郑万铁路平顶山地区线路走向方案研究

陈 俊,吴红岩

(中铁第四勘察设计院集团有限公司,武汉 430063)

郑州至万州铁路(以下简称“郑万铁路”)位于豫、鄂、渝三省市境内，北接京广铁路、陇海铁路，中与既有焦柳、宁西、襄渝铁路，在建蒙西至华中煤运通道，规划安(康)张(家界)常(德)等铁路相交，南端连接万州，并通过渝万客专到达重庆。铁路等级为高速铁路，设计行车速度目标值为350 km/h。

郑州至平顶山段属黄淮冲积平原，巨厚(150～450 m)第四系地层覆盖。郑州至许昌段液化土、松软土广泛分布，厚10～20 m。煤矿采空区为本段影响线路走向的主要不良地质问题，对控制线路的走向及工程措施选择具有决定性的作用。郑州至平顶山段为河南省矿产资源富集区域，沿线矿产资源十分丰富，煤矿、铁矿及盐矿具有品位高、储量大的特点，尤其是许昌市禹州市的西部、北部和南部，已探明矿产总储量超过15亿t。郑州至平顶山段，地震动峰值加速度为0.05g～0.15g，工程需按抗震设防烈度7度设防。

线路走向方案受城市规划、地形地质条件和煤矿采空区等诸多因素的影响，分别从客流、工程地质条件、线路走向顺直、工程投资和城市规划衔接及相关部门意见等方面综合分析各方案的优缺点，以各级政府及其职能部门的意见为指导，确定出相对优化的推荐方案。

1 影响线路走向的主要因素

铁路选线设计是一个集决策和设计为一体的，多因素、多层次的复杂系统工程[1-2]，根据郑万铁路的特点，影响线路走向的主要因素有：道路、城市规划衔接、地形地质条件、煤矿采空区和工程投资[3]，具体如下。

(1)城市规划

平顶山位于河南省中南部，是国家重要的能源原材料工业基地、河南省中原城市群9个中心城市之一；全市土地面积7 882 km2，总人口534.7万人，中心城区人口100万人，2012年全市生产总值达到1 502亿元。

2011年11月，河南省人民政府批复平顶山新区建设总体方案，在平顶山市区西部集中布局建设平顶山新区，远期规划面积约295 km2，按功能定位划分为城乡一体化先行区、产业转型升级先导区、对外开放示范区、豫中南综合交通枢纽和物流中心的“三区一中心”。

(2)道路

本段主要跨越的道路有永登高速公路、宁洛高速公路、郑尧高速公路、G311、S103、S301、S237、S238、S231、S236、S239、S241、S242、新宝大道(市政道路)等。选线时，应考虑跨越主要道路的角度、方式并预留后期改扩建的条件。

(3)地形地质条件

主要不良地质条件主要为煤矿采空区、膨胀土。由于禹州至平顶山段煤矿等矿产资源丰富，沿线成片分布有矿业权项目、省地勘基金项目及国家矿产地项目等矿区，本段线位附近的采空区约16个，收集了郑万铁路沿线详细的矿区、采空区资料，并通过多次现场调查，工程物探、深孔钻探等手段对采空区进行验证核实。经研究，线位宜绕避采空区。铁路选线时穿越部分矿区，需设置保护矿柱。按照高速铁路对沉降严格控制的要求，开展了郑万铁路压覆矿产安全距离专题评估，对穿越区铁路地基基础的稳定性和相关构筑物可能产生的工后变形等综合分析，线位绕避采空区，确定铁路两侧的安全保护距离并留设保安矿柱，并进行压覆矿产资源备案登记。

结合本次线位方案研究，对平顶山地段的煤炭采空区进行专项调查，采用绕避不良地质，尽量减少、避免技术复杂的特殊工程措施等综合确定线位，使线路选择在地质条件相对较好地段或设计选用合理的工程措施处理后通过。

2 线路走向方案说明

平顶山主城区呈狭长东西带状，根据河南省人民政府批复平顶山新城区建设总体方案及平顶山城市建设现状，新城区以南为白龟山水库，新城区以北为平煤集团采空区，集中分布在孟平铁路以北、郏县至襄县(连线)以西、郑尧高速公路以南的三角形区域，东西向约40 km，南北向约24 km，结合煤矿采空区分布，本次研究了平顶山城市东部设站和西部设站两大系列3个方案。如图1所示。

图1 平顶山地区线路方案示意

2.1 平顶山城市西部设站方案

经禹州平顶山西方案：线路经长葛市西北、禹州、郏县，从平煤开采区西侧绕避，在平顶山西部新城区设平顶山西站。线路长度167.117 km，桥隧总长142.638 km，桥隧比85.35%。

2.2 平顶山城市东部设站方案

2.2.1 经许昌北平顶山东方案

线路经许昌市北部13.7 km处设许昌北站，从平煤开采区东侧绕避，在城区东南侧11 km处设平顶山东站。线路长度160.734 km，桥隧总长139.098 km，桥隧比86.54%。

2.2.2 经许昌东平顶山东方案

线路引入石武客专许昌东站，从平煤开采区东侧绕避，在城区东南侧11 km处设平顶山东站。线路长度167.585 km，桥隧总长144.370 km，桥隧比86.15%。

许昌东站为石武客专上的中间站，现有规模为2台5线(含正线2条)，到发线有效长650 m。站房同侧已预留2台5线规模车场建设条件(含正线)。

3 线路走向方案研究

3.1 开采区专项调查

本段线路穿越的平顶山地区为河南省矿产资源富集区域，沿线影响线路走向方案的矿区有许昌铁矿、平禹一矿、泉店煤矿、平禹九矿(梁北2井)、平禹煤电(梁北矿)、平煤十三矿、平煤香山矿、宝丰东方矿、宝丰宏九矿、宝丰运通矿、惠家金矿(鲁豫金矿)、平顶山鲁山境内马楼乡银洞金矿和拐河镇韩家-姚店萤石矿。

结合线路走向方案，对采空区和矿产资源开采区进行了专项调查，收集、整理沿线主要地质矿产开采区资料，重点对开采区的开采现状、不良地质灾害出现情况等方面进行了梳理，为线路穿越开采区进行压覆矿产资源评估提供了详实的资料，沿线主要开采区概况见表1。

表1 沿线主要开采区一览

3.2 城市规划(道路)衔接

经许昌北平顶山东方案和经许昌东平顶山东方案从城区东南侧进行了绕避，基本不涉及城市规划。经禹州平顶山西方案从西部新城区进行穿越，需与城市规划(道路)衔接，平顶山段衔接城市道路具有代表性的为新宝大道，经禹州平顶山西方案与新宝大道存在交叉。新宝大道位于经禹州平顶山西方案平顶山西站南咽喉处，距离站中心620 m，道路现状路面宽为30 m。郑万铁路建设将影响新宝大道及郑尧高速连接线平顶山新城区、宝丰出入口的道路位置，新宝大道需改移为公跨铁，需设置郑尧高速连接线出入条件，施工期间需过渡。结合该区域路网规划，既能满足新宝大道修建时的绕行需求，又能满足郑尧高速连接线平顶山新城区、宝丰县出入口永久出入需求。上跨桥梁及引线改移长度为800 m，其中新宝大道上跨铁路桥需满足“双向八车道+人行道”要求，并配套相应的照明等系统。

3.3 线路走向方案分析及工程经济比较

对线路走向方案进行了技术经济比较，如表2所示。在此基础上，根据线路方案的特点[4]，着重从客流、工程地质条件、线路走向顺直、工程投资和相关部门意见及城市规划衔接角度[5-6]等方面分析各方案的优缺点。

表2 工程技术经济比较

从吸引客流条件分析[7]：经禹州平顶山西方案，线路经过许昌地区长葛市和禹州市，距离许昌城区较远，将损失部分往西南方向有出行需求的许昌市客流；经许昌东平顶山东方案，平顶山站距平顶山老城区中心约11 km，距叶县中心约5.5 km，能同时吸引平顶山城区和叶县客流；经许昌北平顶山东方案，许昌北站位于城市北侧13.7 km，距示范区主中心约有9 km，距许昌县的新县城约4 km，距长葛市中心约3 km，能同时吸引许昌市区、示范区、许昌县和长葛市的客流。

从工程地质条件角度分析：经禹州平顶山西方案有43.10 km线路位于煤炭勘查区、2.45 km线路经过(从中间穿过)平禹九矿煤炭规划开采区。经许昌东平顶山东和经许昌北平顶山东方案都有16.50 km线路经过叶县凹陷盐矿普查区。

从线路走向顺直[8-9]、工程投资角度分析：经禹州平顶山西方案线路长度较经许昌东平顶山东方案短0.468 km，较经许昌北平顶山东方案长6.383 km；工程投资较经许昌东平顶山东方案多0.96亿元，较经许昌北平顶山东方案多7.22亿元。

从城市规划衔接及相关部门意见的角度进行分析：根据平顶山总体规划，平顶山市区西部集中布局建设平顶山新城区，远期规划面积约295 km2。经禹州平顶山西方案在平顶山新区设站，与河南省人民政府批复的平顶山新城区建设总体规划相符合，可更好地引导城市发展方向，将对平顶山市的发展乃至中原经济区的建设起到重要推动作用，且能带动沿线长葛市、禹州市、郏县、宝丰县的城市发展；平顶山城区东部设站的两个方案都在平顶山老城区东侧设置平顶山东站，与河南省人民政府批复的平顶山新区建设总体方案相背离。

3.4 推荐方案

经禹州平顶山西方案虽压覆矿产资源较多，但线路相对比较顺直，与河南省人民政府批复的平顶山新城区建设总体规划相符合，可更好地引导城市发展方向，将对平顶山市的发展乃至中原经济区的建设起到重要推动作用，且能带动沿线长葛市、禹州市、郏县、宝丰县的城市发展。综合考虑河南省对该段线路方案的有关意见，有利于提升项目外部实施环境，推荐经禹州平顶山西方案。

各矿区边界计算最小安全距离及与经禹州平顶山西方案的关系如表3所示。

经禹州平顶山西方案，线路与沿线主要矿区(拟开采)边界之间的距离，除梁北井东南煤层边界外，均满足规范计算值及相关法规要求的最小安全距离要求。

梁北井东南煤层边界(远期规划区)拟开采深度为900 m，采空区计算最小安全距离为901 m；经禹州平顶山西方案目前距离其东南煤层边界(远期规划区)最近距离为43 m，小于计算最小安全距离，但经禹州平顶山西方案距离梁北井目前已开采边界大于2 km，因此，目前梁北井开采区对此方案基本无影响，考虑到后期开采不影响铁路的安全运营，故对临近线路侧43～901 m范围禁止开采的矿产进行压覆矿专项评估。

表3 各矿区边界计算最小安全距离及与线位关系

4 结语

本文通过对平顶山地区线路走向方案进行分析，从客流、城市规划衔接、工程地质条件、线路走向顺直、煤矿采空区、工程投资等影响线路走向的主要因素，以及相关部门意见等方面分析各方案的优缺点，以沿线各级政府意见为指导，确定出相对优化的推荐方案。

通过案例可以看出，在保证线路走向顺直实现设计速度目标值和铁路客运运能合理的前提下，地方各级政府相关部门的意见、建议对于线路方案优选具有举足轻重的作用，工程地质条件是影响线路走向和后期安全营运及维护的重要因素，衔接城市规划为后续相关工程建设及交通路网系统的完善创造条件，设计考虑远期城市规模、路网优化等方面超前设计。此外对于工程投资来说，虽然有时候前期的工程投资略大，但却可以消除很多远期不可预见的不利影响，对于城市的长远规划和发展来说却是相当有益的，对铁路选线设计具有一定的参考价值。

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