陶 玮

(中铁第一勘察设计院集团有限公司,西安 710043)

随着我国铁路建设的发展，铁路设计施工技术水平的提高，铁路选线设计中遇到的问题也越多越复杂，若在选线时没有处理好线路与诸多客观因素的协调配套关系，就容易引起决策失误导致巨大经济损失[1]，因此铁路选线更多地需要应用综合选线技术来解决多方面、多层次的问题和矛盾。笔者根据多年的铁路选线及项目管理经验，就铁路综合选线技术在宝麟铁路勘察设计过程中的实践进行分析和探讨。

1 宝麟铁路项目概况

宝麟铁路(麟游矿区至宝鸡二电厂)在行政区划上隶属陕西省宝鸡市，线路自宝中线凤翔站Ⅱ场南端引出，地跨凤翔、岐山、麟游三县，终点至麟游矿区郭家河装车站，线路全长87.10 km，设计标准为地方Ⅰ级内燃单线铁路，牵引质量4 000 t。于2011年7月开工，计划2014年建成投入运营。

线路东北部范围属渭北黄土沟梁低中山南部边缘地带，高程900～1 500 m，总的地貌形态呈北高南低之势，为沟岭相间的残塬沟壑地貌；线路西南部范围属渭北平原，高程635～850 m。线路由南向北经过了千河阶地区、渭北黄土台塬区、黄土沟梁低中山区3个地貌单元。

线路前21 km范围内地震动峰值加速度为 0.20g，地震动反应谱特征周期为0.47 s，相当于地震基本烈度Ⅷ度；后66 km范围内地震动峰值加速度为 0.10g～0.15g，地震动反应谱特征周期为0.47 s，相当于地震基本烈度Ⅶ度。

沿线主要不良地质问题有滑坡、岩溶、人为坑洞等，全线探明古滑坡共有37处，沿线特殊岩土主要湿陷性黄土、膨胀(岩)土。

线路沿线水利设施主要有白荻沟水库，为凤翔县饮用水源保护区，坝址以上控制流域面积234 km2，总库容1 465万m3。

2 宝麟铁路选线的技术复杂性特点

2.1 沿线自然地形的复杂性

铁路所经黄土沟梁中低山区，沟深坡陡，植被茂密，逾10 km陡坡挂线地段，线路穿越川口河、白荻沟2座特大桥墩高逾70 m，线路整体上呈越岭线特点，全线桥隧比例达到40%。

2.2 沿线地质条件的复杂性

线路约21 km地段位于地震烈度Ⅷ度区，沿线探明大小滑坡及滑坡群37处，不良地质分布主要有湿陷性黄土、膨胀(岩)土等。

2.3 地面构造物的复杂性

线路在凤翔县雍城变电站附近穿越8条330 kV电力线，穿越川口河范围两岸采矿区密布，先后与2条兰郑长成品油管道交叉，与宝鸡市冯家山水库自来水供应主管道交叉，与宝鸡二电厂污水管道交叉，与宝平高速公路及其连接线多次交叉，与省道S104、S210、S306以及十几条县道交叉，线路走向选择需考虑服务麟游矿区诸多煤矿等。

3 综合选线技术特点

面对复杂的客观条件及协调因素，单一铁路选线手段、经济评价指标往往难以选择出最佳线路方案，需要综合应用各种选线技术及评价指标比选出一条经济、合理、可行的最佳线路方案。综合选线技术就是根据线路所处的不同外部条件和控制因素，合理地利用各学科知识、各种勘察、设计技术手段，对铁路项目采用综合选线技术和建立综合评价体系，或者对于同一铁路不同段落根据其控制因素分段采用相应适宜的主要选线方法和主要方案评价指标。

3.1 地质选线[2]

复杂地质条件主要指滑坡、岩堆、泥石流、冲沟、卡斯特地貌、沼泽、冻土、沙漠、高地震烈度区、水库、岩溶等区域，线路所经地区的工程地质条件是线路走向和具体位置的重要考虑依据，对铁路建筑物的稳定性、合理性有决定性影响。在不良地质段宜采用地质选线，其方案评价指标主要有铁路线路稳定性、主要工程费以及不良地质整治费用所占工程费用百分比等。

3.2 安全选线[3]

线路穿越采矿区、采空区、高压廊带区、易燃易爆物储存区、高墩桥(50 m以上)、高边坡(40 m以上)、暴风区等危险隐患段落，铁路施工、运营期间的安全性应放在首要位置，方案评价往往根据工程安全性、工程投资等综合确定。

3.3 经济选线[4]

在一般自然因素条件下，以较低的投资实现所要求的运输能力是铁路选线的首要目的，方案评价技术指标主要有工程费、静态投资、动态投资、换算工程运营费，投资回收期、净现值、内部收益率等。

3.4 三维选线[5]

在地形复杂段落，如自然坡面较陡、冲沟发育等地段线路中心填挖高度不能很好地控制工程规模，为使线路横断面设计与自然地形更好地适应，减少深挖高填，选线时可利用各种地形来源数据资料，建立数字地形模型(Digital Terrain Model，简称“数模”或DTM)，根据数模对线路进行三维立体设计，可清晰精确地明确路线填挖高度、坡脚坡顶位置，可制作出线路三维带状模型，也可进一步渲染制作出线路沿线动画，从而实现对路线方案的“可视化”、“3D化”评价。

三维选线技术可用于铁路勘察设计的各阶段、全过程，具有广阔的应用前景和良好的技术价值，是未来铁路选线技术发展的必然趋势。其核心技术模块主要包括原始地形的数据采集、地面数模DTM的建立、线路纵断面横断面地面线的切取、线路三维模型的输出与渲染、线路全景漫游动画的成型等。

原始地形的数据采集是三维选线的技术基础，采集方法主要有使用大比例军用地形图、人工地形测量、航空摄影地形测量、利用google earth提取地形高程等。人工测量、航空摄影测量技术目前我国已成熟掌握，并可方便提供各种计算原理的DTM建模数据格式。

3.5 环境选线[6]

铁路环境选线亦称环保选线或绿色选线，随着我国经济发展对环境保护愈发重视，环境因素在线路方案选取中日趋重要，环境选线在铁路选线中主要涉及有自然环境、人文环境、景观环境、生态环境等，在线路方案评价中常用指标有占地面积、土方开挖数量、砍伐树木数量、环保投资、水土流失、噪声污染程度等，环境评价指标在各种方案评选时均可反映，其重要性在方案取舍中的权重程度需要进一步加强。

3.6 其他选线手段

其他选线技术还有路网选线[7]，节能选线[8]，景观选线[9]，Goole earth 选线[10]，多媒体技术选线[11]，Global Mapper选线[12]等。

4 综合选线技术在宝麟铁路选线中的应用

根据对宝麟铁路沿线自然地形、地质条件、控制因素的深入调查分析，研究总结出全线区段选线复杂性特点，针对区域内各区段所呈现的需解决的不同问题，灵活运用相应的选线技术手段和方案评价指标，以期遴选出最佳线路方案。本文侧重论述4种选线技术在宝麟铁路设计中的实际运用。

4.1 杨家河不良地质区域地质选线应用

针对线路在杨家河段工程地质条件较复杂，隐蔽性古滑坡较多的特点，根据地质条件设计提出了在滑坡前缘低填浅挖的沿沟穿越方案和绕避滑坡群的长隧道方案。如图1、图2所示。

图1 滑坡区域线路方案示意

图2 12号滑坡线路位置

沿沟方案线路自比较起点由涧曲河拐入支沟，于支沟西岸设杨家河车站，而后继续沿支沟展线布设，至沟尾以2 600 m隧道上升至招贤河谷，比较范围线路长8.2 km。绕避方案则选择线路自比较起点向北设杨家河车站后折向东北，以5 045 m长隧道至招贤河谷，比较范围线路长8.6 km。

沿沟方案虽然线路长度较短，但线路从古滑坡群中通过，滑坡规模大，2 600 m短隧道进口端洞身位于滑坡体中，工程地质条件与水文地质条件均较差；从滑坡治理角度出发，治理范围广，难度大，不仅要考虑铁路通过滑坡的滑体治理，同时须考虑杨家河河岸及对岸滑坡对本工程的影响，初步估列治理费用约1.7亿元以上，且工程实施风险高，在极端气候暴雨及地震等因素影响下易产生滑动，存在运营安全隐患。绕避滑坡群的长隧道方案虽然线路较长，但工程地质条件好，施工、运营安全，因此推荐长隧道方案。

4.2 川口河采矿区范围安全选线应用

线路由渭北台塬区跨越川口河后进入黄土沟梁中低山区，川口河为线路重要节点位置。由于川口河两岸采矿区密布，两岸天然地形已被采掘为悬崖峭壁，根据河两岸既有地形条件，以及采矿区现状与规划，经对川口河两岸详细踏勘研究，提出3种线路方案：川口河北方案、中方案、南方案。

北方案线路自比较起点靡杆桥车站尾端引出，折向北以长2 525 m隧道至川口河上游位置，跨越川口河后向西以短隧道群至比较终点，比较范围线路长6.881 km。该方案跨越川口河设8-32 m简支梁桥，桥高约50 m，比较范围桥梁总长489.4 m/2座，设隧道5 290 m/6座。

中方案线路自比较起点靡杆桥车站尾端引出，向东北以长2 130 m隧道至川口河冀东水泥厂采矿区北侧通过，之后以3 400 m长隧道至比较终点，比较范围线路长6.87 km。该方案跨越川口河设13-32 m简支梁，桥高约50 m。比较范围共设桥梁783.5 m/2座，设隧道5 530 m/2座。

南方案线路自比较起点靡杆桥车站尾端引出，向东以明线走行于罗家坡村北侧山坡至川口河沟口，于冀东水泥厂与其采矿区间跨越川口河，之后向北以3 575 m长隧道至比较终点，比较范围线路长7.600 km。该方案川口河桥长563.3 m，桥高约70 m。比较范围共设桥梁940.5 m/3座，设隧道3 575 m/1座。如图3、图4所示。

图3 川口河采矿区线路方案示意

图4 南方案DK38+040最不利处剖面

工程安全性分析:川口河两岸布满采矿区，规模最大的为冀东水泥厂采矿区，两岸天然地形已被采掘成陡崖峭壁。北方案河西山嘴两侧实际已被采空，东岸邻采矿厂；中方案河道西侧被采掘成陡崖，隧道出口位于50 m立壁上空，施工难度大，河东侧线位距冀东水泥采矿区近，未避让开其安全界限范围；南方案位于河口处，线路基本避开采矿区，并绕避至冀东水泥采矿区安全界限以外。从铁路施工、运营期间安全保障而言，北方案、中方案附近为小型开放式采矿厂，协调、管理难度较大，对于铁路今后运营安全保障存在一定风险。而南方案铁路运营安全相对较易保障。综合工程安全、工程可实施性等因素，设计推荐川口河南方案

4.3 郭家河装车站经济选线应用

本线终点设郭家河车站，根据线路所处地形特点，结合郭家河煤矿位置、储煤仓的建设、装车站高程以及装车方式，研究了4种方案。

DK方案：该方案自比较起点预留西川站尾端引出后，便跨越西川沟，以2座短隧道至长宜川，跨越长宜川后又以隧道至菜子沟，之后以明线走行于菜子沟北岸，至长宜川折向北设郭家河车站，站坪高程约1 176 m。比较范围线路长10.70 km，桥隧总长5 341.4 m。

D1K方案：该方案自比较起点引出后，继续沿西川沟布线，至西川沟口处折向西，以“灯泡”形展线至长宜川，之后以明线走行长宜川西岸至比较终点，该方案郭家河站坪高程约1 165 m。比较范围线路长12.00 km，桥隧总长6 006.6 m。

D2K方案：该方案在菜子沟以前同DK方案，线路出菜子沟口后，为进一步降低郭家河站位高程，线路以“S”形迂回至长宜川设郭家河车站，站坪高程约1 165 m。比较范围线路长11.90 km，桥隧总长7 141.4 m。

D3K方案：该方案自比较起点引出后，便跨越西川沟，以“灯泡”形展线至长宜川，之后以明线走行长宜川西岸至比较终点，该方案郭家河站坪高程约1 166 m。比较范围线路长12.20 km，桥隧总长5 134.2 m。郭家河站位线路方案示意见图5。

图5 郭家河站位线路方案示意

方案比选如下。

就线路而言，DK方案最短，较其他方案短1.2～1.5 km，线形较好，运输距离最短；D1K、D3K两方案“灯泡线”位于隧道范围，线形恶化，运营期间隧道内通风条件差；就工程投资而言，DK方案线路最短，投资最省；D2K方案桥隧总长最长，工程投资最大；就与煤矿装车协调性而言，各方案均能满足煤矿装车要求，其中 D1K、D2K、D3K车站高程展线至1166 m左右，站坪高程较低，车站中心距装车点略近，与煤矿装车协调性较好。而DK车站高程位于1176 m左右，站坪较高，与煤矿装车协调性相对较差。综上所述，本次设计推荐投资最省的DK方案。各方案经济技术比较见表1。

表1 郭家河装车站技术经济比较

4.4 陡坡段落三维选线应用

宝麟铁路全线计有39.3 km线路位于复杂山区地段，占线路总长的45.08%。针对宝麟铁路经由姚家沟、招贤、郭家河等段落自然地形复杂、边坡陡峻、冲沟发育的特点，线路中心填挖高程与边坡高程差距甚远，为减少路基填挖方边坡高度，同时使因工程实施而对自然环境引起的破坏程度降低到最小，保障施工及运营安全，提高选线质量，本线应用了三维选线方法来优化线路方案。

根据本项目航空测量影像数据资料，首先建立了全线DTM三维数模地形，利用交通选线、纬地等软件辅助设计手段进行线路选线，实现了根据线路平面位置自动获取线路纵、横断面地面线。在完成路基横断面 “带帽子”、桥涵、隧道工点布置后，创建线路三维模型，精确输出路基各位置的空间坐标，其边沟、边坡、排水沟等同样是精确的空间坐标。将线路三维模型嵌套入地面三维模型便可得到线路三维全景模型，其是线路带状构成最直观、最准确的体现，真正做到了对线路的填挖方、边坡高度、工程数量“一目了然”和“心中有数”。

宝麟铁路勘察定测期间对线路调整、改线共计450 m，仅占87.10 km线路总长的0.51%，充分体现了三维选线技术的运用极大程度地提高了选线精度和质量，同时缩短和节省了设计周期。郭家河车站三维选线示意见图6、图7。

图6 郭家河车站三维设计平面

图7 郭家河车站三维设计立体

5 结语

在宝麟铁路勘察设计期间，针对线路经由的不同区域特点，通过对自然地形、地质条件、建筑等外部控制因素深入分析研究，在线路穿越不良地质区侧重采用地质选线，穿越采矿区时侧重采用安全选线，矿区站位区域采用经济选线，地形复杂区域采用三维选线等手段和方法，充分做到了铁路选线的精细化、深入化，对最佳线路方案的选取有了综合技术保证。通过在宝麟铁路勘察设计中的实践应用表明，采用综合选线技术可有效提高选线质量和精度，保证了推荐、实施线路技术方案的安全和稳定，且经济、合理。

[1] 藩国强.铁路选线的制约因素和对策研究[J].中国铁路，2008(3)：35-38．

[2] 彭学理.宜万铁路不良地质段线路设计方案比选[J].铁道标准设计，2010(8)：37-41．

[3] 施富强，汪平,等.铁路干线附近采矿爆破安全性论证研究[J].工程爆破，2009，15(2)：210-214．

[4] 易思蓉.铁路选线设计[M].3版.成都：西南交通大学出版社，2009:181-185．

[5] 朱颖，浦皓,等.基于数字地球的铁路三维空间选线技术研究[J].铁道工程学报，2009(7)：33-37．

[6] 欧阳志峰，吴小萍.铁路环境选线方案比选[J].环保科技，2008，14(1)：1-4．

[7] 戴风，徐行方,等.高速铁路网络技术评价指标体系的构建[J].交通与运输，2011(12):159-162.

[8] 陈军.学习《铁路工程节能设计规范》(TB10016—2006)的几点体会[J].铁道标准设计，2008(5)：113-115．

[9] 高志亮.基于层次分析法的铁路景观评价研究[J].铁道勘察与设计，2010(5)：229-232．

[10] 韩皓.GOOGLE EARTH在铁路勘察设计前期工作中的应用[J].铁道勘察，2010(1)：9-11．

[11] 李敏.多媒体技术在铁路设计领域中的应用分析[J].计算机光盘软件与应用，2012(6)：141-142.

[12] 王俊冬.Global Mapper在新建铁路前期选线中的应用[J].铁道勘察，2012(6)：58-60.