承隆铁路改建方案研究

2014-07-08梁春

铁道标准设计 2014年7期

关键词：双峰矿区水库

梁春

(中铁工程设计咨询集团有限公司,北京 100055)

承隆铁路改建方案研究

梁春

(中铁工程设计咨询集团有限公司,北京 100055)

承隆铁路部分线路因双峰寺水库的建设需要改建。改建内容分为线路改线和既有线路基改造。线路改线段方案结合铁路运营条件、矿区影响、施工工期、工程投资等方面进行了综合比选；路基改造段结合库区浸水路基情况，分析了既有路基病害、运营安全、养护维修、工程投资等影响因素，推荐了安全可靠、综合效益佳、可实施性强的合理方案。

承隆铁路；改线；路基改造；方案研究

1 概述

承隆铁路位于河北省东北部,南起于京承线承德站,自承德站西端出岔,沿武烈河东岸北上,经双峰寺、高寺台、韩麻营,北讫于京通线隆化站,呈东南-西北向沟通京承、锦承及京通铁路,为3条铁路干线的联络线。

双峰寺水库是拟建的一座大(Ⅱ)型水库,位于滦河一级支流武烈河干流上,地处承德市区上游12 km。双峰寺水库可以从根本上解决武烈河流域及承德市区的防洪问题,是解决承德市区用水的最佳供水方式,是改善和保护城市生态环境的需要,并且能拉动旅游和全市经济发展。双峰寺水库的建设将淹没承隆铁路双峰寺站(不含)至高寺台站(不含)区间部分线路,为保证既有铁路运营需求及水库建设的顺利实施,该段铁路线路需要进行改建。

2 自然特征

2.1 地形地貌

承德地区处于内蒙古高原向华北平原的过渡带,为燕山北麓低山河谷地貌。沟谷间山体浑厚峰峦迭起,峰顶高程一般600.0～900.0 m,少数超过1 000.0 m。流域内总体地势北高南低,自小庙子坝址向上游20 km范围内由北向南沟谷地表高程从450.0 m降至365.0 m。河流两岸不对称,断续分布由含卵(碎)石黄土状土构成的二级阶地,前缘多较陡峭,一般高出河漫滩15～20 m,局部呈缓坡状；基岩裸露岸多山势陡峭。拟改建线路附近最大相对高差大于200 m。

2.2 工程地质及水文地质

2.2.1 地层岩性

线路沿线出露第四系全新统冲洪积地层及太古界单塔子组地层。

第四系全新统(Q):分布范围较广,厚度变化大,成因类型复杂。主要分布于基岩表层及武烈河二级阶地。

太古界单塔子群(Arb):以黑云斜长片麻岩、黑云二长片麻岩为主,中粗粒结构,片麻状构造,主要矿物成分为石英、长石、云母和角闪石等。大部分出露于低山区。

2.2.2 水文地质

本地区地下水分为三种类型:第四系孔隙潜水、基岩裂隙水及构造裂隙水。

(1)第四系松散岩类孔隙水:主要受武烈河上游渗流、河水以及侧向基岩裂隙水补给,河谷区埋深一般2.0～5.0 m。

(2)基岩裂隙水:主要受大气降雨补给。本区基岩岩性及接触关系复杂,裂隙发育不均,富水性差别较大。

(3)构造裂隙水:在基岩构造发育部位赋存,主要受大气降水影响,主要分布在断层及节理裂隙发育的破碎带等部位,富水性较差。

3 方案研究

3.1 线路改线段方案研究

3.1.1 控制因素

(1)双峰寺水库

承隆铁路双峰寺站至高寺台站区间线路基本沿武烈河西岸走行,受拟建双峰寺水库库区范围及设计淹没线影响,部分线路处于淹没区,需将线路改移或抬高线路路基设计高程。

(2)区域地形地貌

改线段所经区域为低山河谷地貌,地形起伏较大,地势由西北向东南阶梯下降。线路在该区域通过会产生桥梁或隧道工程,桥梁或隧道的位置、长度的选择是改线段选线的重点。

(3)矿区

该区域内影响线路选线的矿区主要有2处,分别为承德世广铁矿和承德双龙冶金有限公司程前铁矿。

3.1.2 方案说明

结合双峰寺水库淹没区范围、沿线地形、地貌及周边矿区的分布,主要研究了4种线路方案。改线段线路方案示意见图1。

图1 改线段线路方案示意

短隧道方案(方案I):线路自双峰寺站北端引出后,为尽量争取高程采用局部展线,分别以2.906 km、2.21 km两座隧道穿过小碾子沟、歪脖沟,经头道窝铺、二道窝铺,出洞后接入既有线至改建终点,线路总长为6.437 km。

长隧道方案(方案Ⅱ):线路自双峰寺站北端引出后,以5.185 km长隧道穿越山体经二道窝铺至改建终点,线路总长为6.264 km。

短隧道展线方案(方案Ⅲ):线路自双峰寺站北端引出后,为保证铁路在小碾子沟处的设计高程不低于设计洪水位的392.82 m,采用大范围展线,分别以3.7、2.21 km两座隧道经承德世广铁矿东侧、头道窝铺、二道窝铺至改建终点,线位距矿区东边界约80 m,线路总长为7.164 km。

取直方案(方案Ⅳ):线路自双峰寺站北端引出后,尽量取直以减少改线长度,分别以2.724、2.21 km两座隧道,穿过小碾子沟、歪脖沟,经头道窝铺、二道窝铺至改建终点,线路总长为6.164 km。

在上述各方案中,其中方案Ⅳ虽然线路长度最短,工程规模最小,但其于小碾子沟处的轨面设计高程为383.26 m,较库区设计洪水淹没线低9.56 m,并且距离水库淹没线仅为255 m,考虑到水库建成以后水压较大,现状自然山体较古老,存在隧道渗水、透水的可能性,进而会对铁路的运营形成较大的安全隐患,经分析,对该方案予以放弃。重点对其他几个方案进行比较。

各方案主要工程数量比较见表1。

表1 改线段方案比较

3.1.3 方案综合分析与推荐意见

从铁路运营看,本线设计为内燃、预留电化条件,隧道应尽量短直,以利于隧道的通风、减少照明等设备的投入并改善线路的运营与维修养护条件。从此方面看,方案I与方案Ⅲ分设2座隧道,方案Ⅱ采用一座5.185 km的长隧道,方案I最好,方案Ⅲ次之,方案Ⅱ最差。

从与矿区关系看,方案I与方案Ⅱ距离承德世广铁矿东边界均较远,而方案Ⅲ距矿区东边界较近仅为80 m,在施工过程中需加强结构工程的防护,以减小与矿区间的相互影响,外部条件相对较差。从此方面看,方案I最好,方案Ⅱ次之,方案Ⅲ最差。并且,《承德市人民政府关于对双峰寺水库上游工矿企业进行综合治理的承诺函》(承市政字［2010]104号)中承诺:将承德双龙冶金有限公司程前铁矿一、二厂及其尾矿库整体迁出,对库区周边其他尾矿库进行加固、防渗处理,提高尾矿坝安全标准,保证不垮坝,污水、废水不外排,建设截污工程和矿山废水事故池,降低矿山对水库水质污染的风险等。根据承德市人民政府的承诺函,库区周边矿区对铁路施工、运营安全的不利影响将会极大减少或消除。

从工程投资看,方案I线路总长较短,2座隧道长度均适中,施工工期也相对较短,线路位于小碾子沟处的轨面高程较设计洪水位低3.25 m,应局部加强隧道结构的防水设计,该方案工程总投资最小；方案Ⅱ线路位于小碾子沟处的轨面高程较设计洪水位低4.63 m,歪脖沟段埋深较浅,也应局部加强隧道结构的防水设计,虽然线路总长最短,但其5.185 km的长隧道单体结构工程投资较大,而且施工工期也最长；方案Ⅲ为了使线路的设计高程不低于设计洪水位,导致线路展长,不但隧道总长和工程投资增加,而且线形较差,恶化了铁路的运营条件,另外,该方案距矿区仅为80 m,实施过程中可能会发生加强工程防护及矿区赔偿等费用。方案I较方案Ⅱ线路总长多0.173 km,较方案Ⅲ线路总长少0.727 km；方案I桥隧总长分别较方案Ⅱ、Ⅲ短0.069 km、0.794 km,工程投资分别少1 029.83万元、2 320.28万元。

综合以上分析,为优化铁路运营条件、减少与矿区相互影响、缩短施工工期、节省工程投资,推荐短隧道方案(方案I)。

3.2 既有线路基改造段方案研究

西黄土坎村淹没区内,既有线K20+560～K21+ 450段轨面高程低于设计洪水位,在进行路基改造的同时需进行抬道,其余地段既有轨面高程均高于设计洪水位,无需抬道,只进行路基改造。

3.2.1 方案说明

对位于淹没区范围内的既有线进行了挖除换填与加固补强2个方案的比选研究。

挖除换填方案:将既有线先挖除后换填渗水土,边坡用干砌片石防护。

加固补强方案:在既有线路基边坡设置片石混凝土挡墙进行防护。

两方案主要工程数量及技术经济比较见表2。

3.2.2 方案综合分析与推荐意见

挖除换填方案虽然增加了初期工程投资,但该方案对位于淹没区范围内的铁路路基全部挖除后再以渗水土填筑,可降低将来发生路基病害的可能性,并增强路基处于浸水状态的稳定性,进而大大增加铁路的运营安全性；加固补强方案虽然初期工程投资略少,但设置于路基边坡的挡土墙为被动防护,没有彻底根治翻浆冒泥、冬季冻害等路基病害,不仅增加了养护维修工作量,对将来运营行车安全也难以保证。