阿富汗国家铁路Torkham经Kabul至Hairatan线限制坡度方案研究

2014-05-04张晓东

铁道建筑 2014年10期

张晓东

(中铁第一勘察设计院集团有限公司，陕西西安 710043)

1 工程概况

新建阿富汗国家铁路位于阿富汗东北部，东连巴基斯坦白沙瓦地区，途经阿富汗首都Kabul，北接乌兹别克斯坦泰尔梅兹镇(Termez)。

该线路东起楠格哈尔省(Nangarhar)阿巴边境的托克汗姆(Torkham)，向西经贾拉拉巴德(Jalalabad)、首都喀布尔(Kabul)后折向北，经帕尔旺省(Parwan)，沿兴都库什山南侧西行，通过巴米扬省(Bamiyan)，从Bahgandan山口翻越兴都库什山，向北经巴格兰省(Baghlan)至昆都士省(Kunduz)，折向西经萨曼甘省(Samangan)的胡勒姆(Kholm)、巴尔赫省(Balkh)的Naibabad转向北至终点巴尔赫省(Balkh)的海拉塘(Hairatan)。该新建线路行经阿富汗8省市，全长835.28 km。

该线路将为阿富汗国家铁路网的形成奠定基础。线路翻越兴都库什山，沟通阿富汗南北交通，北接乌兹别克斯坦共和国、塔吉克斯坦共和国等中亚国家，东接巴基斯坦等南亚国家，未来将是中亚、阿富汗通达印度洋铁路通道最为便捷的组成部分。

2 工程特点和研究思路

2.1 工程特点

线路沿线无外部供电条件，地形复杂，越岭工程量大，车站布设困难。沿线经济据点少，运营经验少。

2.2 限制坡度选择的研究思路

从通道大致走向及所经地区地形特点看，线路地形起伏较大，越岭地段桥隧相连，自然纵坡大，工程艰巨。为减少线路展线、降低工程投资，应选用较大坡度方案。本文主要对18‰，25‰，30‰三个大坡度方案进行分析比较，主要从地形适应性、工程投资、运营费用、运营安全等方面进行定性、定量分析，推荐经济、适用、安全的限制坡度方案。

3 影响限制坡度选择的因素分析

限制坡度是影响铁路选线全局的主要技术参数。它不仅对线路走向、长度和车站分布有很大影响，而且直接影响运输能力、行车安全、工程费与运营费。影响限制坡度选择的因素分析如下。

3.1 牵引种类

推荐采用内燃牵引，预留电化条件。

3.2 机车类型

推荐采用中国HXN3机车。

3.3 设计规范有关规定

《铁路线路设计规范》(GB 50090—2006)规定，各级铁路电力、内燃牵引的加力牵引坡度值分别不得大于 30‰，25‰。

3.4 机车牵引制动性能

在25‰以上坡度，多机牵引的牵引质量均受制动安全性控制，坡度越大，其牵引和制动的匹配性越弱，采用多机牵引提高牵引质量的经济性和安全性越差。本次研究建议坡度以30‰及以下为宜。受牵引制动性能限制，18‰，25‰，30‰方案分别按照双机牵引5 000 t、双机牵引3 500 t(三机5 000 t)、三机牵引4 000 t控制。

4 限制坡度方案研究

从本线行经地貌单元看，主要有两次越岭。

Torkham至Kabul段沿Kabul河谷布线，主要翻越兴都库什山支脉Wuch Char山，自然纵坡较大;Kabul至Dowshi段线路翻越兴都库什山，山体宽厚，自然地形起伏较大，沟谷狭窄，越岭地段基本为桥隧工程。采用不同的坡度，引线工程有较大的差别。本文结合牵引质量与站间距的布设，重点针对以上两段线路(Dowshi至 Hairatan段地形较为平坦，本文不做研究)，研究不同坡度对地形的适应情况，以采取合理的工程措施来降低工程投资、节约能源、改善运营条件。

4.1 Torkham至Kabul段

4.1.1 地形特征

Torkham位于开伯尔山口处，高程约 700 m，Jalalabad为河谷平原区，高程为600～650 m，Kabul为山间盆地，高程约为1 800左右，Wuch Char山横亘其间，海拔1 800～2 600 m。

地形整体上为西高东低，西陡东缓，线路基本沿Kabul河布线。东段河谷区阶地发育，河床自然纵坡为6‰～10‰;西段山区，山大沟深，沿河流切割山体呈“V”形沟谷，河床纵坡＞25‰。公路在该段山区穿行时蜿蜒曲折，多以S形在沟谷中布线，局部以隧道通过。

4.1.2 坡度方案比选

Torkham向西至Jalalabad段60 km范围内线路高差下降100 m左右(图1)，18‰坡度适应地形条件较差。为与全线坡度一致，降低桥隧工程比例，减少工程投资，采用25‰的坡度。

图1 Torkham至Jalalabad段地形示意

Jalalabad至Kabul段为越岭地段(图2)，结合双机对大坡道的适应性分析，对该越岭段分别研究了18‰，25‰，30‰三个坡度方案。

图2 Jalalabad至Kabul段地形示意

1)地形适应性及工程设置条件分析

18‰方案适应该段地形条件较差。线路过Jalalabad后沿Kabul河左侧的河谷阶地以路基形式紧坡抬升高程。到达峡谷区时，线路在山区内围绕Wreshwn Ghar山展线，以获取足够的线路长度满足抬升高程的需要，桥隧比例大，设站条件差，工程艰巨。

25‰方案基本能适应该段地形条件。线路能充分利用部分Kabul河流阶地，以自由坡引线设置路基工程，部分河流阶地需抬升线路高程。到达峡谷区时，线路开始紧坡布线，基本以顺直的线路达到设计高程位置，本段坡度基本适应地形，地形平缓地段多以路基工程通过，地形狭窄地段多以桥隧工程通过，个别车站设站条件差。

30‰方案适应该段地形条件较好。线路能充分利用Kabul河流阶地，以自由坡设置简易路基工程。到达峡谷区时，线路开始紧坡布线，基本以顺直的线路达到设计高程位置。工程设置合理，桥隧总长略短。

2)主要技术特征分析

根据线路设计纵断面，对Torkham至Kabul段各方案线路纵断面主要特征进行对比分析，见表1。

表1 各方案纵断面主要特征

由表1可见，该段线路为由低向高抬升，呈单面坡态势，越岭隧道长度相差不大。但坡度越小，适应性越差，需要较长的线路长度来抬升高程，桥隧工程相应增多;坡度越大，适应性越强，线路越顺直，桥隧工程相应较少。18‰方案不适应地形，线路最长，桥隧工程最大;25‰坡度方案适应自然地形，桥隧工程合理;30‰坡度方案与25‰坡度方案线路长度相当，桥隧工程略短。

3)工程投资对比分析(表2)

表2 Torkham to Kabul不同坡度方案经济比较

由表2可见，18‰方案线路长，桥隧工程大，工程设置条件差，施工技术及施工难度大，投资最高;25‰与18‰坡度方案相比，能有效缩短线路长度，减少桥隧工程，节约工程投资达1.23亿美元;30‰坡度方案与25‰坡度方案相比节约1 669万美元。

4)运营成本分析及费用现值评价

为进一步分析论证各坡度方案，按最小费用现值法进行经济性分析，计算期采用30年，财务折现率取3%。不同坡度方案经济性综合比较见表3。

表3 不同坡度方案经济性比较万美元

5)本段坡度方案推荐意见

30‰方案适应地形条件较好。工程投资比18‰坡度方案省1.40亿美元，比25‰方案省1 669万美元。经济性分析表明，18‰坡度方案经济性差，25‰经济性最优。

结合本线的地形特征和机务设施布局条件，考虑经济性最优化原则，本段坡度采用25‰方案。

4.2 Kabul至 Dowshi段

4.2.1 地形特征

Kabul至Charikar段线路为山间盆地，地形平坦，高程约为1 800 m左右。

Charikar至杜希段越岭，东端 Charikar高程约为1 800 m，越岭垭口Bande-Charbandak高程为2 800 m，杜希高程约为800 m。

兴都库什山Bande-Charbandak垭口高程为2 800 m，Charikar至 Bande-Charbandak间的 Sekan River平均河床纵坡约12‰。其中上游河床纵坡为20‰，中游河床纵坡为10‰，下游河床纵坡为6‰。河谷基本呈V形结构，两侧阶地不发育。地形如图3所示。

图3 Bande-Charbandak垭口段地形示意

中部Shekan为山间V形狭谷区，沟谷深切，且其纵坡呈缓陡交替变化。线路沿Sekari河向北前行，Sekari河上游河床自然纵坡为30‰，中游河床自然纵坡为8‰，下游河床自然纵坡为35‰，平均自然纵坡达20‰，局部河床狭窄深切，自然纵坡达50‰。地形如图4所示。

图4 中部Shekan段地形示意

北部线路沿Surkaw河布线，河流在兴都库什山北部崇山峻岭间蜿蜒前行，河谷较为开阔，杜希高程约为800 m。地形如图5所示。

图5 北部Surkaw河谷段地形示意

4.2.2 坡度方案比选

本段地形条件变化较大，线路纵坡特征为起伏较大，拔起高度高，长大紧坡段落长。结合机车对大坡道的适应性分析，对该段越岭方案分别研究了18‰，25‰，30‰三个坡度方案。

1)地形适应性及工程设置条件分析

18‰方案需设置较长隧道通过山体，线路坡度不适应河谷地形。线路需于河谷两侧以桥隧相连工程迂回展线，长大紧坡段落长，车站设站条件差，桥隧比例大，工程艰巨。

25‰方案适应该段地形条件较好。在翻越Bande-Charbandak垭口的越岭隧道为6.16 km，线路在岭顶两端利用支沟进行局部展线，其余段落基本沿河谷而行，充分利用河流阶地布线。在Kohe Kaftarkhana山口两端河谷纵坡大，线路适应能力差，无法利用河谷布线，需利用各支沟展线以延长线路长度，降低线路高程。在该段长大紧坡段落长，桥隧工程布设困难。

30‰方案翻越Bande-Charbandak垭口的越岭隧道为6.1 km。基本沿两侧河谷而行，充分利用河流阶地布线，在翻越Kohe Kaftarkhana山口时，利用伞状分布支沟的有利地形，局部展线到达开阔的河谷阶地，充分利用河流阶地布线。该方案适应地形条件较好，长大紧坡长度适中，有两处车站布设困难。

2)主要技术特征分析(表4)

表4 各方案纵断面主要特征

由表4可见，两处越岭高程起伏较大，不同的坡度引起的越岭隧道长度及线路工程有较大的差异。18‰方案不适应地形，越岭隧道最长，线路展线最长，长大紧坡段落最长，引起的桥隧工程增加最多;25‰坡度方案受地形限制，局部段落需展线，其余部分适应自然地形，桥隧工程合理。30‰方案能减少长大紧坡长度，但在线路长度和越岭隧道方面与25‰坡度相比没有较大的改善。

3)工程投资对比分析(表5)