文山至蒙自铁路线路方案研究

2019-04-18刘剑飞彭妮兰陈文荣

铁道勘察 2019年2期

刘剑飞彭妮兰陈文荣

(中铁工程设计咨询集团有限公司，北京 100055)

文山至蒙自铁路位于“老少边穷”多民族聚居区，经济总量偏低，工业发展滞后；沿线坡陡沟深，地形地貌复杂，岩溶中等-强烈发育；环境敏感区众多。选线时，应充分落实各项主要影响因素对选线的影响程度，有针对性地提出选线原则和工程处理措施，按照“舍小求大”的原则进行综合比选分析，确定最优方案[1-2]。采用集成了卫星影像、航飞影像、三维地物模型等信息的数字地球软件进行辅助设计[3]，其包含的数字化地理信息能够满足方案研究阶段大面积选线的要求。

1 概述

文山至蒙自铁路是西南沿边铁路的重要组成部分，向西衔接弥勒至蒙自铁路、云桂铁路通达昆明，向东衔接规划的文山至富宁铁路、云桂铁路，其建设对于加强沿边地区东西向联系，扩大路网覆盖面，完善区域铁路网结构具有重要意义[4]。线路起自文山壮族苗族自治州首府文山市，终到红河哈尼族彝族自治州蒙自市，线路长116.148 km。以下结合沿线自然特征，对线路方案进行研究。

2 沿线自然特征

2.1 地形地貌

文山至蒙自铁路位于云贵高原南缘，东西两端分别为文山构造溶蚀断陷盆地和蒙自构造侵蚀湖积平原，中部为浅-深切割的中山山地高原地貌，沿线自然坡度较大，整体地势中间高、两端低，如图1所示。

图1 沿线地形地貌示意

2.2 地震

根据《中国地震动参数区划图》(GB18306—2015)，Ⅱ类场地下，场区地震动峰值加速度为0.05～0.10g，地震动反应谱周期为0.45 s。

2.3 工程地质

(1)复杂地质问题

①岩溶：沿线可溶岩地层分布较广，占出露岩层的43.1%。易遭遇突水、突泥等地质灾害。

②矿区与采空区：沿线矿产资源较丰富，开采年代久远，形成了多个采空区。

③构造：沿线构造活动强烈，断裂及褶皱构造发育，多组断裂构造交汇，易导致滑坡、岩堆、危岩落石等各种重力地质灾害。

(2)处理措施

①岩溶：查明越岭区岩溶及岩溶水发育规律，选线时绕避或以大角度通过岩溶强烈发育带、构造发育带、可溶岩与非可溶岩接触带、大型富水溶蚀洼地、暗河。高程1 000～1 500 m为区域内岩溶地下水的主要排泄地带，线路应尽量走行于岩溶侵蚀基准面以上。复杂岩溶隧道应做专项岩溶水文地质分析，并选择在垂直循环带中通过，以降低施工及运营风险。

②矿区与采空区：查明采空区分布，选线时应绕避规模较大的矿区及采空区。

③构造：选线时尽量以大角度通过断裂，避免大段落与断裂并行，并充分利用宽缓稳定坡面展线爬高，避免沿陡峻河谷斜坡展线。对绕避困难、稳定性较好、规模较小的复杂地质地段，应根据其性质、规模、工程地质条件、危害程度等因素，选择合理部位通过。

2.4 环境敏感点

沿线共分布有1处国家级自然保护区、1处国家级湿地公园、2处地方风景名胜区及8处水源保护区。沿线地区历史文化积淀深厚，人文环境特色浓郁，共有以碧色寨为代表的4处国家级传统村落及数十处文物保护单位。

3 数字地球软件辅助设计

Google Earth拥有全球高清卫星影像、高程数据、等高线等资源，百度地图和高德地图等软件拥有较为精确的铁路、公路、水系等信息。利用这些软件实时批量提取数字地形与影像数据，在AutoCAD平台下辅助铁路选线设计，并将铁路设计成果在Google Earth中形成三维立体图像，实现大面积、高精度选线，不遗漏有价值的方案。

4 线路方案

方案比选思路：根据区域经济据点、运输组织、工程地质、环境敏感区、建设条件及工程投资等因素，形成北线、中线、南线三大走向方案，纳入综合比选。方案构成见图2，线路方案示意见图3。

图2 方案构成

图3 全线线路方案示意

4.1 北线方案

(1)文山至薄竹段

该段推荐沿高速公路方案，具体研究见“4.2中线方案文山至老寨段”说明。

(2)薄竹至红河段

根据岩溶、地下暗河发育状态，以及线形、设站条件等因素，研究了绕避南洞暗河方案和取直方案。

①绕避南洞暗河方案：线路长62.58 km，桥梁长13.076 km，隧道长38.165 km，最长隧道为10 580 m ，桥隧比为81.88%，工程投资为44.32亿元。优点：绕避了南洞岩溶地下暗河系统中的大黑水洞暗河和小黑水洞暗河，地质条件相对较好，隧道工程相对简单。缺点：向北展线13.21 km，投资最多。

②取直方案：线路长49.37 km，桥梁长6.655 km，隧道长37.875 km，最长隧道为15 605 m，桥隧比为90.20%，工程投资为39.41亿元。优点：线路较短，工程投资更省。缺点：走行于南洞岩溶地下暗河系统中的大黑水洞暗河和小黑水洞暗河的流域范围，岩溶水文地质条件复杂，施工风险大；最长隧道达到15 605 m，工期最长。

经比较，绕避南洞暗河方案地质条件相对较好，隧道工程相对简单，设站条件较好，站间距布局合理，故推荐绕避南洞暗河系统方案。

北线方案走向综述：线路自新建文山南站引出，向西北经文山老城区西侧设文山站，沿蒙文砚高速公路，经马塘镇、薄竹镇、开远大庄乡、草坝镇，终到蒙自市在建弥蒙铁路红河站。线路全长121.983 km，桥梁长25.134 km，隧道长63.495 km，桥隧总长88.629 km，桥隧比为72.66%，工程投资为86.39亿元。

4.2 中线方案

(1)文山至老寨段

结合公路交通廊道走向及文山国家级自然保护区老君山片区、暮底河水库水源保护区等环境敏感区域分布，研究了沿高速公路方案和老君山取直方案，见图4。

图4 文山至老寨段方案(中线)

①沿高速公路方案：线路长42.8 km，桥梁长8.543 km，隧道长16.145 km，桥隧比为57.68%，工程投资为31.32亿元。优点：沿蒙文砚高速公路走廊走行，桥隧比重低；所经经济据点多，可促进乡镇经济发展。缺点：线路绕长2.8 km，投资多。

②老君山取直方案：线路长39.992 km，桥梁长6.067 km，隧道长24.745 km，桥隧比为77.05%，工程投资28.33亿元。优点：线形顺直。缺点：带动地方乡镇经济发展方面较差。

经比较，沿高速公路方案线路走行于既有交通廊道，桥隧比重低，施工便利，工程相对简单，完全绕避了环境敏感点，所经经济据点较多，文山站址更靠近城区，故推荐沿高速公路方案。

(2)老寨至红河段

结合地形、地质条件和水源保护区范围，研究了经芷村北方案和经芷村南方案，见图5。

①经芷村北方案：线路长49.129 km，桥梁长6.207 km，隧道长32.115 km，桥隧比为78.0 %，工程投资为34.80亿元。优点：地质条件相对较好; 线路长度短，工程投资省。缺点：芷村至红河段高程相对较高；且方案穿越庄寨水库二级水源保护区。

②经芷村南方案：线路长51.592 km，桥梁长7.046 km，隧道长35.440 km，桥隧比为82.35 %，工程投资为36.54亿元。优点：芷村至红河段高程相对较低。缺点：芷村站附近构造发育，地质条件相对较差。

经比较，经芷村北方案线路长度短，工程投资省，地质条件相对较好，对昆河铁路(米轨)影响较小，故推荐经芷村北方案。

中线方案走向综述：线路自新建文山南站引出，向西北经文山老城区西侧设文山站，沿蒙文砚高速公路，经马塘镇、薄竹镇、老寨苗族乡、芷村镇，终到蒙自市在建弥蒙铁路红河站。线路全长114.029 km，桥梁长15.053 km，隧道长65.8 km，桥隧总长80.853 km，桥隧比为70.91%，工程投资为80.77亿元。

4.3 南线方案

(1)文山至屏边北段

结合矿区、不良地质和环境敏感区分布、那母果河桥位，研究了120 m高桥方案、90 m高桥方案和取直方案，见图6。

图5 老寨至红河段方案(中线)

图6 文山至屏边北段方案(南线)

①120 m高桥方案：线路长28.4 km，工程投资为21.24亿元。优点：完全绕避采矿区和自然保护区，远离地下暗河，线形较顺，长度适中，工程投资适中。缺点：那母果河桥高118 m，采用(110+196+110) m连续钢构，工程复杂。

90 m高桥方案：线路长28.969 km，工程投资为21.48亿元。优点：那母果河桥高90 m，采用64 m大跨简支梁，工程较简单。缺点：线路最长，线形较差，走行于地下暗河下方300 m，存在较大的施工风险。

②取直方案：线路长27.413 km，工程投资为19.85亿元。优点：线路最短，线形最为顺直，工程投资最省；那母果河桥高19 m，工程简单。缺点：以隧道穿越自然保护区的核心区和缓冲区，存在法律障碍，线路走行于地下暗河下方300 m，存在较大的施工风险。

经比较，120 m高桥方案线路长度较短，线形顺直，工程投资适中，可完全绕避文山国家级自然保护区老君山片区和采矿区，不与地下暗河交叉，故推荐120 m高桥方案。

(2)屏边北至蒙自段

结合地形地质条件、乡镇经济据点分布、布站及越岭条件等因素，研究了经新安所方案、经沙坝方案、取直局部双插方案，见图7。

图7 屏边北至蒙自段方案(南线)

①经新安所方案：线路长44.87 km，桥梁长6.425 km，隧道长25.985 km，桥隧比为72.23%，工程投资为32.45亿元。

②经沙坝方案：线路长48.182 km，桥梁长5.015 km，隧道长29.855 km，桥隧比为72.37%，工程投资为34.84亿元。

③取直局部双插方案：线路长41.617 km，桥梁长6.68 km(其中单线桥3.731 km，双线桥2.949 km)，隧道长26.87 km(其中单线隧道11.705 km，双线隧道15.165 km)，桥隧比为80.62%，工程投资为35.29亿元。

经比较，经新安所方案全线技术标准统一，线路长度适中，线形较为顺直，布站均衡，所经乡镇据点最多，工程投资最省，不良地质和环境敏感区影响小，故推荐经新安所方案。

南线方案走向综述：线路自新建文山南站引出，向西北经文山老城区西侧设文山站，后折向西南，经小街镇，穿老君山，跨那母果河，经屏边县和平乡、新华乡、芷村镇、新安所镇，引入昆玉河铁路蒙自站，后沿昆玉河铁路增二线，终至在建弥蒙铁路红河站。线路全长116.148 km，其中新建线路长101.670 km，桥梁长8.967 km，隧道长69.605 km，桥隧比为77.28%；昆玉河铁路增建二线线路长14.478 km，桥梁长0.465 km，无隧道；工程总投资为77.66亿元。

5 线路方案比选

5.1 经济据点方面

北线方案：途经文山、蒙自、开远3县市及马塘镇、薄竹镇、鸣鹭镇，距离开远市区及鸣鹫镇较远，沿线站点吸引人口59.43万人。

中线方案：途经文山、蒙自2县市及马塘镇、薄竹镇、老寨苗族乡、芷村镇，沿线站点吸引人口60.43万人。

南线方案：途经文山、蒙自、屏边3县市及小街镇、和平乡、新华乡、芷村镇、新安所镇，沿线站点吸引人口63.23万人。

5.2 运输组织方面

北线方案：运营长度较南线方案长5.835 km，平均每年增加运营费约700万元，客运旅行时间增加约3 min；旅客列车在蒙自地区只能停靠红河站，距主要生活居住区相对较远，客流出行便利性不足。

中线方案：运营长度最短，较南线方案短2.119 km，平均每年节约运营费约250万元，客运旅行时间缩短约1 min；旅客列车在蒙自地区只能停靠红河站。

南线方案：本线旅客列车既可停靠红河站，也可经停蒙自站，蒙自至红河间增建二线后，通过能力将有较大幅度提升，大大改善了地区客运组织的灵活性(可根据需要组织部分蒙自站与昆明间的始发车)。

5.3 工程地质方面

北线方案：穿越典型的岩溶峰丛洼地和溶丘洼地区，岩溶地下水以管道流为主，岩溶泉和暗河的流量较大且动态变化大，岩溶强烈发育。沿线可溶岩长约98.6 km，占全线80.8%。线路走行于断层较密集发育区，线路23次与断层相交，工程地质条件很差。

中线方案：穿越的典型岩溶地貌主要为老寨岩溶槽谷峰丛洼地和石门洞溶丘洼地，岩溶中等-强烈发育。沿线可溶岩长约68.7 km，占全线60.2%。线路走行于断层密集发育区，线路30次与断层相交，断裂与褶皱发育，全线整体工程地质条件差。

南线方案：典型岩溶地貌较少，主要为石门洞溶丘洼地，岩溶地下水以岩溶裂隙水为主，地下水以泉排泄为主，岩溶弱-中等发育。沿线可溶岩长约50.0 km，占全线43.1%。线路走行于断层密集发育区，线路36次与断层相交，断裂与褶皱发育。全线岩溶地貌分布较少，地下暗河少见，岩溶水文地质条件较复杂，整体工程地质条件相对较好。