蒙西至华中地区铁路煤运通道选线思路探析

2014-11-27边立虎

铁道标准设计 2014年9期

边立虎

(铁道第三勘察设计院集团有限公司，天津 300142)

1 概述

新建蒙西至华中地区铁路煤运通道工程线路北起东乌铁路浩勒报吉站，途经内蒙古自治区鄂尔多斯地区，陕西省榆林、延安地区，山西省运城地区，河南省三门峡、南阳地区，湖北省襄阳、荆门、荆州地区，湖南省岳阳地区，终点到达江西省吉安，线路全长1 815 km。

2 区域自然特征

沿线大的地貌单元为毛乌素沙漠、黄土高原、吕梁山脉、黄龙山—南吕梁山，临汾盆地—峨眉台地—运城盆地，中条山脉、灵三盆地、东秦岭山脉。

靖边—无定河—榆林一线以北为毛乌素沙漠，以南至宜川为黄土高原区，宜川至河津—韩城一线为黄龙山山脉、吕梁山山脉，河津至运城为临汾盆地—峨眉台地—运城盆地，运城至三门峡西为中条山脉及灵三盆地，三门峡西以南为东秦岭山脉的崤山。

沿线所经区域大部分属黄河水系，除分布黄河及其一级支流洛河、汾河、渭河外，毛乌素沙漠区还分布少量内陆河流和湖泊。沿线水库主要有巴图湾水库、三门峡水库。黄河及其一级支流基本常年有水，水量随季节变化，小的河流部分为季节性河流。

3 功能定位

本项目连接蒙陕甘宁“金三角”地区与鄂湘赣等华中地区，是“北煤南运”新的国家战略运输通道，是衔接多条煤炭集疏运线路、点网结合、铁水联运的大能力、高效煤炭运输系统和国家综合交通运输系统的重要组成部分。

4 铁路选线设计

4.1 技术标准的确定

技术标准的选择既要满足项目功能定位需求，又要受到沿线地形、地质条件制约，技术标准的选择影响到铁路的服务水平，同时影响到线路方案的选择。蒙华通道作为北煤南运战略运输通道，其技术标准的确定如牵引质量、限制坡度对线路选线、工程投资均影响较大，同时结合本通道具有线路长、隧道多等特点，对设计活载和隧道内的轨下基础类型进行了深入研究。

4.1.1 牵引质量和到发线长度

结合通道运量特征、与相邻线技术标准适应性、能力适应性等因素，对万吨列车开行范围及其预留问题进行研究，据此确定牵引质量和到发线有效长度。

(1)万吨列车开行必要性分析

蒙华铁路为大能力高效重载煤运通道，通道远景输送能力建议为客车15对、货运量2亿t，从满足远景运输能力和项目功能定位，本通道开行万吨列车是必要的。

(2)万吨列车开行范围

本通道全长1 815 km，通道区段运输功能不同，区段运输量差异较大，因此有必要对万吨列车开行范围进行研究。

从运量特点分析，通道来源为蒙西的纳林河、呼吉尔特、上海庙和纳林河地区，宁夏的宁东地区、陕西的榆林地区、山西晋中南地区，通道煤炭来源较为集中，煤炭供应以襄阳为节点向南分散，由襄渝线、汉丹线、武九线、焦柳线、通道荆门至岳阳段等向湘鄂赣三省地区疏运。大宗煤炭经本线至襄阳的运输距离为410～1 000 km，襄阳以北通道运量水平高，万吨列车运输距离长，具有较强的经济合理性，适于开行万吨列车。

从相邻线技术标准分析，通道北段集运区段相邻线多具备开行万吨列车开行条件，襄阳以南的疏运线路的牵引质量均为5 000 t及以下，不具备组织万吨列车条件。因此襄阳以北具备开行万吨列车的条件。

从能力适应性分析，本通道只开行5 000 t列车，经能力检算，近期各区段能力满足运输需求，远期运城至三门峡段能力不足，其他区段满足运输需求，因此从能力适应性分析，襄阳以北宜开行万吨列车。

(3)预留万吨列车开行条件的必要性

通道襄阳至吉安段开行5 000 t列车，根据沿线经济发展特征、客货运量变化态势、牵引种类发展趋势、近远期路网构成的变化及所承担的直通运量的特点，并考虑留有适当发展的余地，该段应预留万吨列车开行条件。

综上所述，通道襄阳以北为煤炭集运和疏运区段，运量水平高;襄阳以南为煤炭疏运区段，运量水平低且去向较为分散。浩勒报吉至襄阳段牵引质量为10 000 t，部分5 000 t，到发线有效长为1 700 m;襄阳至吉安段牵引质量为5 000 t，到发线有效长为1 050 m，部分车站预留1 700 m。

4.1.2 限制坡度

本通道研究年度轻重方向货流量之比为1∶5～1∶20，重空车方向较为明显，因此该通道宜分方向选择限制坡度，为更好适应通道开行10 000 t重载列车的需要，通道重车方向限制坡度选择为6‰。

通道沿线地形条件复杂，通道北段为沙漠地貌，地形平坦，采用6‰坡度标准适应地形变化。纳林河至山西河津段为黄土高原、中低山区高差达到950 m，地形陡峭，自然纵坡为13‰～16‰;河津至三门峡为“两高三低”态势，相对高差为680～800 m，自然纵坡为17.5‰～20‰;三门峡至襄阳段线路穿越东秦岭，自然纵坡在10‰以上，因此纳林河至襄阳段采用6‰/13‰限制坡度。襄阳至吉安段沿线地势起伏不大，采用6‰限制坡度。

4.2 集运区段选线

集疏运系统是蒙华铁路的重要支撑，衔接多条煤炭集疏运线路、点网结合、铁水联运、铁公联运的高效煤炭集疏运系统，可以充分利用煤运通道运输能力，对发挥通道整体效益，优化煤炭运输结构，完善铁路网布局，构建大能力、高效煤运通道具有重要意义和作用。

本项目集运区段为浩勒报吉至靖边东，集运系统包括路网相关线集运、沿线车站集运和专用线集运，且结合通道运输需求预测对集运系统进行了专题研究。以本通道为高效煤炭运输系统的功能定位为着眼点，确定该段落选线思路为:线路应短直，节省工程投资、集疏运便捷，最大限度减少压覆矿产资源为原则。

4.2.1 集运区段线路方案选择

本通道在蒙西、陕北地区吸引煤炭来源为纳林希里矿区、呼吉尔特矿区、上海庙矿区、纳林河矿区和榆横矿区。

浩勒报吉至乌审旗段本通道主要吸引纳林希里和呼吉尔特矿区，在集运系统中配套建设浩勒报吉北集运线吸引纳林希里矿区煤炭上线。浩勒报吉至乌审旗段主要吸引呼吉尔特矿区煤炭上线，该段落线路方案宜便于煤炭集运且减少对煤炭资源的占压，本段落线路方案选择走行于矿区预查区且设置煤炭集运站便于煤炭上线。

乌审旗至靖边东段通道吸引上海庙矿区、纳林河矿区和榆横矿区煤炭上线，为协调处理好三矿区的煤炭集运问题，从路网布局、工程地质条件、工程投资、压覆矿产资源等方面进行西、中、东方案研究，见图1。

西方案线路较为顺直，工程投资最省，线路沿探明矿界边缘通过，线路既可为东部具有开采权的煤矿提供外运服务，又可兼顾西侧规划煤矿的开发，工程的可实施性强。

4.2.2 集运区段选线思路浅析

纵观集运区段线路方案选择始终秉承线路顺直、节省工程投资、减少压覆矿产资源和与集运系统规划协调这一原则，在蒙华通道建设和运营过程中需高度重视集运系统建设，保证通道运输需求，发挥通道最大运输效率。

4.3 复杂山区综合选线

蒙华铁路乌审旗至宜川段位于内蒙和陕西省境内，沿线地形地貌为毛乌素沙漠和黄土高原沟壑区，地貌单元分界以太中银铁路为界，线路方案的主要控制因素为路网布局、压覆矿产资源、工程地质条件、地方意见以及工程投资，线路方案选择需要综合多方面因素确定。

4.3.1 线路方案选择

该段落线路走向南北走向，与包西通道和黄河流向一致，线路布线位于黄河西侧，线路横穿该段落黄河支流。蒙华铁路乌审旗至宜川段研究了经靖边、延安至宜川和经魏家楼、延川至宜川两大走向方案，见图2。

图1 乌审旗至杨桥畔段线路方案示意

图2 乌审旗至宜川段线路方案示意

两方案主要工程数量见表1。

首先从通道功能分析本段落为煤炭输送段落，选线应优先考虑新建线路长度短的方案，缩短运输距离。经魏家楼、延川方案更靠近航空线，选线是应优先考虑的方案，但从以下方面分析本方案不可取。

比较范围内线路基本走行于黄土高原，基本与黄河并行，与众多支沟交叉。越靠近黄河，支沟下切越深，支沟两侧黄土滑坡越多，铁路桥梁越高，建设工程投资越大;远离黄河或从支流的源头区通过，线路方向地形起伏较小，河流下切小，黄土滑坡少，工程投入亦少。经魏家楼、延川方案穿越支流下切较深，黄土滑坡较为发育;经靖边、延安方案较多地段走行于黄土高原上黄河支流的源头区域，黄土滑坡相对少，相对地形地质条件好，工程难度小、投资少。从路网布局分析经魏家楼、延川方案更靠近包西通道，路网布局不尽合理，同时与太中银铁路的运输组织不协调。从压覆矿产资源分析经魏家楼、延川方案存在压煤问题，工程可实施性差。在以往建设项目中存在压煤难以协调而导致方案反复的先例，线路选线应慎重考虑。

表1 乌审旗至宜川段方案比较主要工程数量

经过多方论证，该段落线路走向选择经靖边、延安方案，该方案路网布局合理，与太中银铁路运输组织顺畅，沿线工程地质条件相对较好，工程投资节省。

4.3.2 选线思路浅析

该段落线路方案作为本通道的重大线路走向方案，经过多番论证最终确定。可以看出，复杂山区铁路选线需要综合多方面因素抉择，复杂山区选线应从以下几方面予以考虑，一是结合项目功能定位及经济运量水平确定选线原则;二是确保工程安全，对不良地质予以绕避减少工程安全隐患;三是处理好铁路建设与占压煤矿资源的关系;四是解决好铁路建设与地方交通规划的关系。

4.4 复杂地质段地质选线

蒙华铁路陕西段的线路方案选择中，除完成必要的勘察工作外，还针对地质情况特别复杂地段进行了超前和加深地质勘察，安排了专项地质勘察子阶段，用勘察结论指导选线。

蒙华铁路由陕西省跨越黄河进入山西省，该区域分布陕西渭北煤田和山西河东煤田横亘东西，是本线必须经过的地区。渭北煤田和河东煤田开采历史悠久，矿区存在大面积采空区，由于大面积煤矿开采等人为活动为主导因素造成的存在人工坑洞、压矿、有害气体等不良地质。该区域采空区具有以下特点:(1)均为大型煤矿采空区，采空面积大且连续;(2)采空区埋深较深，处理困难;(3)大部分煤矿仍在开采，巷道仍在使用。安全可靠的地质通道决定本段落线路方案选择，为此在设计过程中安排了专项地质勘察子阶段。

4.4.1 专项地质勘察

初测前针对该区域地质情况安排了专项地质勘察，通过加深调查、大面积物探和地质勘探，基本查清本地矿区、采空区的边界范围、采空深度、煤层厚度、巷道分布，为线路选线提供依据。

渭北煤田包含蒲白矿区、澄合矿区、韩城矿区，河东煤田主要为乡宁矿区。西部蒲白矿区、澄合矿区:与既有包西铁路和黄韩侯铁路共线的2个通道;乡宁矿区:线位大绕到王家岭矿东部吉县塬附近再下穿煤矿;韩城矿区:存在桑树坪通道、后洞沟通道。

4.4.2 线路方案选择

结合专项地质勘察成果为本段线路选线提供了依据，与包西铁路和黄韩侯铁路共线的地质通道与蒙华通道的整体走向不符，经研究后予以舍弃。绕避到王家岭矿区吉县塬下穿煤矿方案，由于吕梁山脉地形条件控制，黄河桥和隧道工程实施难度巨大，研究后予以舍弃。对桑树坪通道和后洞沟通道进行了重点研究，见图3。

针对两个地质通道方案进行了工程地质、水文地质、环保因素和工程经济等综合比选，并结合地质勘察的专项成果确定了安全、可靠、经济合理的沿凿开河通过桑树坪地质通道方案。

4.4.3 选线思路浅析

在大多数山区铁路选线设计中都存在线路穿越复杂工程地质地段，在以往工程建设中出现过诸多问题，归咎原因为对地质勘察工作的重视程度不够。对于复杂工程地质地段不单以常规勘察手段，需安排专项地质勘察工作摸清区域地质情况，通过大量的基础数据分析论证，以区域地质勘察结论指导选线，提出合理工程处理措施。蒙华通道通过山陕矿区，经过大量地质勘察、资料收集、专家论证等工作后确定桑树坪地质通道，充分显示地质选线工作的重要性。

4.5 环水保选线

蒙华铁路始终将环保选线理念贯穿于整个项目设计过程，在从环境保护角度论证线路方案的环境合理性方面做了大量的工作，力求线路方案尽量绕避和减小对沿线重要环境敏感区的影响，确保线路的环境可行性。特别是蒙华铁路作为重载煤运通道，由于运煤列车产生的煤尘飘散对周围环境有影响，采用喷淋粘结剂技术，将喷淋粘结剂喷至运煤车煤尘表面进行固结，可以有效控制煤尘污染。

在工程设计中，对于自然保护区、地下水型水源地、湿地范围内尽量采用桥梁的形式通过，既减少了占地数量，同时避免了项目建设对敏感区的阻隔效应。设置足够的桥梁孔跨，用于满足线路两侧生态水系及营养成分循环要求，尽可能减小工程建设对敏感区的影响。对于长城，按照《长城保护条例》工程设计应以桥梁形式跨明长城、秦长城，同时要求桥墩外边缘与长城基础外边缘不小于15 m。

图3 集义至临猗段线路走向方案示意

设计中贯彻有关环境保护、节约资源和能源的相关要求，遵循国家相关法律法规及地方相关法律法规的要求，合理优化方案，线路远离居民区、学校、医院等地;尽量减少占用基本农田;加强对沿线文物、水源地及环境保护区的调查;合理优化平纵断面，减少路基填挖方和用地数量;合理调配土石方，加密取弃土场，减少土石方运距;根据沿线植被特点，选择适宜的防护措施，减少水土流失、土地沙化，保护生态环境。