向莆铁路选线的总体思路_赵忠保

·线路/路基·

向莆铁路选线的总体思路

赵忠保

(中铁第四勘察设计院集团有限公司,武汉　430063)

摘　要:向莆铁路是一条典型的复杂山区铁路,结合向莆铁路的选线设计经验,运用新建铁路选线的基本原则:路网规划选线、城市规划选线、地形地物选线、地质水文选线、环保水保选线,阐述一条复杂山区铁路如何在涉及领域多、牵及面广、因素复杂的选线设计中运用选线的基本原则,完成线路走向方案的研究,达到路网布局合理、促进地方经济发展、工程适中、措施得当、符合环保的选线目的。

关键词:新建铁路;方案研究;基本原则;总体思路中图分类号:U212.32　　文献标识码:A文章编号:1004-2954(2010)02-0061-03

货交流需要,才能满足未来经济发展的需要。

根据运量预测,向莆铁路近期(2020年)客车50

对/d,货运1260万t/年;远期(2030年)客车75对/d,货运1773万t/年;远景年输送能力为客车100对、货运量2000万t。

因此向莆铁路是以客为主兼顾货运的快速铁路干线,主要承担福建省大部分地区与内地中西部地区的旅客、货物和双层集装箱交流以及省内城际客流运输。是全国快速铁路运输网的重要组成部分,是福建省通往中西部地区的快捷大能力通道,也是福建沿海港口通达内陆腹地的后方通道。2　建设项目起讫点研究2.1　起点方案研究

南昌地区为江西省经济、政治、文化中心,南昌枢纽为我国京九、浙赣两大通道的交汇点,是路网上重要枢纽,因此项目起点定为南昌地区。2.2　终点方案研究2.2.1　线路终点选择的初步意见

根据福建海峡西岸经济区的生产力布局和沿海城市经济特征,重点研究了福州、莆田、泉州、厦门(漳州)、宁德等5个终点方案进行比选(表1)。

泉州终点方案

524.60697.93578.291276.22166-88172120-263291

63.33083303+443708

厦门终点方案

455.81863.82619.521483.34137-9013394-172331

57.62494772-144823

宁德终点方案

472.98572.74788.711361.45117-6502673-273880

71.62766821+127226

1　新建向莆铁路的构思和功能定位

目前福建省与江西省及中西部地区联系的铁路通道主要有鹰厦、横南、赣龙线,均为山区单线铁路,技术标准

低、运输能力小、旅行速度低,难以满足不断增长的客货运输需要;即使对相关既有铁路适当加强改造,预测福建至中西部地区的铁路运输能力缺口:2020年为货运量1963万t,2030年为客车20对、货运量3310万t。同时,利用相关既有通道改扩建不仅工程投资巨大、列车迂回运输,而且路网布局不合理,也不利于地方经济发展。因此,研究提出赣闽两省间必须新建一条大能力、高标准的快速铁路,才能适应未来福建至江西等中西部地区的客

工程项目

线路长度/km

南昌—福州/km

运营长度

南昌—厦门西/km合计/km

桥梁总长/(座延米)隧道总长/(座延米)桥隧比/%静态投资/万元投资差额/万元

福州终点方案

482.27482.27726.571208.84103-6714496-23105558.12639595

0

莆田终点方案

506.97588.90647.471236.37119-7492592-231975

58.72774784+135189

表1　江西至福建快速铁路通道终点方案比较

　　注:厦门终点方案未计龙岩至厦门铁路数量,龙厦铁路运营长度163.71km,建筑长度109.97km。

　　厦门、泉州、宁德终点方案分别位于福建沿海的南

部或北部,客货流吸引范围较小,部分客货流绕行距离长,不能解决鹰厦、外福线能力紧张状况。福州、莆田终点方案位于福建沿海的中部地区,客货流吸引范围大,能彻底打通福建省与中西部地区间运输“瓶颈”,

收稿日期:2009-09-07;修回日期:2009-12-09作者简介:赵忠保(1968—),男,高级工程师,1990年毕业于西南交通大学铁道工程专业,工学学士。

与鹰厦、横南、赣龙线分工合理、协调;与相关路网协调性较好,投资较省,但中西部地区至福州、厦门的客货流两方案均有不同程度的绕行,福州终点方案和莆田终点方案各有优势。因此,线路终点可在福州或莆田终点方案中选择,也可选择同时连接福州和莆田方案。2.2.2　南昌至福州、莆田接轨方案研究(表2)

单独引入福州方案新建线路最短,工程投资最省,

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赵忠保—向莆铁路选线的总体思路

充分考虑了省会城市的核心地位,存在的主要问题是与同时引入福州、莆田方案相比,人口最稠密、经济最发达、客货运输需求最旺盛的福厦城市带的大量客货流(客车35对,货运960万t)均需绕行67.51km。

单独引入莆田方案新建线路较短,工程投资较省,接点位置适中,也有利于湄洲湾港货物的大进大出;但主要问题是福州及以北方向占本线54%的客运量(客车40对)和44%的货运量(750万t)均需绕行72.02km,同时沿海方向客货列车全部挤占福厦线能力,加速沿海通道中最繁忙区段福厦线客货分线工程提前实施。

线路同时引入福州、莆田方案兼容了单独引入福州和单独引入莆田两个方案的优点,克服其不足,可较好地满足福建沿海地区的客货运输需求,突出中心城市的辐射作用,有利于沿海中部港口群的开发和发展,最大限度地为福建全省尤其是沿海地区的经济发展提供优质的运力支持;同时,可大大减少不合理迂回运输,节省大量运营支出和降低社会成本。但该方案由于增建永泰至莆田段59.08km,致使工程投资大,财务效益稍逊,但国民经济效益、社会效益和路网整体效益较好。

表2　南昌至福州、莆田接轨方案技术经济指标

项

目

单独引入

福州方案482.27482.27726.571208.84263.9600

单独引入

莆田方案522.57588.90647.471236.37277.48+13.52+19.78

同时引入

福州、莆田方案

575.96516.88659.061175.94322.30+58.34-13.64

3.2　工程特征

向莆铁路南昌至省界240km为赣抚平原和丘陵区,福建省境内为中低山区,全线桥梁比重70%,其中福建省境内高达90%,再加上山体厚重,导致线路方案形成众多的特长或超长隧道,全线大于10km的隧道9座136.72km,其中大于15km的隧道4座73.23km。

主要不良地质:膨胀土、软土、岩溶、危岩落石、崩坍错落、堆积体、小型滑坡、溜坍、小型泥石流,深埋隧道高地应力、高地温、岩爆、软岩大变形等。因此向莆铁路是一条“地形非常之困难、地质非常之复杂、工程非常之艰巨”的山区铁路。4　限制坡度的研究

本线旅客列车采用电动车组,其对坡度有很强的适应能力,因此,本线限制坡度的选择主要从货物列车组织方式的角度,对不同限制坡度进行技术经济比较。4.1　相邻铁路限制坡度、牵引质量简述

与本线相邻铁路的到发线有效长均为850m,浙赣线限制坡度为7.2‰,牵引质量4000t;正在进行电化改造的京九铁路限制坡度为6‰,牵引质量为4000t及以上;在建的沿海铁路限制坡度为6‰,具备运行4000t的条件。因此,在选择本线限制坡度时,尽量与相邻线路技术标准协调一致,保证运输组织的通畅。4.2　限制坡度与地形适应性分析

本线所经江西省境内地形以平原、低丘区为主,采用6‰能够适应地形;所经福建省境内地形以中、低山区为主,地形起伏较大,区域整体地貌呈马鞍形。沿线武夷山脉、戴云山脉及其余脉为起伏的高点,主要城市多位于沟谷底部为起伏的低点,因此,本线所经沿线城市站位高程为影响纵断面的主要控制因素。

从适应地形地貌分析:江西省境内约210km线路采用6‰能够适应地形,加大限制坡度作用并不明显;福建省境内以城市车站为控制,平均自然坡度均不大于6‰,采用6‰及以上的限制坡度均能适应地形,加大限坡虽然对整体工程影响较少,但对缩短特长隧道、降低桥梁高度有一定的效果。4.3　方案构成

结合本线运输特点,与相邻线路技术标准相协调,并尽可能减少越岭长大隧道工程,降低施工难度和工程风险,本项目对限制坡度6‰、9‰、13‰、局部13‰共计4个方案进行了研究比选。4.4　限制坡度的选择

4.4.1　方案比选说明(表3)

6‰限坡方案:虽然线路长度最短,运营费最省,但桥隧工程最多,工程最艰巨,长度大于10km的特长隧

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线路长度/km

南昌—福州/km

运营

南昌—厦门西/km

长度

合计/km静态投资/亿元投资差额/亿元运营费差额/亿元

　　注:福州至福州南运营长度18.17km,同时引入福州、莆田方案长度含永泰至莆田长度59.08km。

推荐意见:同时引入福州、莆田方案虽然工程投资最大,但从有利于铁路运输、提高社会效益、缓解沿海通道运输压力、延迟福州枢纽扩建工程、促进港口及其后方通道建设、有利于沿海城市发展等方面都具有优势,建设路网作用明显。因此,推荐线路同时接福州、莆田方案。

3　地形、地质及工程概况

3.1　沿线地形特征

向莆铁路西起江西省的南昌市,途经宜春市、抚州市,福建省的三明市,在永泰分岔同时引入莆田市和福州市,正线全长635km,横穿赣闽交界的武夷山脉和闽中的戴云山脉及其纵横交错的许多支脉和峰岭,横跨赣江水系和闽江水系及其众多支流,山高坡陡,河谷深切。62赵忠保—向莆铁路选线的总体思路

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道有9座155.073km,最长隧道达27558m。工程投资最大,折合工程运营费现值最贵。

表3　不同限制坡度方案技术经济

工程项目

线路长度/km桥梁长度/(座/延米)

隧道长度/(座/延米)路基长度/km静态投资/万元投资差额/万元

机车车辆购置费现值

运营期20年/万元

列车运营费现值工程运营费现值合计工程运营费现值差额

828272887164250972—6‰方案553.680167

115

108250290080

9‰方案555.545170103299119286402165.8443752795-1218901361183349134223826-27146

13‰方案555.41916597742

129289648168.0393684228-1952011300573811094195394-55578

局部13‰方案

555.269166103188

122291580160.5013721813-1576161016353554444178892-72080

155.3503879429

　　9‰限坡方案:桥隧工程相对较艰巨,最长隧道22175m,与6‰方案相比,线路展长1.865km,桥梁长度减少4951m,隧道长度减少3678m,工程静态投资节

省121890万元,换算工程运营费现值减少27146万元。

13‰双机方案:与其他限坡方案相比较,桥梁长度和隧道长度最小,缩短了部分特长隧道的长度,降低了施工难度和工程风险,工程静态投资最省,换算工程运营费现值较省,但需采用双机牵引,增加机车车辆购置费和运营费用,路网适应性和运营灵活性较差。

局部13‰双机方案:缩短了双机坡地段的长度,相对于全线双机而言可节省机车车辆购置费和运营费;换算工程运营费现值最小。但该方案需增设补机点,增加运营作业时分,对运营产生不利影响,路网适应性和运营灵活性较差。4.4.2　研究结论

根据4个方案的优缺点分析比较,9‰限坡方案虽然需采用大功率机车牵引4000t,增加机车车辆购置费和运营费用,但随着机车车辆的发展,该方案的路网适应性和运营灵活性将更加灵活;而且该方案可有效地缩短部分特长隧道的长度,降低了施工难度和工程风险,其中戴云山隧道由27.7km缩短至15.6km,大部分特长隧道采用人字坡,较6‰方案节省投资12.2亿元、工程运营费节省2.7亿元,故研究推荐9‰限坡方案。

5　环保水保选线

向莆铁路沿线自然保护区、风景名胜区、水源保护区、文物保护单位等环境敏感点和军事敏感点众多,研究区域分布有国家级环境敏感点35个、省级164个。环保选线是根本解决铁路对生态敏感目标影响的最有效手段,设计对可能通过生态敏感目标的线路在各方面因素协调统一的情况下,通过生态环境、水土保持、土地资源、拆迁安置及城市规划、社会经济等多种因素的分析比较,采取最大限度的绕避措施。向莆铁路推

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荐的线路走向避开了所有森林公园、饮用水源一级保护区及绝大多数的生态环境保护目标。但受线路走向及城市设站等因素的控制,通过了泰宁世界地质公园

的外围生态保护区;以长隧道(青云山隧道)下穿青云山国家级风景名胜区及藤山和老鹰尖省级自然保护区。设计的泰宁车站绕避了地质公园的二级保护区及金湖风景名胜区,仅通过地质公园的外围生态环境保护区,最大限度地减少了对地质环境影响。泰宁站占地类型主要为林地、农田和荒地,受人类活动的影响,植被遭到不同程度的破坏,水土流失比较严重。由于站址现状环境质量一般,工程建设不会对该区域的生态环境和景观造成质的影响。设计中采取对桥梁、路基、隧道洞口进行绿化、植物防护等景观设计,施工结束后随着植被的恢复以及绿化工程的实施,原来被破坏的景观将被另一种景观所替代。

由于受永泰设站和线路走向的控制,线路以长隧道形式下穿青云山国家级风景名胜区、藤山、老鹰尖省级自然保护区。由于隧道埋深150～890m,工程运营不会对环境产生影响,影响主要表现为在施工期斜井开挖对景区、保护区产生的影响。设计中在加强景观、绿化设计的同时,重点加强施工方案优化,使得隧道进出口、斜井等施工作业均在保护区之外,对隧道洞身断层带施工采取径向注浆或超前帷幕注浆,防止地下水流失,施工结束后,对施工便道和斜井洞口进行植树绿化和景观设计,将其改造为旅游通道;景观绿化树种选择与景区植被景观规划相协调,增加植物的观赏价值,优化景观效果,青云山隧道施工期环境影响可控;综合社会、经济、环境多因素考虑,环境评价设计方案可行。因此建设部、国家环保总局、福建省同意线路以隧道形式穿过青云山风景名胜区、藤山、老鹰尖省级自然保护区。6　结语

选线设计是铁路运输的灵魂,更是铁路建设优劣成败之命脉,又是一项涉及因素多、牵及面广、区域范

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客运专线桥上无缝道岔计算模型和计算方法研究

李秋义

(中铁第四勘察设计院集团有限公司线站处,武汉　430063)

摘　要:在充分分析道岔桥梁相互作用原理及力学传递机理的基础上,建立了有砟轨道和无砟轨道“岔梁墩一体化”计算模型,提出了道岔与桥梁相互作用非线性有限元计算方法,并开发相应的计算程序。通过与德国计算结果的比较验证本文计算模型和计算方法的可行性和合理性。关键词:桥上无缝道岔;计算模型;计算方法中图分类号:U238;U213.2+22　　文献标识码:A文章编号:1004-2954(2010)02-0064-03

本文在充分分析道岔-桥梁相互作用原理及力学

传递机理的基础上,建立了桥上有砟轨道和无砟轨道“岔-梁-墩一体化”计算模型,提出了道岔与桥梁相互作用非线性有限元计算方法,并开发相应的计算程序。通过与德国计算结果的比较,验证本计算模型的可行性和合理性。

2　道岔桥梁相互作用原理对于桥上无缝道岔,道岔和桥梁之间是一个相互作用、相互影响的耦合系统。在桥上轨道(包括道岔)与桥梁之间形成一个相互作用的力学平衡体系。道岔桥梁相互作用原理是桥上无缝道岔纵向力和位移计算的理论基础。道岔与桥梁相互作用力包括伸缩力、挠曲力、断轨力、制动力。道岔与桥梁之间的相互作用如图1所示。

1　概述

随着铁路客运专线的建设与发展,将会有越来越多的道岔设置在桥上。建立科学合理的计算模型与计

算方法是研究桥上无缝道岔受力与变形的重要手段,也是指导无缝道岔设计、施工及养护维修的理论基础。桥上无缝道岔的计算模型和计算方法研究已经引起国内外高度关注。德国和法国分别建立了轨道-桥梁有

[1～5]

限元计算模型,国内也有相关研究成果相继发表。

收稿日期:2009-09-29基金项目:铁道部科技开发计划项目(2005G021)作者简介:李秋义(1972—),男,高级工程师,2003年毕业于中南大学道路与铁道工程专业,工学博士。

图1　道岔与桥梁相互作用

围大的系统性工程,如何结合当地的自然条件,发掘最合适的路线,确有其深邃的价值。结合向莆铁路的选线设计,总结的“路网选线、城市选线、地形选线、地质选线、环保选线”基本含概了选线的基本原则和方法。(1)路网选线主要根据《中长期铁路网规划(2008年调整)》,依据预测的客货运量,研究比选项目的起讫点方案,并确定项目的功能定位。

(2)随着我国经济建设的发展,城市布局已成为制约线路走向的重要因素。城市选线主要结合城市的现状、工农业布局、交通体系和总体规划及区间城镇的分布,研究项目起讫点的铁路总图布置和引入方案,区间城镇作为经济据点的经由比选和车站站址方案的研究。(3)地形选线、地质选线是日常设计中最常用的两种方法,地形选线主要结合隧道长度、桥渡方案和引线条件,选择适宜当地自然条件的线位方案和限制坡度;地质选线重点关注区域地质构造,绕避大型滑坡、区域或活动断裂、岩溶强发育区等大中型不良地质,对小型不良地质做到“绕有依据、治有措施”,宜最短距64离通过为原则。

(4)环境保护、节约土地、拆迁安置是铁路选线设

计需高度关注的一项关键课题,而环保选线是根本解决铁路对生态敏感目标影响的最有效手段,通过环保选线,采取最大限度的绕避措施,保护环境,节约用地,减少拆迁安置工程是环保选线的目的。对必须通过的环境敏感点,必须绕避其核心区、缓冲区等二级以上保护区,宜选择在外围保护地带或边缘通过,在设计中尽量考虑隧道、桥梁工程,减少对地表和植被的破坏,在工程方案中必须考虑符合当地自然环境的绿化景观设计。参考文献:

[1]　GB50090—2006,铁路线路设计规范[S].

[2]　铁建设[2005]285号,新建时速200km客货共线铁路设计暂行

规定[S].

[3]　铁道部第一勘测设计院.铁路工程设计技术手册·线路[M].北

京:中国铁道出版社,1994.

[4]　中铁第四勘察设计院集团有限公司.向莆铁路可行性研究报告

[R].武汉:2007.

铁道标准设计　RAILWAY　STANDARD　DESIGN　2010(2)