山西中南部铁路通道跨越黄河线路方案研究

2015-03-16黄成名

铁道勘察 2015年2期

关键词：滞洪区梁山中铁

黄成名

(中铁工程设计咨询集团有限公司，北京　100055)

Line Alignment Study on South Central Railway of Shanxi Across the Yellow River

HUANG Chengming

山西中南部铁路通道跨越黄河线路方案研究

黄成名

(中铁工程设计咨询集团有限公司，北京100055)

Line Alignment Study on South Central Railway of Shanxi Across the Yellow River

HUANG Chengming

摘要山西中南部铁路通道于豫鲁两省交界处跨越黄河，控制线路走向因素众多。为确定合理的黄河桥位及两端引线线路方案，通过分层次分析多种控制因素并梳理线路方案比选逻辑关系，对桥位方案及局部线路方案进行比选以及组合方案的验证，推荐了最终线路方案，提出了类似情况下方案研究的基本思路和方法。

关键词桥位选择控制因素比选

1概况

山西中南部铁路通道做为晋煤外运新的大能力通道，与石太、韩长、南太焦和侯月等线共同构筑了晋中南地区能力强大的煤炭外运系统。该项目经山西中南部、河南省北部、山东省中西部至日照港，与京广、京九、京沪等干线连通，对强化华东、华中和华南地区煤炭直达运输，完善日照港集疏运系统，增强路网机动灵活性，促进区域经济协调发展具有重要意义。

线路在河南境内利用既有汤台线改建，与京九铁路联络并跨越黄河进入山东境内。豫鲁两省交界处控制线路走向因素众多，尤其是濮城至东平间基于黄河桥位的线路方案组合较为复杂，在各阶段勘察过程中做了大量研究工作。

2线路走向控制因素分析

线路行经豫鲁交界主要控制因素为黄河、既有汤台线、东平湖滞洪区、阳城煤矿、京九线、杨营煤矿、巨野煤田、寅寺煤田等，区域内地势平坦，平面控制为选线主要参考范畴。

黄河是本项目必须跨越的天然屏障之一。近年来，类似地区已实施的郑州至焦作城际铁路黄河桥、德龙烟至大家洼铁路黄河桥桥位选择研究过程中，十分注重桥址水文及工程条件以及主桥两端引线方案、既有桥位及既有线路的利用，突出了以桥定线为主，综合经济选线的基本思路。本项目研究范围黄河高村至陶城铺段长约165 km，河段河床逐渐变窄变深，主流摆动减弱，属于由游荡型向弯曲型转变的过渡性河道，因而河道特性及其治理具有其自身的特点。高村至陶城铺河段河道长度仅占下游河道长度的18.8%，堤距上宽下窄，上段一般6～7 km，下段一般3～4 km。最大堤距8.5 km，位于鄄城营房与濮阳孙庄之间；最小堤距1.4 km，位于东平县十里堡与台前县姜庄之间。相应河槽上宽下窄，一般为0.7～3.7 km，近期有所减小。流量为1 000 m3/s时，弯道段河宽一般为200～300 m，直河段河宽上段600～800 m，下段400～600 m。河床平均纵比降为0.148‰，比游荡性河段小，比弯曲性河段大。该段黄河桥位方案受拟跨越河段水文条件、桥梁工程投资及实施难易程度以及相关主管部门对黄河桥位综合规划研究意见等影响，对局部线路走向有着决定性作用。既有汤台线合理利用是本线设计的基本原则之一，也是路地合作的重要部分，涉及相关出资方对既有资产处置、后期运营管理及社会稳定问题，对项目后期实施具有较大影响。故上述两个因素在本段方案研究作为第一层次控制因素。

东平湖滞洪区位于线路航空线中心，是黄河下游防洪工程体系的重要组成部分，位于山东梁山、东平、汶上交界，总面积627 km2，主要作用是分滞黄河水和接纳汶河来水，起到蓄、滞洪作用。该区分新、老湖区两级，老湖区面积209 km2，常年水面约120 km2；新湖区基本常年无水。是否穿越以及如何穿越该滞洪区对工程投资及线路有着重要影响，但与黄河桥位相比可作为第二层次控制因素。

京九线黄河大桥临近车站为台前、梁山、任祥屯等，山西中南部铁路与京九线联络线引入条件对线路方案存在一定影响；阳城煤矿、杨营煤矿、巨野煤田、寅寺煤田是该区域经济发展的重要支柱产业之一，线路选择应尽量进行绕避，在本项目本段方案比选中可以作为第三层次控制因素。

另外，城市规划及产业布局、环保及拆迁、电力及通信、禁区及民风民俗等因素也是影响线路走向的重要因素，在本段线路方案研究中，前述三层次控制因素为主要因素。

3线路方案研究

3.1　黄河桥位方案

按照前述控制因素层次，将黄河桥位作为本段线路方案比选首要确定的因素。按照黄委会黄河水利科学研究院桥位河段分析报告，结合河道整治过程的河势演变以及主要断面基本情况，对大邢家庄桥位(Ⅰ桥位)、韩胡同桥位(Ⅱ桥位)、将军渡桥位(Ⅲ桥位)进行了重点研究(见图1)。为满足河道行洪、排凌及通航需要，各方案主桥均采用128 m双线下承式简支钢桁结合梁跨越黄河主漕；堤内采用48 m节段拼装法预应力混凝土简支箱梁；采用跨度96 m双线下承式简支钢桁结合梁跨越两岸大堤；堤外引桥采用32简支T梁。

图1　黄河桥位方案示意

大邢家桥位方案：线路自汤台线柳屯车站起，沿金堤河大堤北侧行进至濮城后转向东南，以桥梁方案跨越黄河，于京九线西侧设运城北站，与改建京九线任祥屯站设上下行联络线，跨越京九铁线后至比较终点，线路长度为87.286 km。

韩胡同桥位方案：线路自汤台线柳屯车站沿汤台线增建二线至侯庙，之后折向东南在韩胡同附近跨黄河，于设田垓站与京九线梁山站设上下行联络线，跨越京九线后至本方案比较终点，线路长度为101.757 km。

将军渡桥位方案：线路自汤台线柳屯车站起沿汤台线增建二线至侯庙，于台前县南侧设台前西站，与京九线台前站设上、下行联络线，跨越京九线后折向东南，在将军渡口附近跨黄河后至本方案比较终点，线路长度为111.977 km。

方案主要工程及投资见表1。

表1　黄河桥位方案工程及投资

方案综合比选如下：

大邢家桥位处堤间距约6.9 km，黄河河势均较为稳定，小水、大水条件均能保持线路与水流垂直，主河槽摆动幅度1.2 km；该方案线路顺直，工程投资较省，具有一定工程价值，但桥位与黄河主流夹角相对较小，约为65°；与京九线联络时需将任祥屯车站向北移6.3 km，对京九线运营存在较大干扰。同时，该方案不能充分利用既有汤台铁路，对后期运营及资产管理存在较大影响，也与地方政府意见及相关出资方意见存在较大分歧，实施难度大，首先予以舍弃。

韩胡同桥位处两岸堤距约为7.7 km，排洪宽度为2.3 km，主槽位于右侧，主槽摆动幅度约750 m。左岸滩地宽约6 200 m，右岸滩地宽约800 m。此方案充分利用汤台铁路，但桥位位于窄河道的顺直河段尾部，河势散乱，河道边界条件及稳定性略差，与黄河主流方向交角约仅为50°，并对杨营煤矿存在一定占压。

将军渡桥位处于韩胡同桥位下游约25.3 km，堤间距约4.3 km，主河槽的最大摆动范围约800 m，排洪河槽宽度约1 750 m。左岸滩地宽约1 350 m，右岸滩地宽约2 300 m。此桥位处上有梁集险工和朱丁庄工程对主流进行控导，下游有枣包楼工程对之进行导治，主槽基本稳定，河道在桥位上下游各4 km范围内基本为直线稳定段，桥位与黄河主流方向交角约为80°，绕避了目前规划以及开采的矿区。

从桥位工程情况分析，Ⅲ方案线路最长，工程投资较最省方案多2.3亿元，但该方案与主流交叉角度最大，黄河桥桥址河道及主槽稳定，堤岸防护较好，排洪及防凌条件均优于其余方案，符合水利部门相关意见；从城市规划方面看，Ⅲ方案台前西站位址符合国家级贫困县台前县设站要求，可充分发挥铁路的经济拉动作用，Ⅰ、Ⅱ方案不满足该县要求；从既有资产处置方面看，Ⅰ方案较Ⅱ、Ⅲ方案少利用58 km既有汤台线，不符合地方充分利用既有资产作价入股的原则，地方坚决反对；经综合比较，将军渡桥位方案优于其他桥位方案(Ⅲ方案)。

3.2　东平湖滞洪区方案比选

在第一层次方案比选中，将军渡桥位作为推荐桥位，东平湖滞洪区位于将军渡桥位与东平站航空线上，由于滞洪区行洪要求，穿越该区域需采用桥梁形式，工程代价较大，绕避滞洪区线路较长，为此对绕避滞洪区方案和穿滞洪区方案基于将军渡桥位进行研究比选(见图2)。

图2　滞洪区方案示意

绕避滞洪区方案：本方案线路自起点经杨营煤矿东侧于梁山南侧设梁山南站，行经东平湖滞洪区南侧折向东北，经阳城煤矿东侧，穿寅寺煤田西北角至方案终点东平站，线路全长74.227 km。

穿滞洪区方案：本方案线路自起点走行于梁山北侧，以桥梁形式穿越滞洪区至方案终点东平站。该方案在滞洪区内走向长度为21.3 km，两端跨大堤处采用128 m钢桁梁，线路全长51.972 km。

方案主要工程及投资见表2。

表2　东平湖滞洪区方案工程及投资

方案综合比选：从工程方面看，Ⅱ方案经梁山北侧穿越滞洪区，主要为桥梁工程，线路顺直，工程投资较Ⅰ方案多4.4亿元；从运营费看，Ⅰ方案较Ⅱ方案长22.26 km，运营费现值较Ⅱ方案多7.5亿元；从城市规划方面看，两方案分别于梁山县南、北两侧城市规划区边缘设站，对城市的干扰和对规划区的带动效果相当，均符合地方对站位设置的要求；从压覆矿产方面看，Ⅱ方案穿越滞洪区，目前无压矿问题，Ⅰ方案穿越寅寺煤田普查区4.5 km(正在办理探矿相关手续)，存在压矿问题，后续压矿补偿等问题存在不确定因素；从防洪要求方面看，Ⅰ方案完全绕避滞洪区，对滞洪区功能无影响，Ⅱ方案在滞洪区中长度约21.3 km，采用大跨减少对行洪影响；综合考虑穿滞洪区方案线路较为顺直，运营费现值少7.5亿元，换算工程运营费省3.1亿元，且绕避了寅寺煤田普查区，方案优于绕避滞洪区方案，拟推荐将军渡桥位穿东平湖滞洪区方案。

3.3　组合方案验证

滞洪区方案是基于将军渡黄河桥位方案基础上研究，推荐穿越滞洪区方案。考虑到韩胡同桥位与将军渡桥位均在第一层次方案航空线左侧，且基于绕避东平湖滞洪区方案开展的第一层次比较，故有必要进一步验证两个桥位基于穿越滞洪区方案上两个桥位方案组合比选结果。同时将韩胡同桥位接绕避滞洪区方案纳入验证(见图3)。

图3　组合方案示意

将军渡桥位穿滞洪区方案：方案自比较起点向东，于京九线西侧、台前县规划区南侧设台前西站，与京九线台前站设上下行联络线，跨越京九线后于将军渡跨越黄河后进入山东境内，于梁山县城北侧设梁山北站，穿东平湖滞洪区至方案终点东平站，线路全长85.2 km。

韩胡同桥位穿滞洪区方案：方案自起点折向东南，于韩胡同跨越黄河进入山东进内，于京九线西侧设田垓站，与京九线梁山站设上下行联络线，经杨营煤矿南侧并于梁山县城北侧设梁山北站后，穿东平湖滞洪区至方案终点东平站，线路全长82.9 km。

韩胡同桥位绕滞洪区方案：方案自起点折向东南，于韩胡同跨越黄河进入山东进内，于京九线西侧设田垓站，与京九线梁山站设上下行联络线，经梁山县城南侧设梁山南站，同时绕经东平湖滞洪区南侧，走行与阳城煤矿东南侧，穿寅寺煤田西北角至方案终点东平站，线路全长93.4 km。

方案主要工程及投资见表3。

表3　组合方案工程及投资

方案综合比选：Ⅱ、Ⅲ方案相同点是基于韩胡同桥位，均不在台前县新设站。从工程情况看，Ⅰ方案沿航空线穿越滞洪区，线路顺直，较Ⅲ方案短10.5 km，经滞洪区以21.25 km全桥形式穿越，工程量较大，工程投资较Ⅲ方案多3.13亿元，但运营费现值省3.6亿元；从城市规划方面看，两方案分别于梁山县南、北两侧城市规划区边缘设站，对城市的干扰和对规划区的带动效果相当，均符合地方对站位设置的要求；从压覆矿产方面看，两方案对杨营煤矿南侧均存在压覆，Ⅲ方案同时穿越了寅寺煤田。综合比较Ⅱ方案优于Ⅲ方案。

Ⅰ方案与Ⅱ方案相比，共同点是均采用全桥穿越东平湖滞洪区，区别在于采用不同的黄河桥位。从黄河桥位来看，Ⅰ方案与黄河主流夹角大于Ⅱ方案，跨越点堤间距相对较小，河堤防护工程、水文条件及防凌条件相对较好，桥梁工程投资省；从总的工程情况看，Ⅰ方案线路较Ⅱ方案长2.3 km，但Ⅰ方案黄河桥较Ⅱ方案短4.1 km，Ⅰ工程投资较省1.3亿元；从台前县城市规划方面看，Ⅰ方案与台前县规划衔接紧密，符合城市规划要求及地方意见，能更好带动地方经济发展，后续实施难度相对较小，Ⅱ方案在台前县西侧11 km跨越黄河，距离台前县主要产业和城市距离较远，不利于发挥铁路带动作用，也不符合台前县政府相关规划和设站要求；从梁山站城市规划方面看，两方案站位均在地方接受范围内，Ⅰ方案梁山站距离县城相对Ⅱ方案远7 km，地方配套建设道路等市政设施投入相对较大；从压覆矿产情况看，Ⅰ方案完全绕避了目前规划及开采的矿区，Ⅱ方案对杨营煤矿存在占压，后续实施中压矿补偿投资较大；从京九线引入条件看，京九线台前站与梁山站均为中间站，北段咽喉引入条件相当，施工期间对京九线干扰程度相当，但Ⅱ方案京九下行联络线走行与杨营煤矿南段边缘，存在一定压覆，Ⅰ方案条件较好。

综合分析，Ⅰ方案在黄河桥位水文及工程条件、与城市规划衔接、压覆矿产等方面条件优于Ⅱ、Ⅲ方案，可实施性强，本次研究推荐将军渡桥位穿滞洪区方案。

4结束语

铁路线路局部选线过程通常是协调线路走向与控制因素关系的一个过程。通过山西中南部铁路黄河桥位方案的研究过程，初步探讨了分层次分析控制因素，分层次比较并通过组合方案验证的一种逻辑推演方式。针对不同的项目，类似控制因素在各自背景条件下有不同的研究层次，结合项目实际分析主次，构建线路方案比选思路，重点论述黄河桥位选择及桥位两侧引线走向的选择，分析了黄河桥位作为第一层控制因素，以桥位确定基本线位，首先考虑桥址水文条件、工程稳定性、堤岸防护、工程投资等的影响，尽量选择符合行洪和防凌要求、工程条件稳定、实施难度小、便于防护和施工的桥位；同时认真研究黄河桥两端引桥部分各控制因素影响，在尊重客观工程条件基础上，充分围绕经济利益最大化，考虑既有资产利用和与地方规划的结合，协调各出资方以及地方主管部门、水利部门意见，平衡利弊，在带动地方经济发展同时最大限度减少对资源的占压，降低社会成本，提高资源利用率。最终通过分层次比较，综合比选出工程稳定、投资适当的桥位方案及引线走向。

参考文献

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