西延高速铁路引入西安北站方案研究

王作磊,张 鹏

(1.中铁第一勘察设计院集团有限公司,西安 710043; 2.中国铁路西安局集团有限公司,西安 710054)

1 西延高速铁路概况

西延(西安—延安)高速铁路是国家中长期铁路网规划“八纵八横”高速铁路主通道包海通道和陕西省“米”字形高铁网的重要组成部分，同时又是关中城市群城际铁路网重要干线之一[1]。该线路北接延榆鄂(延安—榆林—鄂尔多斯)高速铁路，南连西渝(西安—重庆)高速铁路，主要承担陕北和蒙西地区与西安、西南、中南地区的旅客交流，并兼顾陕北与关中地区的城际旅客交流，设计时速350 km，是一条高标准、大能力的高速铁路。

西延高速铁路位于关中及陕北地区，线路由西安东站北端引出，向北经西安市灞桥区、临潼区、高陵区，咸阳市三原县，渭南市富平县，铜川市耀州区、王益区、印台区、宜君县，延安市黄陵县、洛川县、富县、甘泉县、宝塔区，引入既有包西线延安站[2]。西延高铁线路全长304.588 km，其中，新建线路长299.433 km。

2 西延高速铁路引入西安枢纽分析

2.1 西安枢纽既有概况

西安铁路枢纽目前衔接郑西(郑州-西安)、西宝(西安-宝鸡)、大西(大同-西安)、西成(西安-成都)高速铁路，以及陇海线、货运北环线、包西线、西康线、宁西线、西平线、侯西线、咸铜线、西户支线等，共计4条高铁、7条干线和1条支线。现有各类车站48处，其中，西安站、西安北站为客运站，新丰镇为编组站，其余均为中间站。

2.2 西安枢纽总图规划概况

随着银西(银川-西安)、西武(西安-武汉)、西延、西渝等高速铁路，以及西韩(西安-韩城)、阎机(阎良-机场)、西法(西安-法门寺)等相关城际铁路引入枢纽，西安枢纽将构成以陇海铁路、路桥高铁通道、包海高铁通道为主轴，衔接8条高铁、8条普铁、6条城际铁路、2条环线(货运北环线和枢纽南环线)组成的大型环形放射状铁路枢纽，并将逐渐形成“米”字形高铁网架构[3-6]。

规划形成“四主一辅”的客运站布局，其中，西安站、西安北站、西安东站、新西安南站为主要客运站，阿房宫站为辅助客站。

2.3 西安枢纽客运量预测

2018年西安枢纽客车总对数为273对/d，其中，通过旅客列车95对d，始发终到旅客列车178对/d。

随着银西、西安至包头、西安至武汉、西安至重庆高铁及关中城际铁路等项目引入西安枢纽，西部铁路网进一步强化和扩展，考虑客运量的增加、提高运输质量及市场经济发展的需要，西安枢纽旅客列车对数将有较大幅度的增加[7-8]。预测西安枢纽初期2025年旅客列车总对数为612对/d(普速125对/d、动车487对/d)，其中，始发449对/d，通过163对/d；近期2030年旅客列车总对数为727对/d(普速93对/d、动车634对/d)，其中，始发525对/d，通过202对/d；远期2040年旅客列车总对数为902对/d(普速73对/d、动车829对/d)，其中，始发671对/d，通过231对/d。

2.4 西延高速铁路引入西安枢纽方案

西延高铁线路于西安枢纽东侧由北向南引入，正线先后跨越渭河、陇海线、西康线，从北端西侧引入规划西安东站，与西渝高铁贯通[9]。

除规划西安东站为始发站外，为充分利用西安枢纽内既有客运设施，满足开行不同方向跨线客车需求，增强运输组织灵活性，西延高铁于耿镇线路所设置引入西安北站的联络线，自东向西接入西安北站银西场，并于歇驾寺附近预留引入既有西安站的联络线接轨条件，以进一步与西安站连通。同时，为实现西安枢纽内银川与武汉、重庆方向的跨线客车交流，于港务区东线路所设置港务区站至港务区东的联络线，并预留远期港务区东至西安东站的四线条件[10]。西延高铁引入西安枢纽方案见图1。

图1 西延高铁引入西安枢纽方案示意

3 西延高速铁路引入西安北站方案研究

3.1 西安北站概况

西安北站位于西安市区正北、绕城高速与北三环外侧，为西安枢纽内的主要客运站，办理陇海东西方向、成都、运城方向、银川方向动车组列车及北部城际(铜川、韩城、法门寺)列车作业[11-13]。车站总规模18台34线，到发线有效长650 m，设高架候车室，由南至北依次布置郑西西宝场、西成大西场和银西城际场，其中，郑西西宝场和西成大西场为既有车场，银西城际场目前正在建设。车站西端、站房同侧设有西安北动车运用所1处，与车站纵列布置，设置4条动车走行线与车站连通。西安北站平面布置见图2。

图2 西安北站平面布置示意

3.2 西安北站客运作业量

西安北站2018年开行列车总对数为157对/d，其中，始发/终到列车113对/d，通过列车44对/d。预测西安北站2030年、2040年旅客列车总对数255对/d(始发156对/d)、304对/d(始发181对/d)。

3.3 西安北站引入方案研究

3.3.1 西安北站既有引入条件分析

西安北站各车场中，既有郑西场和大西场两端咽喉正线和联络线设置完备，已无新线直接引入条件，只在建银西城际场东端咽喉正线为尽头式，因此，西延高速铁路引入西安北站联络线可直接接轨于银西高速铁路正线末端，进而引入西安北站。

西延高铁于耿镇设联络线引入西安北站银西场后，为实现延安与成都、宝鸡方向的跨线客车交流，需在西安北站设置延安至成都、宝鸡方向的上下行疏解线。

西安北站车场两端既有各方向联络线7条，银西高铁在建联络线2条，基本可实现各车场衔接方向的互联互通，唯有太原至宝鸡下行方向无进路贯通。考虑到西安北站西端咽喉联络线及动车走行线错综复杂，已无新设联络线条件，因此，考虑于西安北站东端设置疏解线解决延安与成都、宝鸡方向的跨线客流问题[14]。

经研究，宝鸡至太原上行疏解线连通了西成场和西宝场，与成都和宝鸡方向贯通，因此，成都、宝鸡至延安方向的上行客车进路可通过该疏解线末端安全线上接轨设置联络线实现。而由于西安北站太原至宝鸡下行方向进路不通，延安至成都、宝鸡下行方向进路无相关联络线和咽喉进路可以利用，因此，实施难度较大。

在实现西安北站成都、宝鸡至延安上行方向进路的基础上，为进一步实现连通延安至成都、宝鸡下行方向跨线车进路，详细研究了西安北站东端新建延安至宝鸡方向下行联络线方案、西安北站咽喉区接轨改建方案等一系列方案。西延高铁引入西安北站联络线方案示意如图3所示。

图3 西延高铁引入西安北站联络线示意

3.3.2 新建延安至宝鸡方向下行联络线方案研究

(1)联络线上跨既有高铁方案

考虑上跨郑西、大西高铁，受跨越高程影响，只能跨过西铜高速后跨越既有高铁。而郑西、大西高铁出西安北站后逐渐并行，跨越点线间距约30 m，大西高铁北侧紧邻本线引入西安北站联络线及本线沟通西成场的成都至延安上行客车疏解线。而延安至宝鸡下行联络线最终接入耿镇至西安北下行联络线，因此，跨越郑西、大西高铁后必须走行于大西高铁、耿镇至西安北联络线之间，导致与既有运营高铁交叉角度极小，仅有9°，无法设置连续梁工程，只能采用门形墩工程跨越[15-16]。由于门形墩设置个数较多(9个)，运营两线间的门形墩对既有线影响很大，运营安全无法保证，方案无法实施，予以舍弃。联络线上跨既有高铁方案见图4。

图4 联络线上跨既有高铁方案示意

(2)联络线下穿既有高铁方案

若考虑下穿大西、郑西高铁，线路自郑西场东端南侧安全线引出后必须外绕加大与高铁的交叉角度，从高铁桥墩下穿过。则线路切割在建小区，征拆无法实施，并且线路与正在建设的市政综合管线交叉干扰，迁改难度大。根据联络线下穿位置的高程情况，具体研究了挖方方案和明挖隧道方案。

挖方方案以4～5 m挖方工程下穿既有郑西、大西高铁，宝鸡至太原联络线等铁路桥，中心线距离桥墩承台不足4 m，开挖时对既有桥梁桩基承载力、刚度均产生很大影响，工程安全不能保证，方案予以舍弃。

明挖隧道方案下穿既有郑西、大西高铁、宝鸡至太原联络线等铁路桥以及包茂高速公路，基坑深达12 m，线路中心线距高铁(54+90+54) m连续梁主墩承台仅6.5 m左右，对既有桥梁桩基承载力及刚度均产生较大影响，工程安全不能保证；线路下穿包茂高速，中心线距离公路桥台仅17 m，明挖隧道施工时，需中断包茂高速单向行车。该方案下挖段长达2.5 km，区间城市路网及地下管网密集，对既有设施影响巨大，实施难度大，工程投资巨大、难以控制。联络线下穿既有高铁方案见图5。

图5 联络线下穿既有高铁方案示意

根据以上分析，上跨方案及下穿方案均存在诸多问题，前期经多次研究及审查后，方案难以实施，研究后放弃。

3.3.3 西安北站咽喉区接轨改建方案研究

(1)延安至成都下行联络线顺接大西下行场方案(方案1)

成都至延安下行联络线于耿镇至西安北站下行联络线XWK1+080位置以18号道岔向西引出，于大西高铁里程DK2+265附近跨越大西高铁正线，接入大西西成场北侧下行场东端咽喉，咽喉区局部改建，拆除既有2组18号道岔，新增3组18号道岔。

该方案可实现延安方向与成都方向的跨线客车交流，以及北京至延安方向的立折作业需求。但缺点是无法实现延安与宝鸡方向上、下行双向连通，仅能实现宝鸡至延安上行方向单向连通。方案如图6所示。

图6 延安至成都下行联络线顺接大西下行场方案(方案1)

(2)郑西场西端增设渡线方案(方案2)

为解决原方案中延安与宝鸡下行方向不通问题，该方案在原方案基础上，于郑西场西端出站咽喉西宝上下行正线间、西宝上行正线与成都至郑州上行疏解线间各增加1组18号道岔渡线，同时还建2组拆除的渡线[17-19]。该方案延安方向动车组可通过西成上行立折疏解线接入西宝下行线，连通延安至宝鸡方向。咽喉区改建方案如图7所示。

图7 郑西场西端增设渡线方案(方案2)

该方案存在如下问题：

①需改建郑西场西端既有咽喉，在既有正线及联络线间增设渡线，对既有线运营组织有一定干扰；

②西端咽喉改建后最外侧渡线道岔距离既有桥头较近，位于路桥过渡段上；

③延安至宝鸡方向跨线车作业(近远期4/5对)与宝鸡方向列车(近远期63/80对)、成都至郑州方向列车(近远期16/18对)接车作业以及成都方向立折车接车作业均产生交叉干扰，切割路网高铁正线影响作业能力的同时并存在一定安全隐患。

(3)延安至成都下行联络线反接宝鸡至太原上行线方案(方案3)

该方案起点与方案1相同，于大西高铁里程DK1+735附近跨越大西高铁正线，以12号道岔接入郑西、大西上行场东端咽喉宝鸡至太原上行联络线里程BTSK2+147处，咽喉区局部改建，拆除既有3组18号道岔，新增3组18号道岔和1组12号道岔。该方案延安可连通成都、宝鸡方向。方案如图8所示。

图8 延安至成都下行联络线反接宝鸡至太原上行线方案(方案3)

经研究，方案3虽能实现延安至宝鸡方向连通，但存在如下问题：

①成都至延安下行线以12号道岔侧向接入郑西场咽喉区，动车组进站速度较低；

②该联络线12号道岔出岔点至跨越大西正线处距离较短，考虑到跨越大西高铁需要至少12 m的净空高度，变坡点至上跨控制点距离只有360 m，出站端按困难值3 000 m设置竖曲线，33‰的大坡度爬坡，以门形墩加槽型梁的桥梁结构跨越大西高铁，工程实施条件差、难度大；

③该方案延安至成都方向(下行通过车近远期7/9列)、延安至宝鸡方向(上行通过车近远期4/5列)接车进路与太原方向始发车(始发终到车近远期13/20对)进路、成都至太原方向(上行通过车近远期15/17列)、宝鸡至太原方向(上行通过车近远期15/21列)发车进路同时共用宝鸡至太原上行联络线BTSK2+100～BTSK2+300段咽喉，接发车进路敌对交叉干扰严重，对行车组织影响较大，且存在安全隐患[20-22]。

(4)延安至成都下行联络线反接大西上行场方案(方案4)

该方案起点与方案1相同，于大西高铁里程DK1+800附近跨越大西高铁正线，接入大西西成场南侧上行场东端咽喉，咽喉区局部改建，新增1组18号道岔。该方案延安方向可与成都方向连通，但不能与宝鸡方向连通。方案如图9所示。

图9 延安至成都下行联络线反接大西上行场方案(方案4)

该引入方案工程简单，咽喉区改建程度小，较方案1联络线长度缩短780 m，投资较省。但该方案延安至成都方向接车进路与大西场19～21股道办理太原方向立折始发车进路有一定交叉干扰，需将太原方向立折车调整至16～18股道办理。

(5)方案推荐意见

西安北站咽喉区接轨改建方案中的方案2、方案3和方案4均存在一定行车进路交叉干扰，对车站运营安全造成隐患，且部分桥梁工程实施条件差、难度大，经研究，最终西延高速铁路引入西安北站推荐咽喉区接轨改建方案1，即延安至成都下行联络线顺接大西下行场方案。

为解决枢纽内延安至宝鸡下行方向跨线客车进路问题，结合枢纽总图规划，将来延安至宝鸡方向列车可通过港务区东站经由规划的本线引入西安站联络线，接入既有陇海三、四线至西安站，出站后向西经陇海线至咸阳西站接入西宝高铁，从而连通延安和宝鸡方向。该径路方案需利用西安站至咸阳西站间既有陇海线，速度受到一定限制，但考虑到距离较短，且随着枢纽内货运业务的外迁，该段陇海线客运能力得到释放，对延安至宝鸡方向开行跨线车的能力和运营时分影响不大，具备可行性。

3.3.4 引入西安北站推荐方案说明

耿镇至西安北站联络线由耿镇设线路所引出后，经港务区设越行站，而后并行大西高铁北侧向西引入西安北站银西场，接轨于西安北站东端银西高铁正线起点处，与银西正线贯通。该联络线可实现西安北站往延安方向开行始发终到列车的需求，近期随着西安东站的建成，可进一步提高枢纽运输组织的灵活性，极大方便西安地区旅客的出行。

成都至延安上行疏解线从宝鸡至太原上行疏解线的安全线尽端引出，向东上跨耿镇至西安北站联络线后，于区间出岔接入该联络线，建成后将实现成都、宝鸡至延安上行方向跨线旅客列车交流，并满足北京至延安方向客车立折需求。

延安至成都下行客车疏解线从西安北站东端耿镇至西安北站联络线上出岔引出，后跨越大西高铁引入西安北站西成场东端下行场咽喉，咽喉区进行局部改建，建成后该疏解线将实现延安至成都下行方向跨线旅客列车交流。

4 结语

根据西安枢纽总体布局，结合西延高铁线路走向，在西安北站既有车场布置基础上，研究了西延高铁引入西安北站的联络线接轨方案，实现了西延高铁在西安北站的始发终到作业以及跨线客车运输需求，连通了延安与银川、成都、宝鸡(上行)方向和银川与重庆、武汉方向等跨线径路，满足了北京至延安方向客车在西安北站的立折需求。这些功能的实现可进一步增强西安北站的客流吸引能力以及西安枢纽的运输组织灵活性，对于充分利用西安北站既有客运设施和车场能力、方便地区内旅客出行具有重要意义。