北黑铁路龙镇至黑河段线路方案研究

耿晓婷

(中铁第六勘察设计院集团有限公司 线路站场设计院，天津 300308)

1 既有铁路概况及存在问题

北黑铁路(龙镇站外司局管界分界处—黑河)位于黑龙江省北部，呈南北走向，南起北安市，北抵中俄边境口岸黑河市，途径五大连池市、孙吴县2个行政区，线路全长302.689 km，其中北安至龙镇62.789 km隶属于中国铁路哈尔滨局集团有限公司(以下简称“哈尔滨局集团公司”)管辖，其余239.9 km隶属于黑河铁路(集团)有限责任公司管辖，是黑龙江西北部地区对外客货交流的主要通道。既有铁路主要技术标准如表1所示[1-2]。

（1）既有铁路修建年代早，为单线内燃线路，受当时施工、设计水平限制，主要技术设备标准低，线路曲折，曲线半径小，目前线路允许速度仅为70 km/h，且限制坡度较大，存在较多10‰以上坡度，现状客货列车运行速度较低[3-4]。较低的旅行速度已经无法满足客货运输需要，成为提高运输市场竞争力的薄弱环节。

（2）北黑铁路北安至龙镇和龙镇至黑河2段分属哈尔滨局集团公司和黑河铁路公司，2段列车牵引质量和到发线有效长不一致，根据规划，滨北线(哈尔滨—北安)将进行电气化改造，届时滨北线技术标准将进一步提高。北黑铁路龙镇至黑河段货物列车牵引质量1 100 t，低于北安至龙镇段和滨北线，不利于组织开行直通列车，运输组织复杂。

表1 既有铁路主要技术标准表Tab.1 Main technical standards for existing railways

（3）由于北黑铁路修建年代久远，期间经过数次损毁、重建，铁路桥涵、路基病害较为严重。北黑铁路龙镇至黑河段既有桥梁共有29座，其中10座钢梁桥为利旧钢梁，16座圬工桥的多处水中墩出现冻融腐蚀，有开裂、返碱等现象出现，个别混凝土梁梁体出现裂纹，桥墩病害严重，已不利于列车快速行驶。既有涵洞308座，普遍存在基础冻害现象，多处损坏严重。龙镇至黑河段路基存在翻浆冒泥、基床下沉外挤、危岩落石、路堤稳定性不足、路堑山体滑坡、滨河路基、浸水路基、水害路基、冻害路基等病害，共33.552 km。

为了维护运营安全，北黑铁路需年年维修，由地方铁路公司负责运营维护，受技术水平、资金投入等影响，线路条件逐年恶劣。同时机车、车辆、通信、信息等与国家铁路接轨设备出现兼容性低的问题，已经到达更新改造期限，不能很好地适应铁路标准化、现代化、信息化的发展要求。

2 新建铁路运量及线路概况

北黑铁路是黑河地区唯一的一条铁路通道，主要承担沿线居民出行，同时兼顾少量旅游客流[5]，是当地居民出行较为安全、便捷、经济的出行选择。根据区域全社会客运量现状、区域铁路客运量现状增长趋势、区域客运量分布及流向，得到项目旅客列车开行对数。根据地方运量和通过运量的流量、流向预测结果，通过铺画货流图得到本项目区段货运量。本项目全线货运量、旅客列车对数如下。

（1）研究年度运量。研究年度北黑铁路区段货运量及旅客列车开行对数如表2所示。

（2）远景年输送能力的建议。根据北黑铁路在路网中的功能定位，客货流的合理分工以及研究区域远期的发展规划，建议货运远景年输送能力为1 000万t，开行旅客列车对数11对/d。

（3）新建线路技术标准。结合衔接线路以及运输通路的主要技术条件，北黑铁路的主要技术标准如下：铁路Ⅰ级；单线；设计速度160 km/h；限制坡度改建段原则采用13‰，其他维持既有；最小曲线半径为一般2 000 m，困难1 600 m；电力牵引；机车类型为客车HXD1D，货车HXD1；牵引质量3 000 t；到发线有效长度650 m；自动站间闭塞。设计年限为近期2035年，远期2045年[6]。

升级改造后线路正线起点不变，终点为黑河南站(新建站)，线路长度为202.811 km，其中新建线路149.729 km，利用既有铁路53.082 km。全线车站13座，其中利用既有车站7座，新建车站6座。全线桥梁22座，合计8.72 km；新设隧道4座，合计2.913 km；桥隧长度为11.633 km，桥隧比为5.74%。

3 影响线路方案的主要因素

北黑铁路位于黑龙江省北部，途径五大连池市、孙吴县，北抵中俄边境口岸黑河市，沿线城镇分布较密集、交通较发达，线路走向方案受城镇总体规划、铁路网布局、交通设施、生态敏感区、不良地质和特殊岩土、既有铁路技术条件等影响，如何合理确定线路走向方案，是本项目的重点难点[7]。影响线路走向的因素主要包含以下几点。

（1）沿线主要经济据点。研究区域内主要经济据点为五大连池市、孙吴县及黑河市，本项目为既有铁路提速扩能改造，线路整体走向基本围绕既有通道，经济据点的分布对线路方案影响较小。但在有规划的城镇范围设计时需考虑对城镇总体规划影响最小，尽量不影响城镇远期规划。

表2 区段货运量及旅客列车开行对数 Tab.2 Section cargo flow and passenger train number

（2）车站布置。沿线既有车站有专用线接轨且未申请停运的均应结合扩建方案予以保留，车站改造方案应充分利用既有车站设施。

（3）交通设施。研究区域内既有铁路与吉黑高速公路、G202等公路多处交叉或并行，需合理选择跨越方案，不同程度地影响北黑铁路的线路走向。在设计时线路走向应尽量与既有、在建公路和铁路共用交通走廊，以减少工程、有效利用土地资源，同时也应避免与其交叉干扰，当无法避免时，要满足净空要求。

（4）生态敏感区。线路沿线分布有北安自然保护区、五大连池山口自然保护区、麦海蕨菜自然保护区、红旗湿地自然保护区、逊别拉河自然保护区等环境敏感区。线路在此区段应尽量维持现状或绕避核心区，避免对保护区造成新的影响，避免因铁路施工造成水土流失[8]。

（5）不良地质和特殊岩土。本通道穿经黑龙江省的多金属矿区采空区，对铁路工程安全构成一定威胁，穿越矿区的既有铁路一般位于采空区影响范围以外，但新建工程须注意绕避采空区。多年冻土呈岛状分布于融区中，多见于林区地势相对低洼的丘间洼地塔头草或泥碳层下，为多冰冻土、富冰冻土、饱冰冻土，面积不大、厚度变化较大，位于高温极不稳定区。多年冻土主要的工程地质问题是融沉，勘察和处理难度较大，建议绕避。同时，选线设计应根据经过地区的地形、地质特点，尽量避免高填、深挖，并注意保护既有植被，采用适当的工程处理及防治措施，保证铁路运营安全，改善生态环境。

（6）既有铁路技术条件。北黑铁路修建年代早，设计标准低，线路条件比较差，存在着小半径曲线、路基下沉、桥涵破损等问题，线路容许速度低和设备超龄使用，运营安全得不到有效保障。

4 线路方案研究

综合考虑沿线地形地貌、交通规划、生态敏感区、利用既有铁路情况等，本次主要研究了2个比选方案。

4.1 小兴安至孙吴段线路走向方案比选

（1）概况。小兴安至孙吴段为K109+700至K179+200，经小兴安、辰清镇、腰岭、清溪乡至孙吴县城，线路呈“S”型走向。当提速至160 km/h时，沿既有铁路改建过程中，新建线路较多，投资较大，故对小兴安至腰岭段及辰清至孙吴段线路方案均有研究线路取直的必要。

辰清镇是孙吴县唯一的建制镇，是北黑铁路沿线重要的经济据点，辰清站有专门的粮食专用线，是黑河市重要的粮食集散地[9]。从沿线经济据点、设站情况、利用既有铁路情况、桥梁、隧道等控制工程多角度综合考虑，本次对K109+700至K179+200段的线路走向研究了3个方案，即东线取直方案、沿既有铁路方案、西线取直方案[10]。小兴安至孙吴段线路走向方案比选示意图如图1所示。

（2）方案说明。①东线取直方案。本方案自K109+700至K137+500段设计线路走向基本与沿既有铁路方案相同。设计线路出辰清站后，偏离既有铁路，经冬青村、永清村西侧向北行进，于K179+200处接入既有铁路。本方案线路全长55.22 km，其中新建线路48.62 km，利用既有铁路6.6 km；新设车站2座，利用既有站1座；桥隧比为4.5%，工程投资约18.16亿元。②沿既有铁路方案。本方案的线路走向基本与既有铁路相同。对K109+700至K117+300段、K122+100至 K127+900段、K133+300至K136+300段、K140+000至K147+700段、K153+800至 K155+800段、K156+400至 K165+300段、K168+400至K173+600段、K174+000至K179+200段等不满足160 km/h设计速度要求的地段进行改造。本方案线路全长63.497 km，其中新建线路49.797 km，利用既有铁路13.7 km；新设车站2座，利用既有站1座；桥隧比为8.14%，工程投资约19.66亿元。③西线取直方案。本方案线路自既有铁路K109+700引出，下穿公路桥，上跨吉黑高速公路后，线路折向北行进，经前锋村东侧、繁荣村与核心村间，于利民村西侧接入既有铁路K155+700。K155+700至K179+500设计线路走向与沿既有铁路方案相同。本方案线路全长49.773 km，其中新建线路46.373 km，利用既有铁路3.4 km；桥隧比为12.88%，工程投资约20.45亿元。

图1 小兴安至孙吴段线路走向方案比选示意图Fig.1 Comparison of route alignment schemes from Xiaoxing’an to Sunwu section

（3）方案优缺点分析。根据3个方案控制工程、设站影响、养护维修、对既有铁路影响多方面考虑，综合对比方案优缺点分析如表3所示。

（4）结论。沿既有铁路方案线路长度63.497 km、利用既有铁路长度13.7 km，线路长度比东线取直方案和西线取直方案都长，后期养护维修工作量最大，对既有铁路影响最大。西线取直方案桥隧比最大，控制工程最多，工程实施难度最大；工程投资最多；跨越吉黑高速公路，需上报省交通厅、协调难度大且不经过重要经济据点辰清镇。东线取直方案虽线路长度较西线取直方案长5.447 km，存在线路沿河滩、沟谷走行等缺点，但可以通过路基防护及增加桥梁工程等措施解决。东线取直方案具有以下优点：工程投资最省；桥隧比最小，工程实施难度最小；经过经济据点辰清镇，且能利用既有辰清站既有设施；工程改造对既有铁路运营影响较小。综上所述，本次方案研究推荐东线取直方案。

4.2 红旗乡段方案比选

（1）概况。红旗乡段为K122+100至K128+400，既有铁路长度为6.3 km，分布有6个曲线，曲线长度为1 947.43 m，占该段线路全长的30.9%，最小曲线半径为400 m。该段既有铁路从红旗乡南侧的山脚经过，红旗乡的地势比既有铁路高10 ～ 30 m。既有铁路的曲线连续，且曲线半径较小，不具备沿既有铁路改造的工程条件。

本次根据周边地形地貌，从利用既有铁路、对地方影响、工程投资等角度，研究了红旗乡北侧方案和红旗乡南侧方案。比选段落为K122+000至K128+400。红旗乡段方案比选示意图如图2所示。

（2）方案说明。①红旗乡北侧方案。线路自K122+000处引出，偏离既有铁路向东北走行，于红旗乡西侧绕行至北侧，并行吉黑高速公路东侧走行，至K127+900接入既有铁路，沿既有铁路走行至比选终点K128+400。本方案线路长度5.561 km，其中利用既有铁路长度0.6 km，新建线路长度4.961 km，新建桥梁1座，长度0.086 km，新建上跨公路桥3座。②红旗乡南侧方案。线路自K122+000处引出，偏离既有铁路向东南走行，沿红旗乡南侧绕行至东

侧，至K126+700接入既有铁路，后向北走行至富强村西侧，于富强村北侧接入既有铁路至比选终点K128+400。本方案线路长度6.79 km，其中利用既有铁路长度0.2 km，新建线路长度6.59 km，新建桥梁1座，长度0.086 km。

表3 方案优缺点分析表Tab.3 Advantage and disadvantage analysis of the scheme

图2 红旗乡段方案比选示意图Fig.2 Scheme comparison in Hongqi Town section

（3）方案优缺点分析。2个方案分别位于红旗乡南北两侧，与国道G202相邻，线路相距较近，工程地质条件基本相当。方案优缺点比较如表4所示。

（4）推荐意见。综上所述，红旗乡南侧方案投资较省，但其线路绕行较长，运营长度增加后运营费用每年增加约53万元，且铁路穿越村庄，引起较大的房屋拆迁。红旗乡北侧方案线路较顺直，后期运营费用较低，与高速公路共通道减少了土地分割，但该方案改移国道跨越高速公路需要征得高速公路管理部门的同意，投资较高。根据最新的地质勘查资料，红旗乡北侧方案和红旗乡南侧方案地质条件均一般，均存在季节性冻土、既有建筑及道路分布填土、膨胀(岩)土等地质问题。由于南侧方案为填方路基，受地质条件影响较小，北侧方案挖方路基段落较大，受地质条件影响较大。经投资计算，红旗乡南侧方案投资较省，综合2个方案优缺点分析后推荐红旗乡南侧方案。

表4 方案优缺点比较表Tab.4 Advantage and disadvantage comparison of the scheme

5 结束语

改建既有铁路线路设计制约因素多，尤其是早期建设的单线铁路项目，受当时经济发展、施工能力的限制，一般既有铁路标准较低，线路工程病害较多、运营速度低、运输量小，运营成本高。北黑铁路龙镇至黑河段工程地质条件复杂，生态敏感点分布广，是线路选线的重难点，通过分析沿线工程地质条件、线路长度、投资效益、实施难易程度等方面比选，确定了小兴安至孙吴段东线取直方案和红旗乡南侧方案为本项目最佳线路走向方案和局部比选方案。该方案符合城市规划，降低了施工及运营风险，规避了拆迁的不确定性，协调难度相对较小，且工程投资、实施难易程度、征地、拆迁方面也较优。因此推荐方案从建设技术上可行。