西安至平凉线永寿梁越岭地区综合线路方案研究

赵永红

(中铁第一勘察设计院集团有限公司,西安 710043)

新建铁路西安至平凉线位于陕西省中西部和甘肃省东部，地处渭北、陇东黄土高原，东连西安枢纽，西接宝中铁路，行经陕甘两省的咸阳、庆阳、平凉三市，途经我国十三大煤炭基地之一的黄陇基地彬长矿区。线路自西安枢纽新丰镇编组站引出，利用枢纽货运北环线至陇海线茂陵站，向西北经陕西省礼泉、乾县、永寿、彬县、长武及甘肃省泾川等县，至陇东重镇平凉市，于宝中铁路平凉南站接轨抵平凉站，正线运营长度341.11 km。

乾县至彬县段线路行经的地貌单元为黄土台塬和黄土沟梁低中山区，其中乾县至永寿地貌单元由黄土台塬过渡到黄土残梁，永寿至彬县段线路需翻越永寿梁。乾县地面高程630 m，永寿地面高程1 030 m，线路越岭地区永寿梁梁顶高程1 090～1 460 m，彬县位于泾河河谷区，地面高程约840 m。结合地形条件、地质条件、地物分布和城镇规划等相关因素，在进行大面积区域地质调查和地质勘探基础上，选择合理的越岭垭口；针对选定的越岭垭口，系统、全面分析线路方案的主要控制因素，经多方案技术、经济比选，选择合理的越岭隧道方案。

1 越岭垭口方案

1.1 越岭垭口的选择及方案组成

永寿梁为泾河、渭河分水岭，岭脊基本呈东西向，垭口西高东低，由西向东逐渐趋缓，支脉渐增，分水岭南坡缓北坡陡。分水岭垭口由东向西依次为常宁镇常宁垭口、永平镇312国道垭口和崔木镇崔木垭口等。结合线路走向、垭口高程及越岭隧道长度、两端引线工程等，对山系垭口进行整体的、全面的分析，崔木垭口南坡自然坡度大且偏离线路走向，越岭主隧道过长(约40 km)， 隧道通风和运输组织等技术难点问题尚待专题解决，隧道洞口及两边引线工程艰巨且地质条件差，研究后予以放弃。重点对312国道垭口和常宁垭口方案进行研究比选，见图1、表1。

图1 永寿梁越岭垭口线路方案示意

1.2 越岭垭口方案简述

1.2.1 312国道垭口方案(AK)

线路从永寿站引出上至蒿店，越岭岭顶线路高程1 127 m，以15.63 km特长隧道下穿永寿梁，跨太峪河，以隧道取直线路，跨泾河后引线至比较终点彬县东站。本方案为降低越岭高程，绕避分水岭地区滑坡及自然保护区，减短岭北展线，采取特长隧道越岭，洞身为北倾单面足坡。

线路长度44.3 km，其中蒿店至太峪一次双线地段长21.6 km，桥梁3 640 m/11座，隧道24 040 m/5座，桥隧总长27.68 km，桥隧比重62.5%，静态投资18.86亿元。

1.2.2 常宁垭口方案(ⅣAK)

常宁垭口位于永寿梁东端，垭口两侧山体坡度稍缓，北坡支沟较发育。线路自永寿站引出，向北东方向连续跨泔河上游黄土冲沟，足坡而上，桥隧相连，至马坊(岭顶线路高程1 065 m)，然后下坡，该段黄土冲沟发育，线路跨沟越梁，以中长隧道群横切10余条支沟，取直引线至早饭头，跨泾河接AK方案至比较终点彬县东站。

线路长度42.37 km，桥梁8 680 m/18座(其中桥高大于100 m的特大桥2.6 km/2座)，隧道27 300 m/9座(其中多线隧道1.35 km)，桥隧总长35.98 km，桥隧比重84.9%，静态投资21.04亿元。

1.3 越岭垭口方案综合评价及推荐意见

1.3.1工程地质条件和越岭隧道工程施工、运营可靠性分析

312国道垭口(AK)方案越岭隧道除洞口覆盖薄层黄土外，洞身均为基岩，双线特长越岭隧道地质条件好，施工难度小、工程可靠，而且线路靠近312国道引线，施工条件好。

常宁垭口(ⅣAK)方案线路以高桥、隧道群横穿永寿梁东、北侧深切黄土冲沟十余条(沟深100～200 m)，约一半隧道洞门位于黄土中。根据铁一院20世纪70年代加深地质工作资料，沿各冲沟分布有大小滑坡等不良地质百余处，岸坡坍塌、陷穴分布广，均属于不稳定岸坡。一方面隧道洞门、桥梁墩台、路基等工程均需进行重型防护及抗滑处理，估算需增加斜坡处理及滑坡整治约9 000万元，另一方面根据多年黄土地区选线的经验和教训，线路通过这类地区，采取抗滑处理措施，不仅投资大，技术要求高，施工难度大，工程可靠性差、安全度低，而且往往是今后形成病害、甚至造成灾难性事故的多发地。

1.3.2 线路技术条件和工程投资分析

AK方案线路采用双线隧道直穿永寿梁，能较好适应地形，施工与运营技术条件好，近期工程投资省，较ⅣAK方案省21 821万元；ⅣAK方案线路在泾河南岸多以80～100 m高桥跨越黄土冲沟，车站大都设置于高桥和隧道内，工程艰巨，施工与运营技术条件差，养护维修困难。

经综合比选，推荐312国道垭口方案(AK)。

2 越岭隧道方案

2.1 越岭隧道方案研究背景

永寿梁南北两侧除太峪河河谷相对开阔外，其他沟谷均因强烈下切，多呈坡陡谷深的黄土“V”形谷。以黄土滑坡为主的不良地质广为分布，且多属尚不稳定的滑坡群，规模大、危害重，严重制约铁路选线。铁一院在20世纪曾组织地质人员对永寿梁地区进行了长达2年的地质勘察，基本查清了滑坡的分布和性质。对312国道垭口曾研究了9个不同长度越岭隧道方案，长度自2.5～10.7 km。基本结论为短隧道方案不适宜于永寿梁两侧地质和地形，宜采取长隧道方案、以绕避大型滑坡，缩短展线，确保线路安全可靠。受当时隧道施工技术水平所限，20世纪所选越岭隧道长度为7.7 km及9.2 km，隧道出口端难以绕避滑坡，立足于整治。

2.2 越岭隧道方案研究的主要控制因素

结合线路走向和主要技术标准，重点针对区域内自然特征、环境敏感点影响等进行系统、全面分析，控制线路方案的主要因素有以下4点。

地形条件：永寿梁南北两侧除封侯沟和太峪河(河床纵坡12‰～16‰)河谷相对开阔外，其他沟谷均因强烈下切，多呈坡陡谷深的黄土“V”形谷，线路选线难以利用。

不良地质：以黄土滑坡为主的不良地质广为分布，且多属尚不稳定的滑坡群，规模大、危害重，严重制约铁路选线，从现场勘查地质资料分析，结合线路走向，长隧道进口封侯沟自上游蒿店梁至下游田家窑约6 km范围内，仅蔡家山水库尾两岸山坡地质条件较好，长隧道出口太峪河自太峪镇至下川约8 km范围内仅4处山坡地质条件较好。

翠屏山市级自然保护区：位于蒿店至太峪间永寿梁梁顶，根据环保要求，越岭隧道正洞及辅助导坑洞口不得设置于保护区的核心区和缓冲区。

银武高速公路：高速公路沿太峪河段顺压河道足坡而上，走向与线路交叉，立交高程控制线路高程。

2.3 越岭隧道方案研究思路和方案组成

按照铁路发展思路及当今的技术水平，考虑近、远期输送能力的需求，以“近远期工程相结合、加长越岭主隧道长度、彻底避绕滑坡、线路基本不展线”为方案研究的总体思路，根据本线技术标准，结合区内地形、地质条件，共深入研究了双线(15、14、19 km隧道方案)和单线(9、7 km隧道方案)两大类共5个特长隧道方案，见表2、图2。

2.4 越岭隧道方案简述

2.4.1 双线隧道方案

(1)15 km隧道方案(AK)

线路自永寿站引出，沿封侯沟边的塬梁而上，于沟西岸设蒿店(岭顶)，出站后足坡而下，于312国道东侧封侯沟内以15.63 km双线特长隧道穿越永寿梁，跨太峪河，于左岸设太峪站。受隧道长度及设站条件制约，蒿店至太峪区间长度21.6 km，单线不能满足近期通过能力要求，故蒿店至太峪区间(含长隧道)按一次双线设计。

表2 永寿梁越岭隧道方案比较

图2 永寿梁越岭隧道方案示意

线路长度25.4 km，其中一次双线段长21.6 km，隧道17 060 m/3座，桥梁1 890 m/8座，桥隧总长18.95 km，桥隧比重74.6%，静态投资12.76亿元。

(2)14 km隧道方案(A14K)

永寿至蒿店线路同AK方案，从蒿店出站，上坡引线至中咀(岭顶)，然后足坡而下，跨封侯沟西侧支沟，于312国道西侧以14.48 km双线特长隧道穿越永寿梁，在太峪河上游出洞，沿太峪河北岸行进约3 km至比较终点太峪站。

线路长度26.82 km，其中一次双线地段长度23.62 km，隧道16 010 m/5座，桥梁2 670 m/11座，桥隧总长18.68 km，桥隧比重69.6%，静态投资12.93亿元。

(3)19 km隧道方案(A20K)

线路自永寿车站引出，沿封侯沟西岸北上至固县村设永寿北站(岭顶)，足坡而下，跨封侯沟并以19.32 km双线特长隧道穿越永寿梁，于太峪河右岸出洞，跨河左岸设太峪站。

线路长度24.35 km，受特长隧道控制，永寿北～太峪一次双线区间长24.55 km，特长隧道19 320 m/1座，桥梁1 170 m/4座，桥隧总长20.49 km，桥隧比重84.1%，静态投资13.90亿元。

2.4.2 单线隧道方案

(1)9 km隧道方案(A9K)

线路自永寿站引出，同AK方案至蒿店设站，出后站线路足坡而上，2跨封侯沟设东山站(岭顶)，出站后足坡而下以9.19 km隧道穿越永寿梁，出洞后即设底角沟站，以短隧道群展线(R-800 m)至下南庄，跨太峪河，然后沿太峪河左岸引线，接入太峪站。

线路长度31.25 km，隧道14 940 m/9座，桥梁3 430 m/14座，桥隧总长18.37 km，桥隧比重58.8%，静态投资9.78亿元。

(2)7 km隧道方案(A7K)

线路自永寿站引出，同AK方案至蒿店设站，出站后线路沿封侯沟西岸足坡而上，塬梁上东山设站(岭顶)，出站后足坡而下，跨封侯沟，以7.84 km隧道穿越永寿梁，沿底角沟北岸展线(R-800 m)至底角沟乡设站，出站后继续以短隧道群迂回展线(R-800 m)至下南庄，跨太峪河，设南庄站，出站后沿太峪河北岸接入太峪车站。

线路长度33.63 km，隧道15 560 m/10座，桥梁4 340 m/24座，桥隧总长19.9 km，桥隧比重59.2%，静态投资10.08亿元。

2.5 越岭隧道方案综合评价及推荐意见

2.5.1越岭隧道工程地质、水文条件及施工条件评价

永寿梁越岭地区各支沟内滑坡、错落、煤窑采空等不良地质区分布广，规模大，数量多，已发现大、小、新、老滑坡百余处，危害较大者有封侯沟的腰险滑坡、底角沟的西山滑坡、刘家山滑坡，太峪河的拜家河滑坡、太峪镇对岸太峪滑坡等。A7K、A9K方案越岭隧道相对较短，越岭高程高，需在太峪河、底角沟展线，不可避免地不同程度穿过滑坡群，工程地质条件明显较差。

AK方案和A14K、A20K方案都采用双线特长隧道越岭，避免在上游“V”型支沟内展线，绕避了滑坡体，地质条件较好。但A14K由于靠近刘家沟水库，水库底部有渗漏现象，为病害水库，整体地质条件相对差于AK和A20K方案。

2.5.2 对翠屏山自然保护区的影响分析

翠屏山市级自然保护区位于蒿店至太峪间永寿梁梁顶，根据环保部门要求，建筑工程不得设置于保护区的核心区和缓冲区。3个双线隧道方案(AK、A14K、A20K)均以特长隧道工程穿越自然保护区，洞口均远离保护区的核心区和缓冲区，最大限度地减小对保护区的影响，单线隧道A7K 和A9K方案虽然洞身位于核心区之外，但需在保护区范围内迂回展线，施工和运营对自然保护区影响很大，难以满足环保要求。

2.5.3 线路主要技术指标分析

3个双线隧道方案(AK、A14K、A20K)线路平面最小曲线半径均采用1 200 m，线路顺直，纵断面设计为足坡，整体线路技术条件好。单线隧道A7K 和A9K方案因受能力限制，为满足单线设站站间距要求，平面曲线半径采用800 m，以隧道群形式迂回展线，为顺应地形，部分地段纵断面坡度略有不足，线路长度分别比AK方案展长8.23 km和5.85 km，即使将A7K、A9K方案的区间改为一次双线区间，但由于其越岭高程较高，仍需在不良地质区展线，而双线长度、工程量及总投资远高于双线隧道方案(AK、A14K、A20K)。

2.5.4 工程经济性比较

3个双线隧道方案(AK、A14K、A20K)线路长度短、重点工程集中，便于运营养护维修和管理，AK方案和A14K方案工程投资相当，A20K方案工程造价最高，较AK方案贵1.14亿元；单线隧道A7K和A9K方案虽在近期投资上具有一定优势，分别较AK方案省2.69亿元和2.98亿元，但线路通过不良地质区段，施工及运营中存在安全隐患，又不满足环保要求，加上本线远期按预测运量要求，需建复线工程，其总投资也不低于一次双线隧道方案。

综合比选，推荐采用工程地质条件和线路技术条件好、越岭隧道施工条件好且工程可靠性高、满足自然保护区要求、工程投资省的312国道垭口15 km双线隧道方案(AK)。

3 越岭地区线路方案推荐意见

线路西绕乾县县城，跨漠谷河避开乾陵文物保护区展线上塬，沿塬面足坡布线，经永寿于沟西岸设蒿店站(岭顶)，出站后足坡而下，于312国道东侧封侯沟内进洞，以15.63 km双线特长隧道经312国道垭口穿越永寿梁，以绕避分水岭地区黄土滑坡群，最大限度地减小对翠屏山自然保护区的影响。跨太峪河，于左岸设太峪站。受隧道长度及设站条件制约，蒿店至太峪区间(长度21.6 km)单线不能满足近期通过能力要求，故蒿店至太峪区间(含永寿梁越岭隧道)按一次双线设计。越岭后沿太峪河足坡而下至泾河宽谷区的彬县。

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

[2] 白宝英.铁路线路参数化设计的几点思考[J].铁道标准设计，2011(3)：49-51．

[3] 崔学东.山区铁路选线应注意的几个问题[J].铁道标准设计，2005(6)：27-28．

[4] 杨建明，张海兵.大西客运专线韩信岭越岭方案综合研究[J].铁道标准设计，2011(3)：49-51．

[5] 中铁第一勘察设计院集团有限公司.西安至平凉线预可行性研究报告[R].西安：中铁第一勘察设计院集团有限公司，2006

[6] 李翔.张唐铁路燕山越岭隧道地质选线研究[J].铁道标准设计，2010(10)：95-98．

[7] 彭万利.通灌铁路选线设计[J].铁道标准设计，2009(9)：29-32．

[8] 朱颖.铁路选线理念的创新与实践[J].铁道工程学报，2009(8)：1-5．

[9] 谭远发.长大深埋隧道地质综合勘察技术应用研究[J].铁道工程学报，2012(4)：24-31．

[10] 苏勇.北同蒲恒山余脉越岭选线[J].铁道标准设计，2006(10)：7-9．

[11] 卢茂胜，王禹.滨绥线牡绥段线路越岭方案的选择[J].铁道标准设计，2004(6)：67-68．

[12] 段荣成.模糊理论在库格铁路阿尔金山越岭方案研究中的应用[J].铁道标准设计，2012(3)：1-4．