鹤壁煤化工铁路专用线与长风南路交叉方案研究及优化

李宏伟

(鹤壁煤业集团公司铁路运输处,河南鹤壁 458030 )

1 问题的提出

为了满足鹤壁煤电股份有限公司年产60万t甲醇项目(简称鹤壁煤化工)建设和运输生产需要,需配套新建铁路专用线1条,该铁路专用线设计等级为：单线工企Ⅰ级,从鹤壁矿区铁路八矿站接轨,然后辗转向西到老七矿位置新建煤化工站,正线长2.405 km,铺轨总长6.234 km,最大限制坡度15‰。但由于铁路专用线位于鹤壁市鹿楼工业区范围之内,线路走向方案已经确定,造成该铁路专用线与鹤壁市城市道路—长风南路在专用线里程DK0+283.87处交叉。根据现代城市发展和一般设计思路,应采用立体交叉方案通过,但由于该交叉点又正好位于鹤壁市鹿楼煤矿采煤下沉区范围之内,存在地面下沉的不确定性,且该交叉点公路方向又正好位于坡道之上,实测最大坡度4.3%,市政部门要求,公路方面改造设计坡度不能大于5%,由于受地面高程和线路纵坡等因素的限制,给该交叉方案的图纸设计和方案选择带来了较大困惑。因此,仔细研究和优化此处交叉通过方案成为了该铁路专用线设计和建设的重要一环。

2 长风南路概况及交叉点限制因素

2.1 长风南路概况

长风南路位于鹤壁市山城区,是连接鹤壁市老城区与鹿楼工业区的主要道路,道路规划总宽度26 m,现有实际行车道路路面宽16 m,沥青混凝土路面,两侧人行道宽5 m,属城市主要道路。煤化工铁路专用线线路走向及交叉位置见图1。

图1 煤化工铁路专用线线路走向及交叉位置示意

2.2 交叉点附近的限制因素

(1)交叉点处建筑物限制。交叉点位于鹤壁市鹿楼工业区范围之内,东侧为鹤壁矿区铁路八矿接轨站和居民区,西侧为鹿楼煤矿主井和生产区域,北侧180 m处为鹤壁市主要河流泗河4-15 m小庄桥,受上述条件限制,铁路专用线可以移动和调整的范围非常有限。

(2)交叉点处地面高程和铁路纵坡限制。八矿接轨点处地面高程152.00 m,煤化工站地面高程174.20 m,交叉点处距离八矿接轨站仅有283 m,距终点煤化工站仅有1 275 m,地面高差22.2 m,自然坡度已达17.4‰,而铁路专用线批复的最大限制坡度15‰,交叉点处铁路轨面设计高程为155.38 m,长风南路在该处的高程为154.24 m,高差为1.14 m,由于铁路专用线区间距离太短,调整铁路纵坡亦非常困难。

(3)交叉点处公路坡度限制。长风南路与设计的铁路专用线交叉处的道路正好位于长大坡道上,坡道总长460 m,实测最大公路纵坡4.3%,坡顶位于交叉点南侧既有小电厂运煤小铁路道口处,该处距交叉点280 m,坡脚位于小庄桥南桥头,距交叉点180 m,受桥面高程控制,公路方向纵坡调整也十分困难。

(4)鹿楼煤矿采煤下沉区的限制。该交叉点正好位于鹿楼煤矿采煤下沉区范围之内,依据地测部门预测,最大预估下沉量在0.8 m左右,根据现场实际观测,由于该矿采煤,现已造成附近小庄桥桥拱裂缝和公路路面下沉错位达0.4 m左右,故在此处修建铁路立交不仅十分困难且存在较大安全风险。

3 立交与平交方案的比较与选择

根据城市发展和铁路安全行车需要,首选方案一般应采用立交方案,但由于受地形和煤矿采空区影响,该处采用立交方案困难较大,对比分析如下。

3.1 立交方案

由于受接轨点高程、铁路纵坡以及煤矿采空区等因素限制,采用立交方案时,只能是采用公路上跨铁路的整体箱涵立交方式,并且还造成交叉点北侧原4-15 m小庄桥抬高重建和长风南路660 m既有道路抬高改造,工程投资较大,约需资金3 156万元。不仅如此,该方案虽然采用了独立的框架桥结构,但在采空区上修建立交仍然存在如下风险。

(1)煤矿采空区埋深约120 m,桥涵基础和公路路基都存在着下沉的危险,且下沉的具体时间及下沉量都难以准确预测。

(2)煤矿采空区的下沉还可能造成立交箱桥倾斜变形,下沉严重时可导致结构毁坏,且难以修复。

(3)煤矿采空区的不确定性下沉还将直接影响到铁路、道路的正常通行安全。

(4)根据设计方案,铁路下穿长风南路箱桥虽预留了80 cm的下沉量,但此恐难以满足实际下沉的要求,如下沉量过大时将影响铁路通行净空高度。

3.2 平交方案

相对比较简单,即在交叉点处按照铁路道口设计相关规范要求设置有人看守铁路平交道口1处即可。平交方案在道路畅通、交通安全方面虽不如立交,但由于煤化工铁路专用线每天通过的列车仅有6对,对公路通行影响不大,设置有人看守平交道口并设置完善的道口报警系统,能够满足铁路及道路安全通行的需要,并具有以下优点。

(1)相对安全可靠,因采煤下沉及其他原因道路、铁路出现下沉问题时容易修复,直接起垫恢复路面、轨面高程即可。

(2)工程简单,容易实施,不需要大量抬高公路、不需要新建、拆建原有桥涵；不需要施工便桥、便线等临时通行措施,施工不中断长风南路正常通行。

(3)拆迁范围较小,不涉及公路两侧加油站、车管所、自来水主管等建筑物和管线的拆迁改移。

(4)工程投资相对较小,包括道口房、道口栏杆及其相关设备约需资金389万元,仅是立交方案的将近1/8。

4 平交方案的具体优化与管理

4.1 平交道口位置及平台长度的确定

由于该道口位于长大坡道上,铁路、公路交叉点处需设置道口平台,根据《铁路线路设计规范》的要求,钢轨外侧单侧平台最小长度不得小于16 m,但平台太宽又没有条件,为此,合理确定平台的位置和长度非常重要。根据现场实际并考虑轨枕施工需要,道口平台宽度设定为38 m,平台高程为155.21 m。由于南侧道路向铁路方向为下坡,为保证交通安全,南侧设置较宽的平台,平台边缘距铁路中心线为21 m；北侧道路向铁路方向为上坡,平台边缘距铁路中心线为17 m。

4.2 公路方向5%纵坡的优化

根据《铁路线路设计规范》的要求,困难条件下紧接道口平台的公路纵坡不得大于5%,但由于受周边地形和小庄桥高程的限制,设计部门最初推荐的方案,公路连接纵坡为5.2%,不仅不能满足《铁路线路设计规范》的要求,而且无法得到当地市政部门的认可,为此必须对该方案进行优化调整。经过多次现场测量和计算,在确保铁路限制纵坡15‰的不变的前提下,在公路方向把交叉点南移11.1 m正好可以满足5%纵坡需要。这样,南侧平台边缘至坡顶的距离调整为280-11.1-21=247.9 m,高差162.84-155.21=7.63 m,平均坡度为3.1%,道口平台外与上坡段道路采用凹形竖曲线连接,竖曲线半径采用870 m,竖曲线长度为40 m；北侧平台边缘至坡脚的距离为180+11.1-17=174.1 m,高差155.21-147.63=7.58 m,道口平台外与下坡段道路采用凸形竖曲线连接,竖曲线半径采用900 m,竖曲线长度为45 m。竖曲线之外连接道路的最大坡度为7.58÷(180+11.1-17-22.5)=5%,正好满足规范需要,并得到了当地市政部门的认可。

4.3 平交道口的管理及安保设施

为了确保铁路和公路行车安全,防止道口事故的发生,该平交道口拟采用双人双岗有人看守的作业方式,同时设计有37 m2的道口看守房,设置4台联动道口栏杆,设置远程道口视频监控和完善的道口标志及信号报警系统。

5 结论及意见

经过上述综合研究、比较和优化,由于该交叉地段位于煤矿采煤下沉区,地质条件无法充分满足立交建设需要,从结构安全、铁路行车量、经济合理等方面综合考虑,不能盲目追求立交方案,煤化工铁路专用线与长风南路的交叉处理,应结合现场实际,因地制宜地进行研究和考虑,故采用优化后的平交方案还是比较合理可行的。优化后的平交方案,不仅满足了铁路纵坡15‰的限坡要求，同时也满足了公路纵坡不大于5%的设计要求；不仅避免了在采煤下沉区修建桥涵的风险,同时也为项目建设节省了大量资金；不仅满足了规范和市政部门的要求,同时也为项目的设计和施工建设奠定了基础。

参考文献：

[1] GB50090—2006 铁路线路设计规范[S].北京：中国计划出版社,2006.

[2] 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.

[3] GBJ12—87 工业企业标准轨距铁路设计规范[S].北京：中国计划出版社,1989.

[4] GBJ37—90 城市道路设计规范[S].北京：中国建筑工业出版社,1991.

[5] GBJ83—99 城市用地竖向规划规范[S].北京：中国建筑工业出版社,1999.

[6] 中铁郑州勘测咨询院有限公司.鹤壁煤化工铁路专用线初步设计[R].郑州：中铁郑州勘测咨询院有限公司,2009.