关于山区铁路选线方法的思考

刘卫仁，张晓峰

（新疆铁道勘察设计院有限公司 线路运输分处，新疆 乌鲁木齐 830011）

铁路选线是铁路建设的基础工作，也是一项涉及面较广的综合性工作。为了保证选线和勘测设计质量，降低工程造价，必须综合考虑各种因素，多方案进行比选。因此，通过精 ( 河 ) 伊 ( 犁 )铁路勘测设计的实践，探讨山区线路设计中的相关问题。

1 山区铁路选线原则

选线工作是铁路设计工作的核心，一般的选线原则是从面、片到线，按照不同阶段和深度将线路的各个单项工程进行综合优化，选出技术可靠、经济合理及运营效率高的线路。选线工作主要包括线路走向选择、接轨方案选择、站场分布原则，以及不同地形、地质条件下的线路选择。山区铁路选线应结合经由点之间的地形、地貌、地质、水系、垭口及控制线路走向诸因素全面规划，经过多方案技术经济比选而得[1]。

以精伊铁路越岭段线路方案为例，精河—伊犁段北天山横亘其间，是阻碍天山南北交通的天然屏障，也是精伊铁路选线的最大障碍。由于越岭地段地形、地质、水文条件十分复杂，通过对多种线路越岭垭口方案进行研究和比选，在预可审查确定的博尔博松越岭垭口方案基础上，结合地形、地貌与地质特点，按限制坡度为 20‰ 电力牵引进行不同越岭位置和高程的方案选择。在测区内，运用航测遥感、GPS 定位技术及综合勘探手段分别对多个越岭主隧道方案进行野外勘察和纸上定线，主要对越岭主隧道长度 9.89 km ( CⅠK )、11.495 km ( CⅡK )、13.573 km ( CK ) 3 个方案进行研究。①从地质构造条件分析。CⅡK 方案主隧道多穿越 1 条 f17 断层，隧道进出口存在浅埋地段；隧道洞身基本与库尔萨依沟平行，沟内岩石破碎，节理、裂隙发育；该段地下水比较丰富，施工时易产生坍塌或突水灾害。此外，CⅡK 方案的蒙马拉尔二号隧道出口位于岩堆上，岩堆厚 5～20 m。CK 方案主隧道穿过断层与 CⅠK 相同，但是线路远离断层破碎带影响范围，优 于CⅡK 方案。虽然 CⅠK ( 9.89 km ) 隧道长度略优于CK ( 13.573 km ) 和 CⅡK ( 11.495 km ) 方案，但是从长隧道地质和水文条件进行综合评价分析，CK 方案优于 CⅠK、CⅡK 方案。②从线路技术条件分析。CK 方案越岭主隧道出口高程比 CⅡK 低128 m，比 CⅠK 低 229 m。该方案线路短、顺直，平、纵断面条件最好，线路长度比 CⅡK 短 4.362 km，比 CⅠK 短 8.358 km，运营养护成本低，年运营费最省。CK 方案还基本解决了苏布台双回头曲线迂回展线的问题，减少雪害影响地段，较好利用了苏布台以南山前台地的有利地形[2]。

综上所述，精伊铁路越岭段线路方案的理想方案为 CK 方案。该方案的选线表明，山区铁路选线时必须全面规划、逐步接近。

2 山区铁路地质选线

地质是铁路工程的基础，尤其是地质复杂的山区铁路，加强各阶段的地质工作是山区铁路选线的关键。重视地质工作、摸清地质条件、采取可靠的工程措施将事半功倍。

精伊铁路在方案研究报告与初测间邀请地质专家、学者采用综合勘探手段，重点查清越岭地区的区域工程地质和水文地质，为越岭方案选择提供可靠的地质资料。随着精伊铁路地质选线工作的深入，设计人员对沿线区域地质的认识也日益加深，在无法绕避的不良地质地段采取周密的工程措施对线路方案进行先期处理，避免隐患。例如，精伊铁路苏布台—尼勒克段线路位于天山山脉山前黄土台地，不仅地质构造复杂，不良地质如滑坡、错落、泥石流、岩崩、雪害等也较多，其中克兹克阔兹滑坡属于特大型深层滑坡，布满整个肯萨依沟的右岸，2003 年初测时，地质人员结合线路走向，在小比例图上进行大面积 ( 40 km2) 区域地质调查，查清构造及地层分布情况，并在大比例航测图上确认，查明各类不良地质的位置、分类、大小，对影响选线的重点不良地质进行详细调查及勘探，较好地掌握了该地区的地质资料，最终形成定测方案。实例表明，地质选线对线路方案稳定实施影响重大，铁路选线必须重视和加强地质工作，并在不同地质勘探阶段，解决不同规模、不同深度的问题。

3 山区铁路牵引种类

我国铁路牵引动力目前为电力、内燃及蒸汽3 种并存，以内燃牵引为主。电力机车与蒸汽、内燃机车相比具有牵引性能好、热效率高、速度快、污染小、成本低等优点，特别是在山区长大坡道和多隧道线路上，电力牵引的优越性更为显著。对于新建山区线路，由于地形地质十分复杂，纵坡大，桥隧多，设站困难，采用电力牵引可以有效解决运能与造价的矛盾，达到低成本、低造价、高运能的目的。为适应运量增长的需要，合理利用和节约能源，提高社会经济效益，通过对各种牵引方式的技术经济比较，明确我国大力发展电力牵引、合理发展内燃牵引的牵引动力现代化方向。

精伊铁路全长 210 km，设计限制坡度为20‰，跨越天山，地形、地质条件十分复杂，并且桥高隧道长。①采用电力牵引方案时，线路长度为 210.80 km，大中桥为 18 090 m/72 座，隧道为 52 942 m/28 座( 其中越岭主隧道长 13.573 km )，路基土石方为1 432.6 万m3，砌体为 63.634 m3，静态投资为 51.742亿元。②采用内燃牵引方案时，线路长度为247.88 km，路基土石方为 1 391.654 万m3，砌体为 117.653 m3，大中桥为 23 887 m/98 座，隧道为66 475 m/48 座 ( 其中越岭主隧道长为 6.88 km )，静态投资为 55.706 亿元。电力牵引与内燃牵引方案相比，电力牵引方案具有线路短直、投资较省的明显优势，内燃牵引方案虽然可以节省外部电源和电化投资，但是近期需要全部开站，并且增加越岭长隧道通风运营设备等费用[3]。

综上所述，电力机车与内燃机车相比，具有牵引力大、起动加速快、制动性能好，计算速度高、输送能力大、运输成本低等优点，因而在长大坡道及长隧道、高海拔山区铁路一般优先选用电力机车。

4 山区铁路最小曲线半径的选择

铁路旅客列车行车速度与最小曲线半径应根据铁路等级，结合地形、地貌、地质等条件比选确定[4]。铁路的速度目标值是行车的核心技术指标，也是铁路设计的决定性参数。影响旅客列车最高设计行车速度的最基本要素是曲线半径，而不同曲线半径的选择直接影响着工程投资。根据现行规范及有关规定，与不同速度相匹配的曲线半径如表 1 所示。

4.1 影响因素分析

表1 与设计速度相匹配的最小曲线半径

选择最小曲线半径首先应满足各级铁路规定的旅客列车最高行车速度的要求，按旅客列车通过曲线的最大允许速度计算公式进行计算。《 铁路线路设计规范 》规定的最小曲线半径一般能够满足上述条件下行车速度的要求；在地形困难地段如果采用小半径曲线，比较容易顺应地形，减少路基土石方、桥隧和挡护工程，节省工程费用；而如果过多采用小半径曲线，会增加曲线数目，使总的转向角增大，线路延长，增加工程费。

4.2 最小曲线半径选择

新建铁路行经地区按困难程度可以分为一般、困难及特殊困难地段。线路的最小曲线半径应结合地形分地段选择，因地制宜地采用不同标准以提高行车速度，取得较好的经济效果[5-6]。例如，精伊铁路一般地段最小曲线半径为 1 600 m， 分为精河—敖包 40.5 km、敖包—塔尔 132.85 km、塔尔—霍尔果斯 141.65 km 3 段。困难地段的最小曲线半径采用 1 200 m，敖包—塔尔特殊困难地段最小曲线半径采用 800 m。由于线路在困难地段坡度较陡，行车速度受机车牵引力和制动条件限制，而较少受到曲线限制，为了适应地形，减少工程，可以采用小于一般地段的最小曲线半径标准，但是一般应与下坡限制速度相适应。当线路位于地形困难地段而纵断面为自由坡度时，不宜使用列车限制速度通过的小半径。

5 山区铁路最大限制坡度的选择

线路的限制坡度应根据铁路等级、地形条件、牵引种类和运输要求进行比选确定，同时考虑与邻线的牵引定数相协调[7]。最大坡度是影响全局的主要技术标准，不仅对线路走向、线路长度、车站分布有较大影响，而且直接影响牵引质量、运输能力、行车安全、工程投资和运营指标。在一定的限制坡度下，车站分布和运输能力可以通过牵引动力进行调整，最大坡度的选择应结合牵引质量、行车速度及行车密度综合确定，并且保证在行车安全的前提下，尽量与自然地形相适宜，以缩短线路长度，减少工程投资。

选择限制坡度应综合考虑坡度与地形、运量与牵引动力等的关系，合理确定牵引质量和行车速度，以降低行车密度、减少车站设置和开站数目，通过综合选择取得最佳经济效果。在高程障碍比较集中的越岭展线地段，采用加力牵引坡度可以缩短线路，大量减少工程，节省投资。例如，精伊铁路翻越天山采用 20‰ 限制坡度，取得了较好的技术经济效果。当轻重车方向货流量显著不平衡并且长期稳定时，可以考虑分方向选择最大限制坡度。

6 结束语

通过精伊铁路勘测设计的实践，从山区铁路选线原则、地质选线、牵引种类、最小曲线半径的选择及最大限制坡度的选择等方面对山区铁路选线方法进行分析，提出山区铁路选线时必须全面规划、逐步接近；重视地质选线；优先选用电力机车；根据地形合理选择最小曲线半径；综合考虑选择最大限制坡度等建议，为相关山区铁路选线提供一定借鉴作用。

[1] 中华人民共和国铁道部. 铁路工程设计技术手册[M]. 北京：中国铁道出版社，1994.

[2] 铁道第一勘察设计院集团有限公司. 新建铁路精伊线预可行性研究总说明[R]. 兰州：铁道第一勘察设计院集团有限公司，2002.

[3] 铁道第一勘察设计院集团有限公司. 新建铁路精伊线可行性研究总说明[R]. 兰州：铁道第一勘察设计院集团有限公司，2003.

[4] 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.

[5] 中华人民共和国铁道部. TB10082-2005 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. TB10003-2005 铁路隧道设计规范[S]. 北京：中国铁道出版社，2005.

[7] 魏永宏. 提高列车平均总重的措施探讨[J]. 铁道运输与经济，2011，33(10)：17-19.