伊宁至阿克苏铁路南天山越岭方案研究

展志成

(中铁工程设计咨询集团有限公司，北京 100055)

我国地域辽阔，地形地貌变化大，总的地貌轮廓是西高东低，形成以西藏高原为最高，自西向东逐级下降的梯状斜面(分为三级阶梯)，其中山区面积约占全国面积的三分之二[4]。山区越岭选线是铁路选线设计的重难点之一，越岭地段地形地质条件复杂，线路克服高程大，工程艰巨，影响项目的主要技术标准和线路走向，控制项目的建设工期及总投资。牟瀚林对衢宁铁路鹫峰山越岭方案进行了研究，主要从工程难易程度、工程地质条件、工程投资以及对地方经济发展的带动作用等方面进行比选并得出结论[7]。林海波对京张铁路八达岭越岭方案进行了研究，研究的重点为越岭段最大坡度和车站埋深、站位的选址等方面[17]。越岭选线的主要影响因素为:越岭垭口、越岭高程和越岭隧道长度的确定[13]。随着社会的发展和技术的进步，进一步研究总结越岭选线的经验，提高选线水平，对后续的铁路勘察设计工作有重要的意义。

1 概述

伊宁至阿克苏铁路位于新疆维吾尔自治区西部伊犁哈萨克自治州和阿克苏地区境内，北起伊犁哈萨克自治州境内的精霍铁路伊宁站，沿线途经巩留、特克斯、昭苏后穿越南天山，经阿克苏地区的拜城、南疆铁路羊塔克库都克站至阿克苏站，线路正线全长565.98 km。本线是国家中长期铁路网的重要组成部分，是新疆西部南北疆地区及沿边口岸间的便捷连接通道，是区域路网干线铁路，主要区段以客为主、兼顾货运。

本项目对国家实施“一带一路”倡议，打造丝绸之路经济带新疆核心区，实施区域协调发展战略，落实精准扶贫，实现全面建设小康社会，支持民族边疆地区建设，维护新疆稳定，支持沿线地区资源开发，推进生态文明建设等具有重要意义和作用。在路网中，本项目是亚欧大陆桥精霍至兰新和南疆两大铁路通道间的便捷连接线，通过精霍线、兰新线、南疆线，串联阿拉山口、霍尔果斯、伊尔克什坦、红其拉甫等沿边各大口岸，对完善区域综合交通运输体系，填补区域路网空白，优化区域路网格局，增强区域路网机动灵活性等具有重要意义和作用[1]。

2 影响线路走向的主要因素

2.1 沿线既有及规划路网概况

沿线既有铁路包括精霍铁路和南疆铁路。精霍铁路现状为单线内燃，限制坡度20‰，旅客列车行车速度120 km/h，牵引质量4 000 t，规划年度增二线并电化。南疆铁路库车至阿克苏现状为双线内燃，限制坡度6‰，旅客列车行车速度160 km/h，规划年度将实现双线电气化。规划铁路有伊宁至巴伦台铁路、新和至拜城铁路和乌鲁木齐至伊宁高速铁路。

2.2 重要经济据点

研究范围内经济据点有伊宁市、巩留县、特克斯县、昭苏县、拜城县、阿克苏市等。

2.3 自然保护区、风景名胜区等环境敏感点

沿线有众多环境敏感区，主要包括：新疆托木尔峰国家级自然保护区、新疆昭苏天山圆柏自然保护区、新疆拜城木扎提河自然保护区、托木尔世界自然遗产地、喀拉峻草原风景名胜区、昭苏夏塔古道国家森林公园(保护)、新疆特克斯县太极岛森林公园、昭苏特克斯河国家湿地公园、新疆天山阿合牙孜国家湿地公园、温宿大峡谷国家级地质公园、铁热克温泉等。沿线文物众多，分布大量的古墓葬、古遗址、石窟寺及石刻，如著名的克孜尔石窟、姑墨古城遗址、细君公主墓、圣佑庙、小哄纳海草原石人等。

2.4 国防要求

《铁路建设贯彻国防要求技术规程》(试行)(铁计〔2005〕23号)3.0.1规定：“铁路线路走向宜避免平行国境线，当无法避免时，两者相距不宜小于45 km。确因特殊情况不足45 km时，可降低至30 km”。

2.5 地形地貌

伊宁至巩留为伊犁河冲洪积平原，地势东高西低，地形平坦开阔，南北两侧山前均发育有二、三级阶地，海拔高程600～820 m；巩留至特克斯为乌孙山中山区，地形起伏较大，山谷多呈“V”字形，沟谷地形较陡峻，海拔高程1 100～2 200 m；特克斯至昭苏为特克斯河冲洪积平原，发育有山前多级阶地和沼泽，海拔高程1 100～1 800 m；昭苏至拜城为南天山高山、极高山区，河床沟谷较陡，下切作用强烈，两岸地形陡峻，海拔高程3 000～5 500 m，相对高差1 000～2 500 m。区内人迹罕至，极高山区遍布常年积雪和冰川；拜城至阿克苏段为典型的山前冲洪积倾斜平原，整体地势自北向南倾斜，海拨高程1 100～2 000 m，南北向沟谷发育，局部河沟有常年流水，地表以荒漠戈壁为主。

2.6 工程地质

(1)地层岩性

线路位于塔里木-南疆地层分区内，途经中南天山与塔里木两大地层分区，沿线地层混杂多变，地层时代从元古代至新生代均有分布。主要岩性有以花岗岩、安山岩等为主的侵入岩，以片岩、大理岩、板岩、千枚岩为主的变质岩，以砂岩、泥岩、砾岩、凝灰岩等为主的沉积岩，以灰岩、白云质大理岩等为主的可溶岩，以及以黏性土、粉土、黄土、砂类土、碎石类土为主的第四系松散堆积层。

(2)地质构造

线路由伊犁盆地引出，向南横穿中南天山山脉后进入塔里木盆地北缘，在区域范围内主要涉及二个一级大地构造单元：北部为天山-兴安岭地槽的西南天山褶皱系，南部为塔里木地台。受地质构造影响，褶皱、断裂发育，主要褶皱有依边哈比尔尕复向斜、阔尔库背斜、乌孙山复向斜、阿克牙孜-巴斯卡恰复向斜、哈里克套复背斜等大型褶皱，主要断裂有特克斯河断裂、那拉提北麓深断裂、那拉提断裂、托木尔峰-库尔干深断裂、库尔勒断裂、却勒塔格断裂等大断裂。

2.7 本线主要技术标准

本线为标准国铁I级，单线，速度目标值为160 km/h，从货流特征、区域路网运输组织、沿线地形条件、机车性能、工程运营费用等角度进行综合比选，本线最大坡度采用20‰，牵引种类为电力，机车类型为HXD系列，牵引质量为3 000 t、部分4 000 t，到发线有效长度为880 m，闭塞类型为自动站间闭塞。

3 南天山越岭方案研究

本线需翻越东西向的天山主脉—南天山。根据南天山水系分布以及山体宽度分布情况(见图1、图2)，研究具备引线条件的河谷，进而选取合适的越岭垭口。南天山自西向东(直线距离280 km) 的山脊线中，垭口海拔高程在3 500～4 400 m之间。结合线路走向和山体宽度，选取了四个越岭垭口方案：东都果尔河-木扎提河(西方案)；阿克牙孜河-喀普斯朗河(中方案)；阔克苏河-琼果勒河(东方案)，沿国道217通道越岭方案。沿国道217通道越岭方案线路运营长度为607.58 km，其中巴音布鲁克至库车段与规划奎库铁路共线，新线长度292.98 km，既有线改建长度314.6 km(改建库俄线85.9 km，南疆线228.7 km)，绕行距离过长，南天山越岭隧道长达38.4 km，工程可实施性差，且线路未经过特克斯县、昭苏、拜城等重要经济据点，社会效益差，研究后予以舍弃。重点研究东、中、西三大越岭线路走向方案。

图1 南天山水系及山体宽度示意

图2 南天山山脊线及垭口示意

3.1 方案说明

中方案：线路自比较起点精霍线布列开站引出，经巩留县、特克斯县、昭苏县后向南，经喀夏加尔镇，沿阿克牙孜沟向南穿越南天山(越岭隧道27.9 km，所在区间双线)。出隧道后，线路继续向南，经铁热克至拜城，后向南穿越却勒塔格山接轨于既有南疆线羊塔克库都克站，之后，南疆线双线电化至阿克苏站。线路长522.385 km，其中既有线电气化109.27 km，新线长413.115 km，桥梁总长43.73 km，隧道总长103.63 km，桥隧比为28.21%。

西方案：线路自比较起点精霍线布列开站引出，经巩留县、特克斯县、昭苏县后，线路折向西南，至夏特柯尔克孜族乡后沿东都果儿沟(西方案如果沿夏特河谷地形条件最好，但夏特河谷已经开发为景区，地方政府坚决反对)穿越南天山(越岭隧道16.7 km，所在区间双线)，出隧道后向南沿木扎提河谷走行，经温宿县破城子，穿越却勒塔格山，至南疆线喀拉玉尔滚站，之后双线电气化至阿克苏站。线路长493.576 km，其中既有线电化47.266 km，新线长446.31 km，桥梁总长36.52 km，隧道总长99.49 km，桥隧比为27.56%。

东方案：线路自比较起点精霍线布列开站引出， 经巩留县、特克斯县折向南，上跨特克斯河，沿阔克苏河谷行进穿越南天山(越岭隧道28.34 km，所在区间双线)。出隧道后，线路经黑英乡西侧向西南走行，经拜城县后向南，接轨于既有南疆线羊塔克库都克站，之后双线电气化至阿克苏站。线路全长490.093 km，其中既有线电化109.27 km，新线长380.823 km，桥梁总长33.52 km，隧道总长131.79 km，桥隧比为33.73%。

各方案主要工程数量及投资比较见表1。

表1 主要工程数量及投资比较

3.2 方案优缺点分析

(1)从路网衔接方面分析

中、东方案较西方案利用既有南疆线长62 km，南疆线速度目标值与本线一致，限制坡度小于本线，仅需电化，新建长度短，节省投资，中方案可以兼顾规划新和至拜城铁路运量，推迟新拜铁路建设时机。

(2)从沿线经济据点分布分析

中方案串联了沿线所有经济据点，西方案未经拜城县，东方案未经昭苏县。

(3)从国防要求分析

西方案89 km段落距离国境线不足45 km，不满足《铁路建设贯彻国防要求技术规程》中不宜小于45 km的规定，中、东方案满足要求。

(4)从工程地质条件分析

中方案：天山北侧阿克牙孜沟沟谷宽阔，地形相对较缓，不良地质以危岩落石、崩塌为主，有防护条件，工程地质条件相对较好；天山南侧地形陡峻，受构造和风化影响，危岩落石、崩塌等不良地质发育，地层岩性以片岩、片麻岩等变质岩为主，工程地质条件较差；南天山越岭隧道横穿南天山主脊，地层以志留系大理岩、片岩、片麻岩等变质岩为主，受构造、埋深及冰川影响，洞内地应力、地温、水压高，局部发育有岩溶，工程地质条件相对较好。

西方案:天山北侧东都果儿沟沟谷较窄，地形较陡，不良地质以危岩落石、崩塌、泥石流为主，工程地质条件一般；天山南侧木扎提河河谷宽阔，局部发育有危岩落石、崩塌、泥石流等不良地质，有防护条件，工程地质条件相对较好；南天山越岭隧道：横穿南天山主脊，地层以志留系大理岩、片岩、片麻岩等变质岩和花岗岩为主，受构造、埋深及冰川影响，洞内地应力、地温、水压高，局部发育有岩溶。隧道及可溶岩最短，构造相对简单，工程地质条件相对最好。

东方案:天山北侧阔克苏河河谷最窄，地形陡峻，危岩落石、崩塌最发育，其中克孜勒阔拉村附近第三系泥岩滑坡发育，对线路影响较大，工程地质条件最差；天山南侧地形陡峻，受构造和风化影响，危岩落石、崩塌、泥石流等不良地质发育，地层岩性以片岩、片麻岩、花岗岩等为主，工程地质条件较差；南天山越岭隧道横穿南天山主脊，地层以志留系大理岩、片岩、片麻岩等变质岩为主，受构造、埋深影响，洞内地应力、地温、水压高，发育有岩溶，隧道及可溶岩最长，构造应力复杂，工程地质条件最差。

(5)从隧道工程条件分析

中方案：隧道18座，总长103.63 km，越岭主隧道长27.9 km，工期约60个月；20 km以上的隧道一座，需设置救援站工程，隧道工程量较大；越岭隧道及埋深较大的隧道基本为南北向，与最大主应力方向相交角度为6°，对隧道结构有利。沟谷相对宽阔，运输条件较好，南天山隧道进口场地相对开阔，施工条件较好，出口便道条件差。

西方案：隧道21座，总长99.49 km，越岭主隧道长16.695 km，工期约52个月；越岭隧道与最大主应力方向角度为13°，最大埋深为2 115 m；隧道埋深较大，地应力较高，对隧道通风和结构不利；线路沿夏特古道行走，沟谷宽阔，运输条件好。南天山隧道进口高程较高，距离冰川较近，沟内水流较大，场地条件较差；出口场地开阔，施工条件好。

东方案：隧道17座，总长131.79 km，越岭主隧道长28.34 km，工期约65个月；有20 km以上的隧道一座，需设置救援站工程，隧道工程量较大；越岭隧道与最大主应力方向角度为8°，最大埋深为1 720 m；隧道埋深较大，隧道走向与最大主应力呈大角度相交，地应力较高，对隧道结构不利；线路沿阔克苏河谷行走，河谷狭窄、陡峭，运输条件差。南天山隧道进、出口场地相对狭小，施工条件最差。

(6)从环保方面分析

中方案：线路穿越特克斯国家湿地公园合理利用区、拜城木扎提河湿地自然保护区实验区。

西方案：线路穿越特克斯国家湿地公园合理利用区、托木尔世界自然遗产地缓冲区(28 km)，尤其是穿越夏塔古道国家级森林公园(47 km)，审批通过难度大，建设工期不可控。东方案线路从拜城木扎提河湿地自然保护区的实验区通过。

(7)从工程投资分析

中方案投资最高，较西方案高4.45亿元，较东方案高0.98亿元。

3.3研究结论

综上分析，东、中、西三个方案越岭段工程条件均较复杂，但主要影响因素不同。西方案较中方案虽南天山越岭隧道短11.2 km，工期短8个月，投资省4.45亿元，但该方案未经拜城县，且天山北端部分线路位于夏塔古道国家级森林公园内，审批困难，建设工期不可控。有89 km段落距离国境线不足45 km，不满足《铁路建设贯彻国防要求技术规程》中不宜小于45 km的规定；东方案线路长度最短，但工程量大，越岭隧道最长，且线路未经过昭苏县，如考虑修建昭苏县支线(约65 km)，综合投资较中方案增加25.02亿元；中方案经过了较多的经济据点，有利于推动当地经济发展，新建线路长度较短，满足环保和国防要求，可以承担新拜铁路运量，推迟新拜铁路的建设时机，工程投资较省，故推荐中方案。

4 结束语

越岭选线是山区铁路选线的重中之重，选线过程中建议注意以下几点。

(1)加强总体设计，充分考虑与周边路网的衔接、政治经济据点的分布、地形地质条件、环保及国防要求、越岭工程实施条件等，在大区域范围内研究线路越岭方案，逐步缩小方案研究范围，深化、细化方案。

(2)选择合适的越岭垭口：垭口是选择越岭方案的主要控制点，应在基本符合路线走向的较大范围内选择，全面考虑垭口的位置、高程、地质条件和展线条件等。一般应选择基本符合路线走向、高程较低、地质条件较好、两侧山坡利于展线的垭口。

(3)结合技术标准中限坡的选择以及越岭两侧引线的条件，做好不同越岭高程、不同隧道长度方案的比选。随着科技的进步、勘察设计手段以及施工技术的提高，应该重视长隧道方案的研究，以降低两端引线的工程风险，提高铁路技术标准，节省运营费用。

(4)高度重视地质条件：地质条件复杂的地区，建议超前开展大范围的地质加深工作，查明区域工程地质条件、水文地质条件和各种不良地质，为越岭垭口的选择、长短隧道的选择以及两侧引线河谷左右侧的选择提供支撑，做到绕有依据、治有措施，一次根治，不留后患[4]。

(5)坚持“多跨、长隧、栈桥绕避，减少高填、深挖和小隧道群”的原则，规避建设风险和运营隐患，保证工程的安全性、可靠性。