贵阳至兴义铁路跨北盘江段线路方案研究

杨承爱 刘玄琴

(中铁二院工程集团有限责任公司, 成都 610031)

贵阳至兴义铁路跨北盘江段线路方案研究

杨承爱 刘玄琴

(中铁二院工程集团有限责任公司, 成都 610031)

贵阳至兴义铁路紫云至贞丰段地形条件极为复杂，北盘江段形成较大的“V”形峡谷，区域内岩溶、地下水较为发育。本文以线路跨北盘江方案选择为例，结合项目功能定位、线路走向、工程投资、北盘江地质条件，以及线路绕避风景名胜区等方面进行系统研究，对西南地区类似高山峡谷、岩溶与地下水极为发育地区线路选线提供借鉴。此类地区选线时既要考虑桥梁跨度结构及相邻隧道工程可行性，又要考虑线路走向顺直，工程投资合理，且须完全避开风景名胜区核心地段，从而比选出工程风险可控、地质条件可行、工程投资合理的线路方案。

贵兴铁路； 跨北盘江； 方案研究

贵阳至兴义铁路位于贵州省境内，起于贵阳市，经黔南州、安顺市，终止于黔西南州兴义市，沿线经过黔南州的惠水、长顺，安顺的紫云、镇宁，黔西南州的贞丰、兴仁、兴义。根据本线功能定位、线路走向，铁路主要技术标准，沿线地形地质条件，对跨越北盘江段线路方案进行研究。

1 项目概况

1.1 本项目功能定位、线路概况

根据铁路总公司对贵阳至兴义铁路可行性研究(初稿)的评审意见，本项目为贵州省黔西南地区主要的对外客运通道，是一条以客为主兼顾沿线轻质、快速货物运输的快速铁路。

全线建筑总长度约300 km，其中新建正线长度约280 km，引入贵阳枢纽联络线及动走线长度约20 km。正线桥梁98座共计34.7 km，隧道112座共计179.8 km，正线桥隧长度合计214.5 km，占线路长度的76.6%。

1.2 铁路主要技术标准

(1)线路等级：Ⅰ级。

(2)正线数目：双线。

(3)设计行车速度：200 km/h(预留250 km/h)。

(4)限制坡度： 20‰，困难地段25‰。

(5)牵引种类：电力。

(6)到发线有效长：650 m。

(7)机车类型：客车动车组，货车HXD3B。

(8)牵引质量：2 000 t。

(9)闭塞类型：自动闭塞。

1.3 铁路途经地区地形地质条件

贵阳至兴义铁路沿线地形分为三大地貌单元。其中贵阳至紫云段地形起伏不大，地势相对平缓；紫云至巴铃段地形起伏较大，紫云站标高约1 100 m，北盘江峡谷及其支流白水河等谷底标高约448 m，贞丰站位标高约1 047 m，巴铃站标高为1 340.3 m，地势东、西端较高，中间较低，形成较大的“V”形峡谷地貌；巴铃至兴义南段属云贵高原台地，区域内海拔范围1 100～1 720 m，仅马岭河大峡谷深切标高为880 m。地形北高南低，为贵州高原向广西丘陵地区过渡段。

本文研究的北盘江段位于紫云至巴铃段，地形起伏较大，河谷深切地段。

2 跨北盘江段线路方案

线路跨北盘江段地形起伏较大，紫云站标高约1 130 m，北盘江峡谷及其支流白水河等谷底标高约448 m，贞丰站位标高约1 047 m，形成“V”形峡谷地貌。跨北盘江段线路方案首先贯彻“以桥定线”理念，确保北盘江桥位方案可行，施工风险可控，其次需尽量缩短线路长度，减少工程投资及建成后运营时间、费用，最后还需结合车站设置等方面综合考虑，从而推荐出较适合的桥位方案。本次重点研究了：(1)线路绕行较长、但可兼顾在关岭县板贵设站，且北盘江桥位较好的上游板贵桥位方案(方案Ⅰ)；(2)线路顺直，跨河条件较好但桥梁跨度较大的中游董箐桥位方案(方案Ⅱ)；(3)在北盘江董箐水库下游便于施工、与惠兴高速共走廊，但桥高最高，跨度最大的沿惠兴高速公路桥位方案(方案Ⅲ)。北盘江在方案Ⅰ与方案Ⅱ之间段由于左岸地形陡峻，为高约500～600 m陡坡，自然岩体稳定性较差，危岩落石极严重，难以选择出可行的桥位方案，在方案Ⅱ与方案Ⅲ之间段位于董箐水库接近库区大坝区域，江面开阔，两岸地形平缓，需采用较大(800 m以上)跨度方可跨越，本段亦难以选择适合的桥位方案。本次研究的3个桥位方案示意如图1所示。

图1 跨北盘江段线路方案示意图

2.1 方案概况

2.1.1 方案Ⅰ：上游桥位方案

线路自紫云出站后向南经沙包乡，于六马镇北侧大屯村设六马站，出站后南行经纳井田、板阳，折向西于许凹设(155+310+155)m刚构—拱组合桥跨白水河，尔后于板贵镇旧屋基设板贵站，出站后采用(41+330+41)m中承式钢管混凝土拱跨北盘江。本方案北盘江至巴玲段分别研究了线路向南经贞丰县城东侧设贞丰站，出站后向西北行至巴玲方案(方案Ⅰ-1)，以及线路跨过北盘江后径直取直至巴玲方案(方案Ⅰ-2)，如图2所示。

图2 北盘江至巴铃段经贞丰和不经贞丰方案示意图

由于方案Ⅰ-2线路由北盘江峡谷(标高为700 m)迅速拔起经者相、龙场至巴铃(标高1 340 m)，按30‰坡度，线路纵断面如图3所示。

图3 不经贞丰取直方案纵断面示意图

由图可知，板围隧道长22 227 m，且为单面坡岩溶隧道，无横洞设置条件，施工工期至少需72个月，且本段地下岩溶及岩溶水极其发育，线路约3 km段落位于水平循环带内，施工、运营隐患极大，工程风险极高，本方案无明显比较价值，给予放弃。上游板贵桥位方案以方案Ⅰ-1(经贞丰方案)参与进一步比选。

2.1.2 方案Ⅱ：中游桥位方案

线路自六马站出站后，经良田于董箐水库采用主跨(70+208+500+208+70)m斜拉钢桁梁桥跨过北盘江，以隧道穿蔡家湾等地至贞丰县城东侧于者村设贞丰站，线路长60.537 km。

本段水文地质概况：北盘江特大桥之后线路以隧道形式通过暗河组，暗河组发源于陆塔、白坟一带，具有明暗相间特点，总的迳流方向自西向东，分三支向暗河出口汇集，后集中于北盘江右岸处排出。汇水面积143 km2，下游埋深大于50 m，中上游埋深小于50 m，暗河全长37.7 km，出口标高395 m，水库正常蓄水时水位标高490 m，最大储水时水位标高494 m。

根据1∶20万兴仁幅区域水文地质报告及水文地质图，结合初测阶段现场调查分析：暗河组1号暗河与拟建隧道交叉于CK 159+860处，暗河水面标高664 m； 2号暗河与拟建隧道交叉于CK 160+900处，暗河水面标高628 m。2号暗河埋深相对较深，对拟建隧道影响较小，不予考虑，而1号暗河因其埋深较浅，对线路设计标高影响较大，其纵断面示意如图4所示。

本方案在采用25‰坡度基础上，根据工程、水文地质条件，研究了北盘江大桥低桥位、中桥位及高桥位3个方案，方案示意如图5所示。

(1)方案概况

方案Ⅱ-1：低桥位方案(H=613 m)

北盘江特大桥设计标高H=613 m，大桥全长1 103.1 m， 采用主跨 (56+196+476+196+56)m钢桁梁斜拉桥方案，跨江后向西至暗河交叉处，铁路设计标高为684 m，距离推测暗河高20 m。

图4 1号暗河纵断面示意图

图5 北盘江董箐桥位纵断面示意图

方案Ⅱ-2：中桥位方案(H=623 m)

北盘江特大桥设计标高H=623 m，大桥全长1 119.9 m，采用主跨为(2×46)m T构+(278+500+278)m钢桁梁斜拉桥方案，跨江后线路西行至暗河交叉处，铁路设计标高为692 m，距离推测暗河高28 m。

方案Ⅱ-3：高桥位方案(H=643 m)

北盘江特大桥设计标高H=643m，大桥全长1 246.3 m，采用主跨为(84+208+500+208+84)m钢桁梁斜拉桥方案，跨江后向西行至暗河交叉处，铁路设计标高为714 m，距离推测暗河高50 m。

(2)方案比选及推荐意见

3个方案主要工程概况及投资比较如表1所示。

从工程投资分析：中桥位方案较低桥位方案增加工程投资1 281万元；较高桥位方案节省工程投资5288万元。

从重点工程施工难度分析：低桥位方案北盘江大桥全长1 103.1 m，主跨为(56+196+476+196+56)m钢桁梁斜拉桥，主塔高254.5 m(下塔柱高119 m，上塔柱高135.5 m)，水中墩围堰深度21 m；中桥位方案北盘江大桥全长1 119.9 m，主跨为(70+208+500+208+70)m钢桁梁斜拉桥，主塔高270.5 m(下塔柱高129 m，上塔柱高141.5 m)，水中墩围堰深度13 m；高桥位方案北盘江大桥全长1 246.3 m，主跨为(84+208+500+208+84)m钢桁梁斜拉桥，主塔高290.5 m(下塔柱高149 m，上塔柱高141.5 m)，水中墩围堰深度13 m，低桥位方案与中桥位方案桥高仅相差10 m，工程实施难度较小，高桥位方案较中桥位方案桥高22 m，工程实施难度较大。

表1 桥高方案比选主要工程概况及投资比较表

从工程地质条件及施工风险分析：低桥位方案线路设计标高为684 m，仅比推测暗河水面标高高20 m，轨面标高接近水平循环带区域，考虑到雨季暗河水位突涨，以及岩溶及岩溶水发育的不均一性，隧道雨季涌突水风险较大，加之隧道洞身与暗河标高接近后，暗河洞顶的坍塌空腔对隧道影响较大，施工风险大；中桥位方案线路与暗河交叉处设计标高为692 m，比推测暗河水面标高高约28 m，轨面位于水平循环带之上，工程风险较低桥位方案小；高桥位方案线路设计标高较暗河水面标高高约50 m，隧道处于地下水的垂直循环带或季节变动带内，岩溶水对工程影响最小。

综上所述，推荐采用隧道暗河风险较小、工程投资适中的中游桥位方案(方案Ⅱ-2)参与进一步比选。

2.1.3 方案Ⅲ：下游桥位方案

线路经大屯、板袍至乐丰村处跨北盘江，之后沿惠兴高速公路至者寸，设贞丰站。本方案线路采用20‰、25‰和30‰坡度方案时，线路北盘江大桥纵断面如图6所示。

图6 下游桥位方案北盘江大桥段纵断面示意图

由图7可以看出，本桥位方案采用25‰及以下坡度方案时，线路条件难以适应本段地形，按30‰坡度研究，北盘江大桥总长2 805 m，桥梁主跨为(330+600+300)m斜拉钢桁梁及(145+280+145)m刚构-柔性拱组合梁桥，斜拉桥下塔柱高168 m，上塔柱高150 m，主塔总高318 m，本桥工程投资约13.4亿元，施工周期约52个月。且线路较中游董箐桥位方案增长1 047 m。由于线路长度增加，桥梁工程巨大，无明显比较价值，经研究后予以放弃。

2.2 方案比选及推荐意见

两个方案主要工程数量及投资比较如表2所示。

表2 主要工程数量及投资比较如表

工程地质条件对比如表3所示，重点桥梁工程和隧道工程概况及工期对照如表4、表5所示。

从线路长度、工程投资分析：方案I较方案Ⅱ线路长11.7 km，投资增加114 779万元。方案Ⅱ投资较省。

从环境敏感点方面分析：方案I在CK 155+730～CK156+780以隧道、路基、桥梁等工程形式穿越关岭花江大峡谷风景名胜区，其中CK 156+400～CK 156+760穿越风景名胜区核心区(已取得贵州省住建厅的同意通过)；方案Ⅱ完全绕避了关岭花江大峡谷风景名胜区，方案II对环境影响较小。

从工程地质条件分析：方案Ⅰ主要不良地质为软质岩受构造影响褶曲发育，危岩级别差，个别段存在顺层，可溶岩段岩溶、地下暗河、危岩落石发育，各重点工程可实施性较好；方案Ⅱ与方案Ⅰ地质基本相同，北盘江特大桥桥址附近有两条断层交汇，工程地质较为复杂，大桥受断层影响略严重。

表3 工程地质条件对比表

表4 重点桥梁工程概况对照表

表5 重点隧道工程概况对照表

从工程实施难度及施工风险分析：方案I北盘江大桥主跨跨度小于350 m，工程地质条件较好，工程实施难度、施工风险较小，但郑家隧道长12 458 m，为单面坡岩溶隧道，岩溶、岩溶水发育，工程风险较高；方案Ⅱ北盘江大桥主跨为 (70+208+500+208+70)m斜拉钢桁梁，下塔柱高129 m，上塔柱高141.5 m，最大塔高270.5 m，工程技术较复杂，施工难度大。

从沿线经济据点分析：方案Ⅰ在关岭县花江镇板贵乡设站，有利于推动关岭县南部地区社会经济的发展，方案Ⅱ未经关岭县。

综上所述，中游董箐桥位方案(方案Ⅱ)线路顺直、线路长度较板贵桥位方案(方案I)缩短11.7 km，工程投资较省，且完全避开了对花江大峡谷省级风景名胜区的影响。故推荐采用中游董箐桥位方案(方案Ⅱ)。

2.3 研究结论

本文是西南复杂山区“以桥定线”的一个典型案例，在北盘江桥位选择方面，结合线路走向沿北盘江自上而下筛选出合理可行的桥位方案(即方案Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ)，首先排除工程难度较大、线路长度及工程投资较高，无明显比较价值的下游桥位方案(方案Ⅲ)，再进一步从线路长度与工程投资、桥梁工程结构、施工难度与工期等方面比较上游板贵桥位方案(方案Ⅰ)与中游董箐桥位方案(方案Ⅱ)。方案I以增长线路长度、增加投资换取降低北盘江大桥跨度及工程难度，同时可增设板贵车站兼顾地方经济发展；方案Ⅱ则相反，采用增加桥跨，缩短线路长度方式，既节省工程投资，又减少建成后的运营成本及运营时间，由于本线定位为200 km/h(预留250 km/h)快速铁路，需重点考虑缩短运营时间，降低运营成本，提高运输效益，故推荐采用方案Ⅱ。

3 结束语

北盘江流域流经云南、贵州两省，两岸山高且陡峻，河谷深切，对途经地区交通工程建设形成较大天然障碍，同时造就了诸多雄伟壮丽的工程案例，如沪昆高速铁路北盘江大桥、水柏铁路北盘江大桥等。由于北盘江沿岸岩溶极为发育，地下水丰富，危岩落石、岩堆等不良地质分布广泛，北盘江沿岸风景名胜区分布较多等因素，均对北盘江大桥桥位选择带来较大挑战。本线推荐的线路跨北盘江段位于贵州花江大峡谷风景名胜区下游，绕避了风景名胜区核心区，跨河位置属北盘江流域较下游地段，地形地质条件更为复杂，给线路方案研究带来较大难度。

贵阳至兴义铁路跨北盘江段线路方案，是西南地区高山峡谷地带、喀斯特地貌及岩溶与地下水极为发育地区线路选线的一个典型案例，选线时，既要考虑桥梁及相邻隧道工程的可行性，又要考虑线路走向顺直，工程投资合理，且须完全避开风景名胜区核心地段，尽可能减少工程建设对景区的影响，对类似交通工程选线具有一定的参考和借鉴意义。

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(编辑：刘会娟 苏玲梅)

Research on the Route Scheme of Beipanjiang River Section of Guiyang-Xingyi Railway

YANG Cheng’ai LIU Xunqing

(China Railway Eryuan Engineering Group Co.，Ltd.，Chengdu 610031，China)

The topographical condition of Ziyun-Zhenfeng section of Guiyang-Xingyi Railway is extremely complicated. There is a large V-shaped valley formed in Beipanjiang River section, where abundant karst and groundwater develop. Taking the route selection across the Beipanjiang River as an example , this paper has a systematic study on the route, combined with the project functional orientation, the route alignment, the project investment, geological conditions of Beipanjiang River, and the line avoiding the scenic spot and so on. This paper will provide reference to the line selection in the southwest area where mountains and valleys exist, karst and groundwater development. In order to choose out the route scheme of the project with controllable risk, the feasible geological conditionsand reasonable engineering investment, we should not only consider the bridge span structure and adjacent tunnel engineering feasibility but also consider the straight route alignment, reasonable construction investment, and how to completely avoid the heart of scenic area.

Guiyang-Xingyi Railway; cross the Beipanjiang River; scheme research

2016-05-04

杨承爱(1974-)，男，高级工程师

1674—8247(2016)06—0077—06

U212.3

A