分析铁路选线设计的要点

咸志文

摘要：高速铁路在选线设计上和普通铁路有所不同，不仅要求列车运行速度高、旅客舒适度高，对于线路平面和纵断面的设计参数以及标准也有较高的要求。本文从高速铁路的特点入手，简要分析了其高速度、高密度、高舒适性和高安全性的特征，然后围绕这几个特征提出了铁路选线时应当注意的几个因素，并结合京沈、丹大铁路的相关具体案例对其进行了说明。

关键词：铁路；选线；要点

中图分类号： F53 文献标识码： A

中国地域辽阔，960万平方公里的土地上高山耸峙，大河奔流，湖泊如境，丘陵起伏，平原无垠，并随着人口日益加剧，加上资源分布的不平衡性，决定了我国铁路运输在交通中的核心地位。现阶段随着国民经济的持续发展和人均生活水平的不断提高，对于出行的需要也越来越高，因而一种快捷、舒适、低廉的交通工具就显得尤为重要。高速铁路正是在这种情况下应运而生并迅速发展的，其中铁路选线作为项目施工的前期设计环节，对于项目的社会效益、经济效益和环保效益等均具有重要意义，需要加大重视，提高选线设计的科学性和合理性。

1．高速铁路的特点分析

高速铁路是现代高线技术成就的一个集中体现，也是我国铁路现代化的重要衡量标准，需要依靠高质量的基础设施，技术整备以及高水平的运营、维护体现支持其运行。和普通铁路相比，其特点主要体现在以下几个方面。

（1）载客量高

无论是高速公路或机场都会发生挤塞。高速铁路的优点是载客量非常高。倘若旅程非以大城市中心为出发及目的地，使用高速铁路加上转乘的时间可能只跟驾驶汽车相仿，但高速铁路毋须自行驾车，较为舒适。另外，虽然高速铁路的速度比不上飞机，但在距离稍短的旅程（650公里以下），高速铁路因为无需到通常较远的机场登机，也不需要值机、行李托运和安检，故仍较省时。由于高速铁路的班次安排可较为频密，其总载客量亦远高于民航。

（2）输送力强

高铁所能承安的旅客运输能力非常强大。目前各国高速铁路几乎都能满足最小行车间隔时间4分钟及其以下（日本可达3分钟）的要求，扣除维修时间4小时，则每天可开行的旅客列车约为280对；如每列车平均乘坐800人，年均单向输送能力将达到82000万人；如果采用双联列车或改用双层客车，载客高达1.65亿人。4车道高速公路客运专线，单向每小时可通过小轿车1250辆，全天工作20h，可通过25000辆。如大轿车占20%，每平均乘坐40人；小轿车占80%，每车乘坐2人，年均单向输送能力为8760万人。航空运输主要受机场容量限制，如一条专用跑道的年起降能力为12万架次，采用大型客机的单向输送能力只能达到1500万～1800万人。

（3）速度较快

速度是高速铁路技术水平的最主要标志，各国都在不断提高列车的运行速度。法国、日本、德国、西班牙和意大利高速列车的最高运行时速分别达到了300公里、300公里、280公里、270公里和250公里。如果作进一步改善，运行时速可以达到350～400公里。除最高运行速度外，旅客更关心的是旅行时间，而旅行时间是由旅行速度决定的。以北京至上海为例，在正常天气情况下，乘飞机的旅行全程时间（含市区至机场、候检等全部时间）为5小时左右，如果乘高速铁路的直达列车，全程旅行时间则为5～6小时，与飞机相当；如果乘既有铁路列车，则需要15～16小时；若与高速公路比较，以上海到南京为例，沪宁高速公路274公里，汽车平均时速83公里，行车时间为3.3小时，加上进出沪、宁两市区一般需1.7小时，旅行全程时间为5小时，而乘高速列车，则仅需1.15小时。

（4）安全性好

高速铁路由于在全封闭环境中自动化运行，又有一系列完善的安全保障系统，所以其安全程度是任何交通工具无法比拟的。高速铁路问世35年以来，日、德、法三国共运送了50亿人次旅客。除德国1998年6月3日的ICE884高速列车行驶在改建线上发生事故以及2011年7月23日中国甬温铁路事故外，各国高速铁路都未发生过重大行车事故，也没有因事故而引起人员伤亡。这是各种现代交通运输方式所罕见的。几个主要高速铁路国家，一天要发出上千对的高速列车，即使计入德国发生的事故，其事故率及人员伤亡率也远远低于其他现代交通运输方式。因此，高速铁路被认为是最安全的。

（5）舒适方便

高速铁路一般每4分钟发出一列车，日本在旅客高峰时每3分半钟发出一列客车，旅客基本上可以做到随到随走，不需要候车。为方便旅客乘车，高速列车运行规律化，站台按车次固定化等。这是其他任何一种交通工具无法比拟的。高速铁路列车车内布置非常豪华，工作、生活设施齐全，座席宽敞舒适，走行性能好，运行非常平稳。减震、隔音，车内很安静。乘坐高速列车旅行几乎无不便之感，无异于愉快的享受。

2．铁路选线设计的关键因素分析

在高速铁路选线时应当从上述所说的高铁的主要特点入手，注意选线时尽量满足其载客量、输送能力、速度较快、安全性好、舒适方便等要求，具体来说包括以下几个方面：

（1）地质因素应当作为选线设计的首要因素。良好稳定的地质条件不仅能够缩减施工难度，还能够有效保证高速铁路的安全运行，选线时不仅要充分考察和现场勘探路基的稳定性尤其是地形地质和水文条件较为优良的线路。经济因素在选线时只能作为一个因素而不能当做全部重点，行车安全性应当作为首先条件，特别是对于容易出现塌陷、滑坡、断裂带以及部分软弱地基应当尽量绕开，如果不能绕开是必须采取相应的加固措施。

举例来说，东北东部铁路通道大连铁路枢纽改造工程线路位于辽宁南部地区，穿越辽东半岛，沿线地貌单元可分为剥蚀丘陵、冲洪积平原，地形北高南低，微向海岸倾斜。丘陵区冲沟发育，多呈鸡爪形，丘陵多为浑圆状低丘，呈孤状岩岛，植被茂密；山前冲洪积平原谷宽、平坦开阔，1）沿线城镇、较大村庄附近及道路分布较多人工填土，主要类型有填筑土、杂填土、素填土等。厚度变化较大，一般1.0～4.0m。由于填筑年代长短不一、填筑方法多种多样、料源差异较大，从而工程性质变化较大。修建路基工程及房建工程时应采取相应的处理措施如挖除换填、加固处理等，2）岩溶以中小型溶洞和溶蚀裂隙为主，分布于震旦系中统的石灰岩及白云岩中主要岩溶形态有溶洞、溶蚀裂隙、溶孔等，部分岩溶呈串珠状发育，类型一般为深埋溶洞，顶板埋深为0.0～28.4m，竖向最大直径0.2～14.8m。溶洞已经探明证实，在钻进过程中有掉钻及泥浆突然漏失现象，溶洞多未充填，及充填黏性土及细角砾土。按岩溶发育强度分级，本地区岩溶弱～中等发育，桥梁宜采用桩基，路基应根据具体情况进行处理，采用明挖基础时应对基底注浆加固。

（2）铁路选线应当坚持效益最大化。在铁路投资时效益是一个绕不开的话题，这部分资金的节省应当从线路走向方案以及车站布点设计入手。除了要达到顺直、迅捷的目的外，铁路选线还必须和效益直接挂钩，尽量让线路贯通到沿途的重要政治或者经济据点，充分发挥现有的车站作用，始终遵循短、顺的原则，从而实现高速运行的同时最大限度的缩减建设维护成本，当然这一目的的完成还应当和城市的总体规划设计包括发展趋势等综合考虑。在分析车站数量以及车站的间距是应当严格根据运量的实际统计数据或者相关预测数据进行，通过国家理论研究1）高速铁路车站设置应最大限度满足沿线各城市的旅客出行需要和促进沿线地区经济发展的需要2）高速铁路车站设置应满足高速铁路的运输组织需要；3）高速铁路车站设置要便于高速铁路与与它运输方式的衔接，增强高速铁路在各种交通运输方式中竞争力；4）有大量旅客集散的城镇设客运站，根据列车运行和调整需要设置中速列车避高度列车的越行站。综上所述如果是一些运量较少的城镇通常情况下不建议设置车站。

（3）提高对于速度的重视。

提速是提高铁路运输质量及技术发展的重点。实施提速战略，扩大提速范围。在经济发达、客流集中的运输通道，修建时速300km左右的高速铁路，其线、桥、隧等主要固定设施要预留进一步提速条件。在进行全线路设计时应当将平均速度和最高速度二者的比值控制在0.9以上，在线路选线上将当作设计的技术标准因素。如果比值过小的话，就意味着大部分的路段不能够达到最大速度，从而也就使得我们计算出的这一设计依据值本身具有的参考价值消失，如果继续按照它来进行选线施工只会导致工程浪费。因此在实际施工中，应当对地形地质条件综合考虑之后，最大限度的确保速度的全程最优化。

最关键的手段应当是始终坚持线路短和直这一原则，禁止过多的关注和适应地形，而采取不当避绕的措施，通常采用工程措施时是能够防止出现这种矛盾的出现的，但是如果不能避免时还是应该选择安全第一。如果展线程度过大时，可能会导致整体路线线性的劣化，除了会大幅度限制机车的运行速度外，还会导致高铁维护车本的增加，因而不到必要的时候尽量不应使用。

（4）坚持环保原则

高速铁路对环境的污染主要包括大气污染、水污染、噪声污染、振动和低频音等以及铁路建设过程中的各种污染。虽然我国铁路沿线的白色污染因高铁列车的封闭而可以得到缓解，但上述对环境的影响却因列车速度的提高而更加突出，在铁路沿线要使社会的可持续发展这些对环境影响就不能够忽视。其重要性，我们从欧洲和日本高铁的建设可以看出。

1）、 噪声 ：日本新干线沿线铁路噪声均控制在80 dB以内,法国高速铁路沿线噪声控制在75 dB以下,西德ICE城间高速列车的车内噪声在当列车速度为200 km/h和300 km/h的情况下,旅客车厢中部的噪声级为63 dB和73 dB,车厢内转向架上方的噪声则分别是67 dB和72 dB。目前我国列车噪声比较严重,160 km/h运行的准高速列车辐射噪声约在93~98 dB(30 m),车内噪声约在70~80 dB,随着车速的提高,我国高速列车只有采取有效的防护措施才能控制噪声在可以接受的水平。而且通过开展上述各方面的研究工作,应争取达到国外70年代的最好水平。以250 km/h的目标速度而言,小于100dB,争取达到86 dB。高速铁路噪声源大致可分以下几类:高速列车产生的轮轨噪声,列车受电弓和接触网导线摩擦产生的集电系统噪声,高速运行列车的空气动力噪声,基础建筑物受振动产生的二次辐射噪声,来自动力源和车上设备的机械噪声。高速铁路噪声的防治主要从声源控制、传播途径和受声点3方面着手。改进车辆和轨道结构,降低列车运行噪声强度,应是首选考虑的途径。传播途径隔声和受声点噪声控制是源控制的补充手段。例如可采取以下措施: ①接触网的低噪声设计日本的研究表明,集电系统的噪声仅次于轮轨噪声,占总噪声的27%左右,除了对受统采取低噪声、流线型设计等措施外,接触网的悬挂应使用复合悬链式结构。根据我国情,噪声治理措施应结合线路的影响范围,主要针对城区和郊区以及个别敏感点进行。②隔声墙和隔声罩普遍采用的隔声墙是倒L型, 必要时还应在墙内侧可铺设吸声材料,如矿渣孔砖等。在近城区的高架桥上也应采用这种措施。全封闭隔声罩相当于一个人工隧道,既要有较好的隔声效果,又要有较好的内部吸声以降低车内噪声。

2)污水、废气和固体废弃物。高速铁路沿线污水主要来自动车组、高速车站、动车段(动车运用维修所)、工务段(综合维修段)、供电段等生产、维修场所,主要污水有含油污水、生活污水、洗车废水和高浓度粪便污水。沿线固体废物主要来自列车、车站及其它铁路办公、生活场所产生的垃圾和段所维修作业产生的少量工业固体废物。污水防治措施①高速动车组的粪便采用集便箱密封收集后,在站段集中排放。高速铁路列车采用封闭式集便装置，粪便定点排放、处理，因而消除了粪便、污水沿线污染的现象，比一般铁路大有改善。由于站段减少，其污水排放量相对减少，采用电力牵引，其机车车辆检修作业情况相对减少，不管从污水排放量及污染物排放浓度来看，高速铁路均比一般铁路低。②结合地方城市污水处理场现状和建设规划,各污水排放点的污水应预处理后尽量排入城市管网,并执行相应标准。高速铁路由于列车的运行速度快,对线路周围的环境易造成不良影响,我国在今后修建高速铁路时要严格控制环境污染,使铁路与环境协调发展。

（5）提高乘客的舒适度

人们的生活水平随着国家的发展得到了大幅度的提高，人们对于精神上的要求与以往相比也大幅增加。火车是当今中国人民的主要交通工具，它是不可替代纽带和动脉作用。我国的铁路运输在各种运输方式中处于绝对的统治地位。乘客越来越关注乘坐列车时的精神感受，因此我们要致力于铁路旅客舒适度得研究，有效降低运行所产生的颠簸、震动以及噪声等情况。通常来说，主要的解决方法有两种，一是在选线时综合考虑整体线路的刚度需求，防止由于地形等原因造成不同刚性的路基与桥梁连接过于频繁，同时可以根据构筑物的具体情况设计一些过渡段，当然在选线时应当尽量选择地质条件优良的路段，从源头上确保地基的稳定性，有效避免由于路基沉降而导致的行车震动以及摇摆现象。还有一种方法是通过较大的曲率半径以及一些长而缓的坡度，实现整体线路的平顺，从而有效缩短列车产生的非动力向加速度。

3结语

综上所述，在高速铁路选线设计时应当从高速铁路的特点入手，注意对其地质因素、经济因素、速度因素、环保因素及乘客的舒适度等几个方面着手，不断提高高速铁路选线的科学性和合理性。

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