困难山区铁路选线分析
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摘要：本文主要介绍在地形复杂的山区进行选线设计时需注意的问题，在部分复杂地段和特殊地段选线设计中的一些体会。本文认为在困难山区应重点解决铁路展线问题。通过采用较大限制坡度以适应高差较大的地形，使用正交或大角度方式，以长隧、高桥结构形式越岭、跨大江大河，合理利用沟谷地段，达到少展线的目的。
关键词：困难山区 选线 展线 高桥
我国系多山国家，山区丘陵约占国土总面积的65％，因此山区选线是铁路选线中的重点之一。山区地形复杂，选线难度相对较大，结合设计中实例浅析山区选线中应注意的几个问题。
1工程概况
本线所经地区地形、地质条件极其复杂，各类环境敏感区域（点）较多，线路选线要综合考虑经济选线、工程选线、地质选线和环保选线。本线线路选线有以下几个特点：
1）本线地处云贵高原与青藏高原的连接部位，群山矗立，河流切割剧烈，高差悬殊，河谷形态以“V”形谷为主，线路展线系数大。在选线中应结合工程情况、车站设置展线。
2）本线位于贫困山区，沿线经济据点少，选线过程中尽量照顾沿线经济据点。
3）本线不良地质分布广泛，活动断裂规模大，地震活动频繁，因此要合理利用地形条件，尽可能绕避地质不良地段。
2合理的限制坡度
限制坡度与铁路等级、输送能力、牵引种类、地形条件以及相邻线路的牵引定数关系密切。铁路等级越高,则设计线的意义、作用和客货运量越大,更需要有良好的运营条件及较低的运输成本,因此宜采用较小的限制坡度。输送能力与牵引定数有关,而牵引定数是由限制坡度和牵引种类决定的,所以限制坡度的选择,应根据运输任务,结合机车类型一并考虑。当铁路等级、输送能力、牵引种类已确定后,限制坡度主要取决于地形条件。当限坡与自然纵坡相适应时,线路展线少,工程费省,尤其当地形困难时,限坡大小对工程费影响较大。因此,在山区选线中选择合理的限制坡度至关重要。
2.1攀丽铁路地形地势特点
本线位于青藏高原南东缘，云贵高原西缘，滇西北横断山脉南段，线路呈近东西向走向，地面高程1000～3500m之间，地势起伏较大，相对高差达500～1000m，部分地段高差达1200～1500m。线路所经地段地势分析如下：攀枝花至华坪段高程变化不大，限制坡度对工程影响不大；华坪至永胜段地势起伏大，自然坡度达15.7‰，局部达20‰。永胜至金沙江段地势起伏大，自然坡度12.1‰，局部达23.5‰；金沙江至丽江段地势起伏大，自然坡度为17.1‰，局部达23.5‰。
根据线路所经地区的自然坡度、通道内各条线路的既有坡度，本次研究了18.5‰、24‰、30‰坡度方案。
18.5‰坡度方案线路长度246.031km，桥隧总长216.792km，桥隧比88.12%，工程投资337.31亿元；24‰坡度方案线路长度229.453km，桥隧总长199.680km，桥隧比87.02%，工程投资310.65亿元；30‰坡度方案线路长度220.955km，桥隧总长192.942km，桥隧比87.32%，工程投资300.18亿元。
在工程可行的情况下，选择较大的限制坡度，减少展线、桥隧长度和高桥座数，可有效控制工程投资。本线中，30‰坡度不满足行车条件，故选择24‰坡度。
3利用较大的沟谷
选择山间较大沟谷进行选线。山区地形复杂,高程变化较大,克服高程障碍是山区选线的难点之一,而利用山间较大的沟谷则能有效的克服这一障碍。在选择沟谷时,应尽量利用与线路走向基本一致的沟谷,注意寻找两岸开阔、地质条件较好、纵坡较平缓的沟谷。线路所经河谷选定后,还需要进一步研究线路设在河谷的哪一侧。通常在河谷的两岸,自然条件常有差异,应结合地形、地质、水文、农田及城镇分布情况,选择有利的一岸定线。
4越岭垭口的选择
当线路需要从某一水系(河谷)转入另一水系(河谷)时,必须穿越分水岭。越岭线路通常是沿通向分水岭垭口的河谷,用足最大坡度定线,并以隧道越过垭口再沿分水岭另一侧的河谷向下游定线。选择垭口应遵循高程较低、靠近短直方向、山体较薄、两端引线条件较好的原则。
5合理处理采空区
我国的山区矿藏非常丰富,矿区的采空区如采煤洞、掏砂洞等,选线时如对此类地区重视不够,工程措施考虑不周,通车后将导致线路建筑产生病害,如路基下沉,桥梁变形,严重危及行车安全。因此,选线过程中应查明情况,排除隐患。选线时线路首先应绕避采空区密集地区。
6大江大河跨越点选择
长隧穿山、高桥大跨越江缩短线路，以传统的选线模式，一般山区的铁路选线先顺山间河谷进行展线，以提升线路标高以较短的隧道穿越分水岭，或降低线路标高以较低的桥高跨越河谷，依靠线路展长，增长路基，以降低桥隧工程修建技术的难度。由于本线线路走向与山系、构造线断裂带基本成正交，为尽可能地减少沿河展线 ，贯彻以正交方式高桥大跨横越大江大河，以正交或大角度方式长隧穿越横断山系的选线原则。线路尽可能以正交或大角度方式相交。
6.1跨越金沙江桥址方案分析
金沙江为本线最大河流，跨金沙江桥为本线控制性工程，结合线路方案，在丽江处跨越金沙江共选取了三处桥址方案，分别是I桥址方案、和II桥址方案、III桥址方案。
（1）I桥位，主跨采用1-460m钢箱拱，最大墩高110m。
（2）II桥位，主跨采用（120+200+120）m钢连续刚构桥，最大墩高95m。
（3）III桥位，主跨采用1-550m钢箱拱，最大墩高140m。
由于线路方案受高程控制，需展线设计，I桥位方案轨面高程为1513m,II桥位方案轨面高程为1289m,III桥位方案轨面高程为1679m,因此，和II桥位方案较其它两个方案桥高较小，可采用结构形式较为简单的连续刚构，结合V字形沟谷的地势，其它两方案均采用钢箱拱的结构形式，从桥址建桥条件分析，I桥位山体完整性好，线路与山体等高线、河道正交，拱桥建桥条件较好，III桥位位于金沙江“几”字形河弯处，桥址处山体冲沟发育，山体完整性较差，线路与河道及山体斜角，拱桥建桥条件较差。综上，从建桥条件、桥式方案的可靠性及经济性分析， II桥址方案最优，I桥址方案次之，III桥址方案较差。
I桥址方案具有线路长度较短、桥隧工程小、工程投资较小、地质条件较好等优点，且经过沿线华坪、永胜两个县城并在城区附近设站，对带动地方经济发展和增加国土开发辐射范围作用明显，社会效益较好，因此推荐I桥址方案。
6.2跨越金沙江桥址方案研究
由于金沙江采用较大桥高可缩短金沙江至永胜县至丽江展线段线路长度，且桥位处工程地质条件较好，具有采用高墩大跨桥梁的条件。通过收集相关单位在攀毕遵铁路中的研究成果，以最大悬索桥主跨不超过1200m，在线路走向方案研究结论的基础上，对钢箱拱桥和悬索桥两种不同的桥式进行了研究。
1）各方案简介
程海北I方案：线路自比较起点永胜县北引出，向北在大营设站，沿五郎河向西展线下至1513m标高于腊美采用主跨460m钢箱拱桥跨金沙江，过江后向南展线在尔罗镇设站，出站后折向北，紧坡而上展线经龙潭、光乐，在大来村下穿既有大丽线，上跨在建仁和至丽江铁路引入在建丽江站至方案比较终点。比较段落内线路长度99.253km，桥隧总长89.873km，桥隧比90.55%，工程投资140.99亿元。
程海北II方案：线路自比较起点永胜县北引出，向北紧坡而下过睦科，沿五郎河向西至盐所设站，出站后展线上至1750m标高于腊美采用主跨1050m悬索桥跨金沙江，过江后向南展线在尔罗镇设站，出站后折向北，紧坡而上展线经龙潭、在三元村下穿既有大丽线，上跨在建仁和至丽江铁路引入在建丽江站至方案比较终点。比较段落内线路长度88.201km，桥隧总长82.073km，桥隧比90.18%，工程投资136.65亿元。
两方案走行于同一个走廊带，且在华坪、永胜县城均设站，对带动地方经济发展和国土开发作用相当，地质条件相当。主要就桥式优缺点进行分析如下：
线路方案受高程控制，需展线设计，根据线路1513m和1750m的路肩高程控制，桥梁采用了1-460m拱桥方案和（225+1050+225）m悬索桥方案，从建桥条件分析，梁桥位于同一桥址处，该桥位地形为V字形沟谷，拱桥的建桥条件要好于悬索桥，从结构的可靠性和经济性分析，拱桥方案较悬索桥方案占有明显的优势，目前，在国内铁路桥对拱桥的应用要远远高于悬索桥，悬索桥具有刚度差的结构缺点，山区沟谷风较强，因次，悬索结构需加强刚度设计，从跨度分析，悬索桥在造价上要远远高于拱桥方案。
金沙江桥标高决定永胜至丽江段线路长度，较高桥高可缩短线路长度，但同时也加大金沙江桥主跨，影响方案的可实施性。因此，从节省投资的角度出发，同时降低工程风险，保证方案可实施性上综合考虑，研究暂推荐1513m标高，主跨460钢箱拱方案。
7.结论
综上所述，山区选线的一般顺序应首先结合运量以及相邻线路的技术标准，确定设计线路的主要技术标准，其中对线路方案影响较大的限制坡度的选择应结合运量、相邻线路的限制坡度、铁路等级、牵引种类和地形条件等因素综合比选后确定，困难山区，尽可能采取较大的限制坡度以适应地形；然后，在小比例尺地形图上，根据线路走向、地形、地质等条件在大面积范围内寻找适合的站位、桥址、沟谷和越岭位置，对重大工点位置进行研究比较；最后，再根据地形、地质等条件对沟谷的左右岸侧进行选择,并对环境保护区、不良地质地段适当绕避。总之,山区地形复杂，在选线过程中还有很多因素影响线路走向，为使线路方案经济合理，实践中必须结合实际情况，全面客观的分析各种相关因素，最终满足运输要求和经济发展的需要。
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