空区长隧道方案线路长度分别较经克城短隧道方案及经乡宁方案节省投资142 457.8万元与749 829.8万元,占工程投资的20.5%与107.8%。

从占压资源方面分析：下钻采空区长隧道方案线路走行于含煤地层以下,不存在占压煤炭资源问题。而经克城短隧道方案及经乡宁方案线路走行于煤炭规划开采区范围内,对煤炭资源占压较多。

综上所述,下钻采空区长隧道方案虽越岭工程较大,受沿线采空区及泉域影响较大,但通过选择合理的线路设计，高程能够保证越岭长隧道工程的可靠性,同时该方案具有与煤炭规划矿区结合较好,线路长度、综合工程投资、资源占压等多方面明显优势,因此隰县至洪洞段推荐方案为下钻采空区长隧道方案。

3 结语

通过综合研究区域地形、地质条件,分别选择了短隧道方案,长隧道方案和经乡宁的线路方案,从工程角度对越岭方案进行了充分的论述,同时针对区域内经济据点的分布,从方便沿线居民出行、发挥更佳的社会与经济效益出发,选择了合适的站点方案；还从环保的角度出发,尽量减少对泉域保护区和自然保护区的影响；结合煤层的分布情况,选择了下穿煤层的长隧道方案,不仅保证了铁路的运营安全,还避免占压煤炭资源,做到和谐统一。

从区域地形、地质出发,结合沿线经济据点、煤矿分布、泉域保护区及自然保护区分布,综合经济、技术比选,确定了合理的越岭方案,阐述了铁路越岭选线不仅受到地形、地质条件限制,而且需要合理处理线路走向和地方经济发展、环境保护等全方位的关系,做到综合社会效益最佳。本线的综合选线思路也可为类似工程提供一定的借鉴作用。

[1]GB50090—2006,铁路线路设计规范[S].

[2]GB50091—2006,铁路车站及枢纽设计规范[S].

[3]TB10001—2005,路基设计规范[S].

[4]赵清为，等.铁路工程设计技术手册·线路[M].北京：中国铁道出版社,1994.

[5]铁道第三勘察设计院集团有限公司.山西中南部铁路通道可行性研究[R].天津：铁道第三勘察设计院集团有限公司,2009.