川中浅丘地区高速铁路纵断面设计研究

鄢良军

（中铁二院工程集团有限责任公司，四川 成都 610000）

1 概述

铁路选线是在铁路勘察设计中决定全局得重要工作，随着国家“八纵八横”高速铁路网与地方城际快铁的持续加快建设，成渝经济圈范围内以成渝中线、成自、成南达为代表的低山浅丘地形的高速铁路建设正在有序推进。区别于以往困难山区和平原地区高铁建设情况，川中浅丘地区铁路重大平面控制点相对较少，线路平面整体趋于顺直，因此线路纵断面的设计就显得尤为重要，尤其在无重大标高控制点的浅丘地段，合理的纵断面设计不仅能节省工程投资，优化行车条件，还能节省宝贵的土地资源[1]。本文以建设中的成渝中线为例，对川中浅丘地形的高速铁路选线设计进行总结，以期为同类型地形条件下铁路工程的选线和工程处理提供借鉴。

2 项目概况

成渝中线位于四川、重庆境内，是成渝双城经济圈标志性工程，是支持“长江经济带”高质量发展和成渝地区双城经济圈建设的重要基础设施，是一条承担区际长途客流和成渝直达城际客流的高速铁路。其中大足—简阳段为川中浅丘及低山地区，沿线大面积分布白垩系（K）、侏罗系（J）紫红色砂泥岩，为四川盆地典型的红色丘陵景观。岩层产状平缓、倾角一般小于5℃，地形形态受岩性控制，厚层砂岩常形成陡崖、方山和平顶爪状山梁，黏土岩则形成缓坡、圆丘和平坦坳沟。地面高程250～490m，相对高差80～140m，自然坡度10°～35°。斜坡地带基岩部分裸露，覆土较薄，坡面多为灌木、林地；缓坡及沟槽地带覆土相对较厚，多为旱地或水田。村庄民房星罗棋布，乡村道路网状分布，交通较为便利。

项目的建设能够深入贯彻落实国家战略部署，推动长江经济带高质量发展，加快构建长江沿岸综合交通运输体系，服务构建新发展格局，加快推动成渝地区双城经济圈建设，带动西部高质量发展形成重要增长极，对实现交通强国，发挥铁路先导，打造轨道上的成渝地区双城经济圈具有十分重要的意义和作用。

3 浅丘地区纵断面设计控制因素

在铁路勘察设计，尤其纵断面设计当中应及时了解国家、交通部、中铁总公司对铁路建设的新规定，熟悉掌握铁路线路选线设计的相关规范、规定，同时应进行多方案比较，选择最优的方案[2]。本节主要从浅丘地段铁路纵断面设计主要控制因素进行分析。

3.1 高等级道路

项目范围内的公路网密集，在大足、安岳、乐至、简阳境内与高速公路、国省县乡道均有多次交叉。沿线经济发展迅速，因此，纵断面设计中，在确保规范要求的交叉净空基础上，可以适当预留50～100cm 的净空富裕，可以在工程投资变化不大的情况下预防施工测量误差以及预留远期公路改建条件。同时对于已经纳入地方控制性规划的市政道路以及高等级道路，在项目初测以及定测阶段应该进一步加强对接，确保纵断面方案可行性和经济性。另外，在靠近城区或人口密集地段，部分桥梁工程可适当增加桥梁高度，同时考虑景观设计[3]。

3.2 油气管线

四川盆地是一个含油气盆地，远在宋代便在自贡境内利用天然气进行盐卤生产，是世界上最早利用天然气的地方。结合本项目线路走向，线路附近分布洛带气田、金龙寺气田、三大湾气田、苏码头气田、安岳气田、荷包场气田等。在大足—安岳范围，各类油气井及管线密布，因此，在铁路纵断面设计过程中需探明管网分布，在无法绕避的情况下纵断面尽量太高，采用桥梁跨越的方式，以便后期管线检修。

3.3 高压线

高等级电力线由于迁改费用高、迁改审批流程复杂，同时在迁改过程中对地方影响较大，因此在面对220kV 及以上等级的高压线优先选择绕避，纵断面设计中应该合理选择标高，应尽量减少穿越处数和长度。本项目沿线高等级电力线密集，同时由于沿线既有的高压铁塔设置均较低且不是耐张塔，因此高压线对线路纵断面设计影响较大，项目纵断面设计以500kV 和220kV 为控制因素，尽量减少高等级电力线的迁改[4]。

3.4 过渡段

过渡段主要设置于路基与桥隧等其他线下结构物、不同路基结构、不同地基处理形式连接处可能导致轨道基础沉降变形及刚度差异的位置。随着我国高速铁路建设的飞速发展，高速铁路给人们的出行带来了极大便利，但是在高铁建设过程当中还是存在着许多问题和通病，桥头跳车就是目前较为常见的病害之一，出现跳车现象会严重影响行车安全。引起桥头跳车的原因主要是桥台和台背填料衔接的过渡段部分的不均匀沉降。

过渡段的设置在于通过将突变差异调整为渐变差异，从而保证线路轨道在纵、横向的平顺，根据车辆与线路相互的动力学分析结果，随着过渡段长度增加，车体垂向加速度、轮轨垂向力等指标逐步减小[5]。但是在实际施工过程中由于施工工期或工序安排不当，引起过渡段填土碾压不到位，质量无法保证，引起后期运营过程中不均匀沉降。通过细化设计以及加强过渡段施工监管能在一定程度上减少类似情况得发生，另外在纵断面设计过程中通过合理调整线路纵断面，可以直接减少过渡段处数，能更直接的降低过渡段的风险。路基桥梁过渡段如图1 所示。

图1 路基桥梁过渡段

4 浅丘地区线路坡度方案研究

在低速铁路工程建设的过程中，由于沉降、路基填料的要求较低，且土地价格相对便宜，因此路基工程在投资上较桥梁工程存在一定的优势。但是随着高速铁路建设过程中对沉降要求的增加，对路基本体的填料要求也越来越高，川中浅丘地区填料基本无法达到设计需求，因此路基填料主要以价购为主，运距增加引起路基本体投资不断增加。此外土地价格亦不断增加则进一步引起铁路建设成本增加。部分深挖高填段路基供公里指标已大于桥梁公里指标。本节重点对桥梁、路基、隧道工程投资结合工程实例进行测算分析，并且选取安岳—乐至段典型的浅丘地段进行方案比较分析，得到合理的纵断面设计方案。

4.1 主要工程指标分析及测算

4.1.1 桥梁指标测算

考虑常规地形条件、无连续梁以及特殊桥跨的情况下，通过对桥梁下部结构、上部结构以及附属结构工程数量的计算分析得到桥梁工程投资（表1）。铁路桥梁工程红线范围宽度约18m，折算用地数量约27 亩/km，按照沿线平均土地价格25 万/亩计算，桥梁工程用地投资约6750 元/延米。一般地段不同墩高桥梁延米指标墩高每增加5m，延米指标将增加0.3 万～1.3 万，具体如表1 所示。

表1 一般地段不同墩高桥梁每延米数量指标

4.1.2 路基指标测算

路基工程投资主要由路基工程本体、基础处理以及路基支挡结构组成。经测算，一般填方地段，按照平均填高7m 考虑（常规路桥分界为7m），路基公里指标约48000 元/m，一般挖方路基，按照平均挖高8m 考虑，公里指标约为38600 元/m，低填浅挖路基公里指标约为42000 元/m（以上公里指标未考虑用地、站后附属工程以及陡坡路基需增设支挡结构加固）。结合项目设计过程中实际发生的支挡工程数量，折算路基支挡工程投资约18000 元/m，因设置涵洞引起指标增加3000 元/m，接触网基础、防护栅栏、绿色通道每延米增加2500 元/m。综上，路基工程每延米指标约56500 元/m（不含用地）。路基工程平均用地数量约70～85 亩/km，折算投资约路基用地指标每延米指标约20000 元/m。

4.1.3 隧道相关指标测算

根据工程经验测算，常规隧道延米指标约为11 万元/延米，其中500m 以下隧道指标约为13 万/延米，500m 以上隧道指标约为10.3 万/延米。

4.2 方案比选

结合沿线地形地质情况，选取安岳—乐至交界处地形起伏频繁段典型段落为例，对低线方案以及高线方案开展对比分析。其中低线方案按照传统拉坡定线方法进行纵断面设计，以能做路基尽量做路基为原则；高线方案抬高线路坡度，按照尽量以桥带路为设计原则进行设计，如图2 所示，详细数量及投资对比如表2所示。

图2 高、低线坡度方案

表2 主要工程数量及投资对比

通过对地形起伏频繁地段高低线方案进行详细综合对比，抬高线路坡度高线方案中桥梁增加1.988km，路基减少1.643km，减少过渡段16 处；隧道长度减少0.345km。合计节省用地154.6 亩，减少过渡段16 处，节省投资3386 万元（其中因取消短隧道引起投资节省约2000 万元）。通过适当抬高线路纵断面，节省大量土地资源，显著减少过渡段处数，节省工程投资，高线方案优势明显。

5 结语

低山浅丘区高铁选线不像困难艰险山区，一般情况下不存在重大不良地质，同时也不会存在越岭高程选择的困难。在沿线各类经济据点分布比较明确的情况下，线路通常较为顺直，在此情况下合理确定线路标高不仅能够节省工程投资、降低施工运营风险，同时还能节约宝贵的土地资源。在实际铁路选线纵断面设计过程中，结合实际工程形式及地形特点，在浅丘地区铁路纵断面设计过程中，针对地形起伏频繁地段，适当抬高线路坡度（抬高后桥梁墩高以不高于20m 为宜），可以在工程总投资变化不大的情况下有效减少过渡段、短路基工程，有效减低施工及运营风险，优化工程条件以及运营条件。