南疆铁路吐库段建设决策再思考与建设效益研究

杨建勋

(中铁第一勘察设计院集团有限公司，陕西西安 730043)

1 概述

受设计施工技术条件、经济实力、时代背景和发展认知等因素的限制，我国早期修建的山区铁路主要技术标准较低，具体表现为曲线半径小、坡度大，桥隧形式多为短桥、短隧。在当前的既有线扩能改造项目中，因其改造工程量较大而面临技术标准、建设方案决策等困扰。国内许多学者对此进行了相关研究，吴琨等基于成昆铁路成都至峨眉段扩能改造工程，认为应尽量提高既有工程的利用程度[5]。卓建成认为若既有线利用率较低，应按较高标准建设新线；以往研究大多注重局部方案和技术标准方面，对建设方案的综合性研究较少，尤其缺乏对线路改造综合效益的系统性分析。

以南疆铁路吐库段的建设方案为例，对有关支撑决策、效益等进行总结，从深化方案的视角，探索推进项目决策进程的工作重点与突破口。

2 建设方案研究

南疆铁路吐库段位于新疆维吾尔自治区吐鲁番和巴州地区，增建二线是加强我国铁路主通道、实现亚欧大陆桥南通道建设的重要举措，对维护南疆稳定，发展边疆地区经济，促进区域社会经济均衡、协调、可持续发展，维护民族团结，走向共同富裕，巩固国防以及促进亚欧经贸合作等均具有十分重要的现实意义。

2.1 总体建设方案的确定

南疆线吐库段两端的吐鲁番至鱼儿沟、焉耆至库尔勒两段地形条件较好，既有线最大坡度为12.5‰，改建既有线及增建二线的条件较好。而中段的鱼儿沟至焉耆段(现称南疆支线)穿越天山腹地，沿阿拉沟河谷逆流迂回展线而上至奎先达坂，以6.152 km隧道(奎先隧道)越岭进入乌拉斯台沟后，再沿河谷迂回展线而下，出谷口进入焉耆盆地。由于两条河谷沟床纵坡大，对线路进行了大量的展线，展线系数达1.85，最大坡度为22‰，落差达1 882～2 180 m。鱼和段是千里南疆线技术标准最低、抵御自然灾害能力最弱、运能最小、运营条件最为困难的地段，是整个南疆铁路的“盲肠”，存在着标准低、路况差、海拔高、坡度大、洪水威胁大、运营成本高等缺陷。该段线路必须另辟径路，选择地形、自然环境较好的场地，按较高标准建设。

根据总体指导思想，结合天山地势、地形、地貌等特点，从缩短线路长度和越岭隧道长度入手，对包括建1条新线与既有线组成双单线在内的各类方案进行了翔实的论述研究，最终确定了总体建设方案(见图1)。

图1 南疆铁路吐库二线示意

南疆铁路吐库段按160 km/h客货铁路标准建设，吐鲁番至鱼儿沟和焉耆至库尔勒段沿既有线增建二线，中段的鱼儿沟至焉耆段研究新的线路走向，选择地质条件好、能够显著缩短线路长度的乌苏通越岭垭口穿越天山，按一次双线标准建设，将既有鱼儿沟至焉耆段既有线路作为南疆支线，满足地方经济、天山旅游开发等综合运输需要，全面提升南疆铁路吐库段的运输能力。

2.2 线路走向与重大方案的确定

本工程为既有铁路扩能改造项目，线路两端的吐鲁番至鱼儿沟和焉耆至库尔勒段大部分地段地形条件均较好，采用与既有线并行及小半径集中地段双线绕行两种方式。其重大方案主要集中在鱼儿沟至焉耆之间的中天山及喀拉塔格越岭山区地段。

(1)中天山越岭方案

对既有线进行深入研究后，认为鱼儿沟至焉耆段线路必须另辟径路。因此，对既有线以东区域内的中天山地形、地质情况进行了全面分析[10]，提出了乌苏通、科可乃可与干沟长短隧道越岭的五大方案。经综合比选，乌苏通越岭方案线路短、隧道总长适中、桥梁工程省、工程地质条件好。

在大面积选线过程中，应重视线路研究和地质调查资料之间的紧密结合。工程实施期间所揭示的地质资料与勘察资料基本一致，其地质选线理念为合理选线和安全施工创造了良好条件。该重点工程在地质资料准确性、工法选择、岩体物理力学参数划分等方面达到国内长大铁路隧道勘察的先进水平。

其技术创新点概括如下：

①采用调查、钻探、物探、试验等综合地质勘察手段，查明了沿线岩土的工程地质特征和水文地质特征。经施工验证，未发生因地质勘察资料不准而造成的重大变更。

②采用调查、钻探、物探、试验等综合地质勘察手段，进行中天山隧道围岩TBM掘进机的适应性分析研究，为施工方法的选择提供了准确的地质资料。

③在加深地质、初测、定测及施工阶段，多次开展可控源音频大地电磁(CSAMT)V8测线，音频大地电磁法(AMT)、地震折射法和音频大地电场的综合物探工作。

21世纪以来，小水电开发引起的生态环境破坏、水土流失、河道断流等诸多问题引起了社会各界的广泛关注。媒体曾集中报道陕西岚河、湖北神农架、广西桂北、甘肃舟曲白龙江等地小水电开发导致部分河段脱流断流问题，而小水电是重要的民生水利基础设施和清洁可再生能源，已建成的小水电解决了无电、缺电地区用电问题，有力推动了地方经济发展，在江河治理、生态环境保护等方面做出了重要贡献。因此，为消除小水电建设的带来的负面影响，必须通过借鉴国际经验，把小水电开发利用提高到一个新的水平。

④中天山特长隧道岩爆预测中，进行了大量的土工试验和物探，获取了合理的岩体物理力学参数，判定了不同围岩应力状态下岩爆的临界状态，划分了岩爆段落。经施工验证，岩爆段落与设计基本一致。

(2)喀拉塔格越岭方案

喀拉塔格为中天山支系山脉，山体基岩裸露风化，植被稀疏,,越岭垭口附近山体最高峰高程约为1 930 m。在定测阶段，根据地形和工程地质条件，研究了长、短隧道两个方案。

长隧道方案由一座9.63 km长隧道和1座0.402 km短隧道组成，桥梁工程较小；短隧道方案仅设1座7.807 km的隧道，但桥梁工程较长隧道方案多2.372 km。短隧道方案较长隧道方案工程投资高约3 000万元。

针对上述情况，加大了地质选线的工作深度，特别是对长隧道方案的隧道洞口地质情况进行了深入研究。研究结果表明，其塔塔尔浅埋隧道(0.402 km)两端洞口岩石较为破碎，存在滑塌、危岩、落石等威胁，安全风险较大，经补充定测阶段的进一步研究比选，综合考虑工程地质、线形、工期、运营条件等因素，最终推荐该越岭方案采用短隧方案(1座7.807 km隧道)。后续施工及运营实践证明，短隧道方案以桥代隧，避开了不良地质，消除了安全风险隐患，改善了运营及维修条件。

(3)速度目标值方案

本线增建二线及鱼焉新建段的综合研究表明，南疆铁路吐库段选择V=160 km/h方案，吐鲁番至库尔勒间的旅行时间可控制在3 h以内，满足与高速公路、航空运输竞争的时间目标值要求，也可以满足乌鲁木齐与库尔勒两地开行“晨发夕归”城际快速列车的要求。

从本线定位来说，南疆铁路是以货运为主、客货共线的铁路，开行的旅客列车以普速客车为主，200 km/h速度目标值方案将废弃较多的既有线，经济性较差；速度目标值160 km/h方案投资适中(见表1)，提速效果较好，故推荐采用160 km/h速度目标值方案。

表1 速度目标值方案线路长度与投资比较

从速度目标值比较来看，线上160 km/h、线下200 km/h方案较160 km/h方案增加投资8.9亿元，在2006年基建投资紧张的大背景下，推荐了160 km/h方案，但从现今铁路发展趋势来看，本线可能已失去继续提速的条件，对于兼顾承担乌鲁木齐至库尔勒两市城际功能的本段线路，还是多少留有遗憾。

3 本项目技术方案特点

3.1 有效缩短线路长度

通过方案优化，缩短线路长度约123 km，节省旅行时间、提高运输效率、降低运输费用的效果十分显著，为扩大边疆与内地及南、北疆间的交流创造了良好的交通条件。

3.2 电气化改造

由内燃牵引的单线铁路改建为双线电气化铁路，彻底改变了既有线的薄弱环节，极大提高了运输质量。

3.3 复杂山区选线

贯彻复杂山区铁路选线思路，依据展线条件和桥隧工程布设，发挥了特长隧道的越岭效果，将线路长度从原457 km缩短到334 km，牵引质量从1 800 t增加到4 000～4 500 t，降低了运营成本，充分体现了本项目低投入、高回报的投资价值。

3.4 挡风墙设置

在吐鲁番至鱼儿沟间设置挡风墙53 km，极大地提高了线路防风能力，减少了停轮避风概率。

3.5 运输质量提升

线路通过能力和运输质量大幅度提升，为南疆地区经济持续发展提供了充足的运力保证，全面扭转了南疆地区特别是库尔勒地区铁路限制运输的情况，直快列车从库尔勒至乌鲁木齐只需4.5 h，提高了铁路的市场竞争能力，降低了运营成本，经济效益显著。

4 综合效益分析

4.1 经济效益

线路由单线内燃牵引改建为160 km/h双线电气化客货共线铁路，改建后线路最大坡度从22‰下降到13‰，牵引质量从1 800 t增加到4 000～4 500 t，线路高程从2 985 m降至1 480 m，线路长度从457 km缩短至334 km，运输能力大幅提升，运输成本显著降低。自开通至今，仅增开客车已达17对/日，彻底解决了运能限制运输的问题，运营条件、运营质量、运营水平均发生质的飞跃，经济效益突出。

4.2 社会效益

本段线路改建前为千里南疆线运输能力的瓶颈地段，处于能力饱和限制运输状态，年输送能力不足800万t。本次技术改造后，运行图通过能力跃升至180对/日，全面扭转了南疆铁路限制运输的状况，为南疆地区经济发展注入了强大的活力，经由本线库尔勒至乌鲁木齐直快列车从原先的10 h缩短为4.5 h(公路客运为6～7 h)，“南疆之星”城际列车的开行给南北疆之间的交流产生了历史性改变，拉近了新疆“北乌(鲁木齐)南库(尔勒)”两个重要中心城市的时空距离。因线路运营里程的大幅缩短，旅客列车各类票价下降约15%，也为铁路、地方大力发展现代物流业提供了坚实的基础，社会效益显著。

4.3 技术效益

本线由单线内燃牵引改建为160 km/h双线电气化客货共线铁路，实现了与兰新通道的直通匹配，线路最小曲线半径由原先的400 m增大至1 600 m，缩短线路长度123 km，按清理概算的108.7亿元总投资计算，单线公里(不含利用既有线)技术指标为1 806.6万元/km，考虑本线桥隧总长69.6 km(双线)的情况与产生的巨大经济、社会效益相比，项目投资低廉，以较小的投资代价实现了效益最大化，贯彻了铁路发展技术政策，是“技术创造效益”的具体实践。

5 支撑项目决策的思考

既有铁路扩能项目存在废弃工程量与提高线路技术标准之间的决策困扰。一般情况下，改造线路技术标准越高，则意味着废弃线路越长、废弃工程量越大，这就需要充分掌握沿线地形、地质条件，跟踪相关专业技术发展动态、铁路勘察地理信息技术、修建技术及设备水平，积极开展科技创新，全面开展方案论证和综合效益分析，剖析各方案改造效果、投资付出与废弃工程量之间的矛盾，平衡各种因素，以铁路可持续发展为主导，落实功能定位目标，为项目建设方案决策提供翔实可靠的技术依据，以准确可靠的技术方案保障推进项目决策进程。