浅议工程技术进步对铁路选线的影响

解新福

(兰州铁道设计院有限公司,兰州 730000)

浅议工程技术进步对铁路选线的影响

解新福

(兰州铁道设计院有限公司,兰州 730000)

从兰新铁路天山隧道群历次选线不同变化、青藏铁路关角山长隧道选线及兰合铁路以大跨度连续刚构梁跨越刘家峡水库的典型实例出发，阐述桥涵、隧道、路基等工程修建技术的进步、发展与铁路选线设计的相互影响，分析在当前形势下，铁路工程选线中需把握的主要原则及注意的若干问题。

铁路选线；工程选线；技术进步

铁路作为国家的重要基础设施、国民经济的大动脉和大众化的交通工具,是国家综合交通运输体系的骨干［1]。铁路运输具有便捷、节能、环保、安全、大运力的特点,采用先进、成熟、经济、可靠的技术,加快实现铁路现代化是我国铁路技术发展的总体目标［2]。现代科学技术和经济的飞速发展,为铁路工程建设提供了充足的技术和经济支持。随着铁路路网覆盖率的逐渐扩大,各种复杂困难的工程设置条件和环保理念的贯彻对铁路选线提出了更高的要求。

铁路各类工程修建技术的发展水平与线路方案的选择密切相关［3]。一方面,线位的选择直接影响工程总量,进而影响项目的整体投资和社会经济效益；另一方面,各类工程的当前修建技术水平决定了该项工程的修建难度与可实施性,反过来影响线路方案的合理性。因此,通过实例对两者之间的相互影响进行分析,有助于准确把握铁路工程选线的科学性和合理性、提高选线工作效率。

1 兰新铁路天山隧道群历次选线思路变化

1.1 兰新铁路基本概况

兰新铁路东起甘肃省兰州市,西至新疆维吾尔自治区乌鲁木齐市,后延伸至阿拉山口,全长2 000余km。该线始建于20世纪50、60年代,90年代初实施了增建二线工程,进入21世纪以来,又分段实施了提速改造工程。

其中天山至达坂城段线路通过天山白杨河峡谷,峡谷间沟谷发育,地形条件困难,工程量较大［4]。由于历次工程建设年代跨度较大,其线路位置的选择和工程设置差异明显,集中反映了不同时期的选线理念和工程修建技术特点,具有较普遍的代表性。图1为白杨河峡谷区(局部)各时期线位与工程设置变化示意。

1.2 |线选线方案及存在问题

I线于1962年建成,其线路最小曲线半径为300 m。线路蜿蜒于沟谷间,以总长度4 458 m的12座短隧道穿越峡谷。限于当时修建技术水平,各隧道长度基本不超过1 000 m；跨越沟谷间也主要以高填深挖的路基工程通过,没有一处采用桥梁工程；甚至为节省建筑材料,在跨越2条冲沟处,仅设置了1座片石混凝土拱涵。

该线建成后,存在隧道偏压、雨季排水不畅、钢轨磨损和道床变形等问题,造成运营部门需长期投入大量人力、物力进行养护维修和监测［5]。以当前的设计理念来衡量,本段采用的线路方案是十分不合理的。但机械设备短缺、隧道施工进度慢、通风难,桥梁设计施工体系不完备、施工难度大,钢材、水泥等建筑材料极度匮乏是当时真实外部环境的体现。在如此简陋的技术条件下,I线的选线最大限度地降低了工程建设的难度,节省了稀缺的建筑材料,有效控制了工程投资和工期,实现了工程技术水平与选线的合理结合,及时解决了新疆与内地没有铁路通道的问题。因此其选线与工程设计实际上是一个成功的范例。

图1 兰新铁路白杨河峡谷区（局部)各时期线位与工程设置变化示意

1.3 ‖线的选线和工程设置

Ⅱ线工程于1995年建成。经过30余年的发展,普通桥梁的修建技术已很成熟,不再成为选线的制约因素,钢材、水泥等建筑材料供应也较为充足。虽隧道修建的机械化程度有了明显提高,但长隧道施工、运营通风技术仍处于探索阶段,工程投资也较常规桥梁高,限制了长隧道的普遍使用。Ⅱ线选择在I线左侧(靠河侧),仍以12座短隧道(总长度计5 002 m)穿过峡谷左岸山区,跨越沟谷不再采用高填路基工程,转而采用桥梁工程,同时得益于隧道工程技术在处理偏压、浅埋等方面的进步,隧道位置选择有更大的自由度,线路最小曲线半径增大至400 m。

由于各类工程修建技术的进步,Ⅱ线的线路条件较I线有较大改善,建成后基本未发生各类病害,桥涵、隧道、路基等固定设备技术状态良好,运营养护成本明显降低。因此,选线设计很好地平衡了各类工程的技术难度、工程数量和工程投资,满足了当时经济发展对提高兰新铁路运输能力的要求。

1.4 提速改造

提速改造工程于2006年建成通车。提速改造平面最小曲线半径加大至2 800 m［6],线路位置选择在I线右侧(靠山侧)通过,以连续3座总长度计8 879 m的双线隧道穿越山体,其中最长隧道达4 002 m。3座隧道之间以15 m以下高度的填方路基通过,并设大孔径涵洞排水。线路标准和各项工程可靠性得到了很大的提高。在线路允许速度从70～80 km/h提高到200 km/h的同时,明显降低了运营养护费用,实现了运营质量和效益的同步提高。

2 青藏铁路关角隧道选线变化情况

2.1 既有线现状

青藏铁路西格段东起青海省西宁市,西至格尔木市,全长800余km,是目前青藏高原对外联系的唯一铁路通道。20世纪50～60年代开始分段修建,历经26年于1984年建成通车,90年代末分段进行了提速改造,之后又实施了增建二线工程。

其中天峻至乌兰段线路通过关角山,高山及山麓边缘丘陵地带沟谷发育,且北西向中吾农山―――青海南山断裂带在关角隧道附近穿越线路,对工程影响较大［7]。由于越岭地段落差达320 m,为争取高程,线路选择主要以隧道工程通过关角山,不同时期隧道长度的设置具有较典型的代表性。图2为不同时期关角隧道长度设置变化示意。

既有线最小曲线半径为300 m,线路以总长度计5 044 m的6座中、短隧道穿越峡谷,仅关角隧道长4 010 m,其余隧道基本不超过400 m；桥梁工程以8 m梁桥为主,未采用24 m以上大跨度桥梁工程；同时为节省投资大量利用回头曲线进行展线,以低填浅挖的路基工程通过。

2.2 增建二线工程的改进

增建二线工程于2008年开工建设。二线工程在既有线左侧以2座长32.605 km的单线隧道取直穿越关角山,不再采用展线方式适应地形。该隧道建成后将成为世界最长的铁路隧道。由于长大隧道施工技术的成熟和运营通风、排水技术的完善,不再控制选线,隧道长度的设置有了更大的灵活性。

图2 青藏铁路不同时期关角隧道长度设置变化示意

3 兰合铁路跨越刘家峡水库桥梁结构形式的采用

3.1 总体情况

兰州至合作铁路是连接陇海、西宁至成都铁路通道的重要组成部分。线路全线位于甘肃省境内,行经兰州市、临夏回族自治州和甘南藏族自治州,地处黄土高原与青藏高原的过渡地带,地震烈度为8度区,地形、地质条件复杂且差异性较大［8]。其中永靖至考勒段线路需跨越著名的刘家峡水库,两岸滑坡、坡面溜坍、水库坍岸等不良地质发育,桥梁工程艰巨且技术难度大,属复杂、艰险山区,选线难度很大,故对跨越刘家峡水库段线路方案进行了研究。图3为兰合铁路跨越刘家峡水库不同桥位的选择示意。

图3 兰合铁路跨越刘家峡水库不同桥位的选择示意

3.2 跨越水库桥梁形式的选择

根据勘察,桥位处因长期的水流切蚀,水库水位的升降,岸坡松散物质被水流带走,而坚硬的岩石不易风化,多部地段风化厚度较小,部分坡脚新鲜岩石出露。经历了长期的地质构造、地震、风化等作用,水库建成40多年来,坚硬岩石形成了陡立的岸坡,岸坡基本稳定。

位于刘家峡水电站大坝上游4.2 km、距挑河入河口2 km处的折达公路桥资料显示,该处谷底最低约为1 622 m,水库蓄水后,库底已淤积到约1 690 m的高程,淤积高68 m［9]。桥址处受刘家峡水库库区回水影响,水中设墩施工难度很大,跨越库区桥梁以单孔一次跨越为宜。经过对主跨桥梁结构形式多方案比选论证,主桥采用100 m+180 m+100 m连续刚构,主墩墩高达105 m。该桥建成后将是我国单线铁路高烈度地震区［10]最大跨度连续刚构桥,桥式受力合理、新颖美观且易与桥址周围环境融为一体。该类结构施工技术较为成熟,在国内外有着悠久的建造历史,施工难度不大,降低了工程风险,同时对现有工程技术的创新和发展具有一定的推动作用。

4 结论

由兰新铁路天山隧道群选线的普遍性及青藏铁路关角隧道、兰合铁路跨越刘家峡水库选线的典型性可见,铁路工程选线和工程修建技术水平是相辅相成的。通常情况下,各类工程修建技术水平限制了线路方案的选择,而随着工程技术水平的不断提高,选线亦有了更大的自由度。在当前既有铁路网进行大范围、大跨度技术改造,铁路网覆盖面不断扩大、高新技术与适用技术并举的形势下,铁路选线在贯彻环保理念、降低风险、节省投资的原则下,对各类工程设置的难度要求不断加大,这就要求工程技术水平也需要不断地更新、成熟,表现为“技术突破―难度增加―技术再突破”的螺旋式提高形式。反之,工程技术水平的提高与发展,使得可供选择的线路方案具有了多样化,加大了线路方案选择的难度。

铁路选线设计是一项涉及面很广、政策性很强的综合性工作［1112]。工程选线一般应尽量考虑不同时期各类工程技术的水平,在保证实现铁路运输功能的前提下,尽可能平衡线路条件、工程条件、工程造价、建设工期、建筑材料等各方面因素,以安全可靠为原则,保证项目顺利建成。为保证线路方案的合理性,铁路专业设计人员应积极了解掌握各类工程技术的最新发展和变化,确保各项工程具备可实施性。此外,对各种可行方案的比较选择,除进行详细的工程经济比较与技术分析外,不能局限于工程本身,还应在充分熟悉有关政策、法规的基础上考虑民生、环保、土地利用等问题,最大程度地保证推荐方案的合理性、可实施性。

［1] 中华人民共和国铁道部.铁路技术管理规程［S].北京:中国铁道出版社,2006.

［2] 中华人民共和国铁道部.铁路主要技术政策［S].北京:中国铁道出版社,2013.

［3] 铁道部第一勘测设计院.铁路工务设计技术手册―线路［M].北京:中国铁道出版社,1999:1-24.

［4] 马玉春.改建铁路兰新线武威南至乌鲁木齐段增建二线初步设计总说明书［R].兰州:铁道部第一勘测设计院,2003:5-76.

［5] 铁道部经济规划研究院.TB100082―2005铁路轨道设计规范［S].北京:中国铁道出版社,2005.

［6] 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.

［7] 周文俊.改建铁路青藏线西宁至格尔木段增建第二线可行性研究总说明书［R].兰州:铁道第一勘察设计院,2005:1 34.

［8] 解新福.新建铁路兰州至合作线可行性研究总说明书［R].兰州:中铁第一勘察设计院集团有限公司,2009:3 13.

［9] 武维宏.临夏折桥至兰州达川二级公路初步设计总说明书［R].兰州:甘肃省交通规划勘察设计院有限责任公司,2009:52-65.

［10]中华人民共和国铁道部.GB50111―2006铁路工程抗震设计规范［S].北京:中国计划出版社,2009.

［11]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.

［12]魏其灿.天平铁路选线回顾［J].铁道标准设计,2010(12):8-12.

The Influence on Railway Route Selection Caused by Technology Progress in Construction Method

XIE Xin-fu
(Lanzhou Railway Survey and Design Institute Co.,Ltd.,Lanzhou 730000,China)

U212.32

A

10.13238/j.issn.1004-2954.2014.07.001

1004-2954(2014)07-0001-03

2013-11-03；

2013-11-26

解新福(1981―),男,工程师,2004年毕业于西南交通大学土木工程专业,E-mail:yixin20000407@163.com。