旬邑至漢中鐵路建設(shè)方案研究

旬邑至漢中鐵路建設(shè)方案研究

王智鵬

(中鐵第一勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司,西安 710043)

摘要：為構(gòu)建“陜煤入川渝”通道,以旬邑至漢中鐵路為研究對(duì)象,對(duì)其建設(shè)方案進(jìn)行系統(tǒng)研究。首先,基于功能定位、運(yùn)量預(yù)測(cè)、主要技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)等要素,綜合考慮主要經(jīng)濟(jì)據(jù)點(diǎn)及重點(diǎn)控制工程分布情況,分段對(duì)線路走向方案進(jìn)行論證研究。其次,從工程地質(zhì)、技術(shù)條件、環(huán)境保護(hù)、規(guī)劃協(xié)調(diào)等方面系統(tǒng)考慮,采用RT-TOPSIS模型對(duì)各分段線路方案進(jìn)行綜合決策,生成各分段最優(yōu)線路方案。最后,以綜合決策結(jié)果為基礎(chǔ),對(duì)整體線路具體走向進(jìn)行闡述說(shuō)明。

關(guān)鍵詞：客貨共線鐵路；建設(shè)方案；綜合決策；線路走向；后悔理論；理想點(diǎn)法

國(guó)家能源及電力“十三五”規(guī)劃的發(fā)布[1-2]，對(duì)煤炭運(yùn)輸通道規(guī)劃布局提出了新的形勢(shì)要求，陜西省作為重要的煤炭生產(chǎn)基地，將成為煤炭工業(yè)發(fā)展的重點(diǎn)區(qū)域，能源驅(qū)動(dòng)效應(yīng)的充分發(fā)揮在有效推進(jìn)區(qū)域經(jīng)濟(jì)建設(shè)的同時(shí)，對(duì)能源供給格局提出了新的要求。在此背景下，作為“陜煤入川渝”的實(shí)施基礎(chǔ)，旬邑至漢中鐵路(簡(jiǎn)稱(chēng)“旬漢鐵路”)的建設(shè)方案研究對(duì)促進(jìn)川陜渝經(jīng)濟(jì)協(xié)作發(fā)展，發(fā)揮陜西能源產(chǎn)業(yè)優(yōu)勢(shì)、促進(jìn)四川以裝備制造業(yè)為龍頭的耗能工業(yè)發(fā)展等將具有重大意義。

1 旬漢鐵路概況

1.1 線路地理位置

旬漢鐵路位于陜西省咸陽(yáng)市、寶雞市和漢中市。線路北起咸陽(yáng)市北部旬邑縣，向西南經(jīng)麟游北部礦區(qū)，利用既有寶麟鐵路經(jīng)鳳翔西至寶中鐵路千河站后引入寶雞樞紐，出寶雞樞紐后向南經(jīng)留壩縣在陽(yáng)安線褒河站接軌，后沿既有陽(yáng)安線抵達(dá)漢中市漢中站，線路位置及走向如圖1所示。

圖1 旬漢鐵路地理位置示意

1.2 建設(shè)必要性

通過(guò)經(jīng)濟(jì)社會(huì)、綜合交通、區(qū)域規(guī)劃及新型城鎮(zhèn)化等多視角系統(tǒng)分析[3-5]，旬漢鐵路的建設(shè)必要性主要體現(xiàn)為：一是加快推進(jìn)我國(guó)“十縱十橫”綜合運(yùn)輸大通道中臨河至磨憨縱向新通道建設(shè)的需要；二是完善區(qū)域鐵路網(wǎng)布局，構(gòu)建寧陜及隴東地區(qū)與川渝地區(qū)間南北縱向新通道的需要；三是發(fā)揮促進(jìn)陜川渝地區(qū)優(yōu)勢(shì)資源互補(bǔ)，促進(jìn)區(qū)域經(jīng)濟(jì)協(xié)同發(fā)展，響應(yīng)國(guó)家精準(zhǔn)扶貧戰(zhàn)略的需要；四是強(qiáng)化區(qū)域綜合交通體系，改善陜南地區(qū)交通條件，打造寶雞國(guó)家級(jí)綜合交通樞紐的需要；五是響應(yīng)國(guó)家新型城鎮(zhèn)化戰(zhàn)略，加速沿線城鎮(zhèn)化進(jìn)程? ?需要。綜上研究，旬漢鐵路建設(shè)對(duì)帶動(dòng)區(qū)域經(jīng)濟(jì)、社會(huì)、交通、旅游、新型城鎮(zhèn)化等方面發(fā)展具有重要的推動(dòng)意義，其建設(shè)必要性突出。

2 功能定位及主要技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)

2.1 功能定位

旬漢鐵路北接西平鐵路，中連隴海鐵路、寶中鐵路、北寶成鐵路，南連后方通道陽(yáng)安鐵路、漢巴南鐵路。向北可到達(dá)彬長(zhǎng)和旬東礦區(qū)，向南可到達(dá)漢中及西南地區(qū)，主要承擔(dān)關(guān)中、隴東及寧夏、內(nèi)蒙古與陜南、川東北地區(qū)及重慶、昆明、貴陽(yáng)等西南地區(qū)間的客貨交流及沿線地區(qū)客貨交流任務(wù)。

因此，結(jié)合本線與路網(wǎng)中相關(guān)線路關(guān)系及其建設(shè)必要性，研究確定本線定位為：我國(guó)“十縱十橫”綜合運(yùn)輸大通道中臨河至磨憨縱向新通道中段的重要組成部分[6]，寧陜及隴東地區(qū)與川渝地區(qū)間南北縱向新通道的骨架干線，陜西與川渝地區(qū)最便捷的能源新通道組成，在路網(wǎng)上可減輕北寶成鐵路的運(yùn)輸壓力，是一條以貨為主、客貨共線的區(qū)域路網(wǎng)干線鐵路。

2.2 運(yùn)量預(yù)測(cè)

基于旬漢鐵路所在區(qū)域鐵路網(wǎng)，分別采用“四階段法”[7-8]及產(chǎn)運(yùn)銷(xiāo)平衡法[9]預(yù)測(cè)旬漢鐵路客貨運(yùn)輸需求，以旬邑至漢中為下行方向，預(yù)測(cè)結(jié)果如表1所示。

表1旬漢鐵路區(qū)段貨流密度、旅客列車(chē)對(duì)數(shù)預(yù)測(cè)

2.3 主要技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)

從旬漢鐵路功能定位、運(yùn)輸組織、與相鄰線協(xié)調(diào)匹配性、需求適應(yīng)性等方面論證[10-13]，并進(jìn)行技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)耦合性分析[14]，研究確定本線主要技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)如表2所示。

表2主要技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的推薦意見(jiàn)

3 線路方案研究

線路由南向北經(jīng)過(guò)千河階地區(qū)、渭北黃土臺(tái)塬區(qū)、黃土溝梁低中山區(qū)、關(guān)中(渭河)盆地、秦嶺山地和漢中盆地6個(gè)地貌單元，根據(jù)既有鐵路分布情況，沿線地形、地質(zhì)條件，綜合考慮主要經(jīng)濟(jì)據(jù)點(diǎn)及線路重點(diǎn)控制工程的分布情況，分段對(duì)線路走向方案進(jìn)行研究，線路方案研究中綜合運(yùn)用工程地質(zhì)選線、環(huán)境工程選線等方法[15-17]。

3.1 旬邑至寶雞段方案

本段受沿線經(jīng)濟(jì)據(jù)點(diǎn)、保護(hù)區(qū)和既有寶麟鐵路位置控制，線路走向較為明確，為東北—西南方向，根據(jù)沿線地形、地質(zhì)條件，結(jié)合環(huán)境敏感點(diǎn)、礦區(qū)和既有線站點(diǎn)分布，重點(diǎn)研究與既有寶麟鐵路接軌方案，即招賢接軌方案AK、楊家河接軌方案A1K和姚家溝接軌方案A2K，如圖2所示。

圖2 旬邑至寶雞段線路方案比選示意

工程地質(zhì)條件方面，三方案均位于黃土梁峁地區(qū)，工程形式以橋梁隧道工程為主，工程地質(zhì)條件相當(dāng)。接軌條件方面，招賢站為既有中間站，線路引入招賢站工程較簡(jiǎn)單；楊家河站為既有會(huì)讓站，雖引入車(chē)站工程量不大，但車(chē)站北端為5.1 km的楊坪隧道，需 在既有隧道東側(cè)預(yù)留適當(dāng)距離新建隧道工程，且需要增加和延長(zhǎng)既有到發(fā)線；姚家溝站為預(yù)留曲線車(chē)站，車(chē)站東端為1.9 km的楊家山隧道，同樣需要在既有隧道東側(cè)預(yù)留適當(dāng)距離新建隧道工程，且該站跨溝設(shè)置，開(kāi)站將增加較大的橋涵工程。運(yùn)營(yíng)長(zhǎng)度方面，三方案中招賢接軌方案新建線路長(zhǎng)度最短，楊家河接軌方案次之，姚家溝接軌方案最長(zhǎng)，但從運(yùn)營(yíng)長(zhǎng)度分析，招賢接軌方案分別較楊家河接軌方案和姚家溝接軌方案長(zhǎng)5.0 km和9.6 km。工程投資方面，招賢接軌方案新建線路長(zhǎng)度最短、投資最省，較楊家河、姚家溝接軌方案靜態(tài)投資分別減少62 921.4萬(wàn)元、109 947.4萬(wàn)元。

3.2 寶雞至留壩段方案

寶雞至留壩段線路需翻越黃河與長(zhǎng)江水系分水嶺秦嶺，嶺北山勢(shì)挺拔，地形陡峻，河流源短流急，谷狹坡陡。本段以重點(diǎn)控制工程秦嶺隧道不同越嶺位置，不同隧道長(zhǎng)度選擇情況共研究了沿清姜河方案AK、展線經(jīng)太白縣方案A1K以及長(zhǎng)隧道取直方案A2K三個(gè)方案，線路走向如圖3所示。

圖3 寶雞至留壩段線路方案比選示意

保護(hù)區(qū)關(guān)系方面，各方案均無(wú)法完全繞避秦嶺分布的各類(lèi)保護(hù)區(qū)。沿清姜河方案以隧道群通過(guò)天臺(tái)山國(guó)家級(jí)風(fēng)景名勝區(qū)，長(zhǎng)隧道通過(guò)天臺(tái)山國(guó)家級(jí)森林公園，穿越長(zhǎng)度相對(duì)較短；展線經(jīng)太白縣方案以隧道群穿過(guò)紅河谷省級(jí)森林公園及太白山國(guó)家級(jí)自然保護(hù)區(qū)，雖長(zhǎng)度較長(zhǎng)但位置靠近邊緣；長(zhǎng)隧道取直方案穿過(guò)天臺(tái)山國(guó)家級(jí)風(fēng)景名勝區(qū)及森林公園，穿越長(zhǎng)度較長(zhǎng)。沿線經(jīng)濟(jì)點(diǎn)影響方面，三方案均能經(jīng)過(guò)留壩縣，展線經(jīng)太白縣方案可經(jīng)過(guò)太白縣。地質(zhì)及橋隧工程設(shè)置條件方面，總體工程地質(zhì)條件差別不大，但橋隧總長(zhǎng)度越長(zhǎng)，地質(zhì)條件引起的工程風(fēng)險(xiǎn)則相對(duì)更為突出。工程投資方面，沿清姜河方案總費(fèi)用現(xiàn)值156.9億元、投資最省，較展線經(jīng)太白縣及長(zhǎng)隧道取直方案分別節(jié)省57.1億元及1 978.7萬(wàn)元。

3.3 留壩至漢中段方案

本段地處秦嶺山區(qū)、漢中盆地以及大巴山北麓，線路比較段落自留壩附近至米倉(cāng)山越嶺隧道進(jìn)口。漢中盆地分布東西走向陽(yáng)安線，本線與其交叉(或接軌)。沿線可利用主要溝谷為漢江支流褒河、濂水河及冷水河，主要經(jīng)濟(jì)據(jù)點(diǎn)漢中座落于漢江南岸，南鄭縣位于濂水河右岸入江口附近。考慮引入漢中地區(qū)方案選擇，本段主要研究了褒河接軌沿濂水河AK、新設(shè)漢中東站沿冷水河A5K、史寨接軌沿冷水河A6K及褒河接軌沿冷水河A7K四個(gè)方案，方案走向具體如圖4所示。

圖4 留壩至漢中段線路方案比選示意

運(yùn)營(yíng)管理及運(yùn)輸組織方面，褒河接軌沿濂水河方案可充分利用既有設(shè)施，旅客換乘方便，但通過(guò)客車(chē)需在漢中折角，運(yùn)輸組織較復(fù)雜，運(yùn)營(yíng)距離較長(zhǎng)。史寨接軌沿冷水河、褒河接軌沿冷水河方案可充分利用既有設(shè)施，地區(qū)客車(chē)集中漢中站辦理，旅客換乘方便，便于管理；除西安方向動(dòng)車(chē)外，其他方向客貨運(yùn)輸徑路順暢，運(yùn)輸組織方便；缺點(diǎn)是運(yùn)營(yíng)距離長(zhǎng)；新設(shè)漢中東站沿冷水河方案地區(qū)客車(chē)分別由漢中和漢中東站辦理，未能充分利用既有客運(yùn)設(shè)施，管理相對(duì)分散，運(yùn)輸組織相對(duì)復(fù)雜，但運(yùn)輸徑路順暢，運(yùn)營(yíng)距離最短。

聯(lián)絡(luò)線工程設(shè)置難度方面，褒河接軌沿濂水河方案在史寨修建陽(yáng)平關(guān)方向聯(lián)絡(luò)線，同時(shí)需修建漢中站客車(chē)聯(lián)絡(luò)線，與本線及褒河貨車(chē)疏解線互相制約，工程設(shè)置具有一定難度；史寨接軌沿冷水河、褒河接軌沿冷水河方案分別在史寨、歐家坡修建陽(yáng)平關(guān)方向聯(lián)絡(luò)線，制約因素少，工程設(shè)置難度??；新設(shè)漢中東站沿冷水河方案修建各方向聯(lián)絡(luò)線長(zhǎng)度45.6 km，聯(lián)絡(luò)線需連續(xù)跨既有陽(yáng)安線、貨車(chē)外繞線、G108國(guó)道及西成高鐵線，跨線立交橋制約因素多，孔跨布置難度大。

工程地質(zhì)條件方面，各方案均由秦嶺山區(qū)經(jīng)漢中盆地至大巴山區(qū)，總體工程地質(zhì)條件相當(dāng)，褒河接軌沿濂水河方案布線段地質(zhì)條件相對(duì)較好，其余方案沿冷水河段溝谷深切，兩岸滑坡、溜坍、崩塌、巖溶等不良地質(zhì)發(fā)育，工程地質(zhì)條件相對(duì)較差。

城市規(guī)劃方面，褒河接軌沿濂水河方案線路穿規(guī)劃區(qū)西南側(cè)，分割城市發(fā)展備用地，對(duì)城市規(guī)劃有一定的影響；史寨接軌沿冷水河、褒河接軌沿冷水河方案雖西東向橫穿規(guī)劃區(qū)，但線路沿既有通道布線，對(duì)城市規(guī)劃總體影響較小；新設(shè)漢中東站沿冷水河方案位于規(guī)劃主城區(qū)發(fā)展地帶，分割城市發(fā)展方向，對(duì)其分割影響較大。

環(huán)保方面，褒河接軌沿濂水河方案稍差，其余方案差別不大，褒河接軌沿濂水河方案需以隧道穿石門(mén)國(guó)家水利風(fēng)景區(qū)、省級(jí)褒河森林公園、省級(jí)南湖—紅寺湖風(fēng)景名勝區(qū)，橋跨省級(jí)漢江濕地保護(hù)區(qū)；史寨接軌沿冷水河、褒河接軌沿冷水河方案在褒河站前需以隧道穿石門(mén)國(guó)家水利風(fēng)景區(qū)、省級(jí)褒河森林公園、橋跨省級(jí)漢江濕地保護(hù)區(qū)；新設(shè)漢中東站沿冷水河方案隧道穿天臺(tái)國(guó)家森林公園、省級(jí)褒河森林公園，橋跨省級(jí)漢江濕地保護(hù)區(qū)。

工程投資方面，褒河接軌沿濂水河方案靜態(tài)投資126.1億元，較新設(shè)漢中東站沿冷水河方案、史寨接軌沿冷水河方案分別省3.9億元、4.8億元，較褒河接軌沿冷水河方案貴6.6億元。

3.4 線路方案綜合決策

3.4.1 方案綜合決策

針對(duì)線路分段方案工程技術(shù)特征，從工程技術(shù)條件、環(huán)境保護(hù)、規(guī)劃協(xié)調(diào)等方面考慮，綜合選取工程條件、工程地質(zhì)、運(yùn)營(yíng)管理、工程投資、接軌條件、環(huán)境保護(hù)、經(jīng)濟(jì)影響以及城市規(guī)劃等8項(xiàng)指標(biāo)為各分段方案決策要素，綜合運(yùn)用后悔理論與理想點(diǎn)法[18-19]，采用后悔 理想點(diǎn)法即RT-TOPSIS模型對(duì)線路方案進(jìn)行綜合決策，決策過(guò)程如下。

(1)按照優(yōu)劣程度將決策要素劃分為高、較高、中、較低、低五個(gè)等級(jí)，然后應(yīng)用AHP法中的相對(duì)量度方法進(jìn)行決策要素定量規(guī)范化，生成線路方案決策矩陣。

(2)應(yīng)用后悔理論模型，確定目標(biāo)策略及完全錯(cuò)誤策略；分類(lèi)運(yùn)用效益型錯(cuò)誤函數(shù)和成本型錯(cuò)誤函數(shù)測(cè)算錯(cuò)誤值，并應(yīng)用投影原理確定各個(gè)屬性錯(cuò)誤極限損失值后，計(jì)算確定錯(cuò)誤損失矩陣如表3所示。

(3)應(yīng)用TOPSIS法以各方案錯(cuò)誤損失序列與正、負(fù)理想點(diǎn)接近程度集結(jié)錯(cuò)誤損失序列，結(jié)果如表4所示。

表3錯(cuò)誤損失矩陣

表4錯(cuò)誤損失序列集結(jié)值

(4)根據(jù)錯(cuò)誤損失序列集結(jié)值，各段線路最優(yōu)方案決策結(jié)果分析如下。

旬邑至寶雞段：招賢接軌方案為最優(yōu)方案，其主要優(yōu)勢(shì)在于該方案雖運(yùn)營(yíng)長(zhǎng)度最長(zhǎng)，但新建線路最短，工程投資最省，接軌站接軌條件也最好，可有效促進(jìn)麟游礦區(qū)資源良性配置，帶動(dòng)地方經(jīng)濟(jì)協(xié)同發(fā)展。

寶雞至留壩段：沿清姜河方案為最優(yōu)方案，其主要優(yōu)勢(shì)在于該方案雖不能經(jīng)過(guò)太白縣，越嶺主隧道長(zhǎng)度長(zhǎng)，但其線路短直，橋隧工程設(shè)置條件好，考慮運(yùn)營(yíng)費(fèi)后投資最省。

留壩至漢中段：褒河接軌沿濂水河方案為最優(yōu)方案，其主要優(yōu)勢(shì)在于該方案運(yùn)營(yíng)長(zhǎng)度較短，主要方向貨運(yùn)列車(chē)徑路順暢，能夠充分利用既有客貨運(yùn)設(shè)施，工程投資適宜。

3.4.2 方案研究結(jié)論

根據(jù)分段方案綜合決策結(jié)果，旬漢鐵路線路走向具體為：線路北起咸陽(yáng)市旬邑縣城東北側(cè)新建旬邑站，出站后沿三水河河谷而下，在河谷內(nèi)陳家河村設(shè)陳家河站、劉家河村設(shè)廟香站，線路出廟香站后于孫家溝村南側(cè)跨越?jīng)芎?，再向西沿拜家河足坡而上，下穿銀西高鐵后于咀頭村北側(cè)設(shè)蒙家?guī)X站，線路再以長(zhǎng)隧依次下穿西平鐵路、福銀高速，繼續(xù)向西分別經(jīng)馬家灣村、金莊寺村，后折向西南以長(zhǎng)隧在四郎池水庫(kù)水源保護(hù)地南側(cè)穿越翠屏山至寶雞市地界，線路再以橋隧相連工程折向西在縣北河北岸臺(tái)地設(shè)崖家河站，出站以長(zhǎng)隧分別穿越上野峪和堡子山后引入既有寶麟鐵路招賢站。從招賢至鳳翔西，利用并電氣化改造寶麟鐵路至鳳翔西站。后從鳳翔西站南端新建線路足坡展線而下，在王家村東南設(shè)王家村站，出站繼續(xù)展線引入既有寶中鐵路的千河站。爾后，自既有寶中鐵路千河站和隴海鐵路臥龍寺站分線引出至屈家村合線，向南跨渭河下穿西寶高鐵轉(zhuǎn)向西，沿西寶高鐵行至寶雞南站并場(chǎng)設(shè)站，出寶雞南站后線路轉(zhuǎn)向南足坡而上，以長(zhǎng)隧穿越秦嶺至褒河支流西河，其后線路以橋隧相連工程沿西河而下至獅子壩轉(zhuǎn)向西南穿玉皇廟隧道至北棧河，沿河谷轉(zhuǎn)向東于留壩縣城東南大灘村設(shè)留壩站，出站后線路轉(zhuǎn)向東南繼續(xù)以橋隧相連工程前行至褒河岸邊，沿河而下經(jīng)馬道驛至楊家莊轉(zhuǎn)向東引入陽(yáng)安線褒河站，后沿既有線增建二線至漢中站；同時(shí)，在褒河站前設(shè)陽(yáng)平關(guān)方向聯(lián)絡(luò)線。

4 結(jié)論

旬邑至漢中鐵路作為陜西與川渝能源新通道的重要組成，其合理規(guī)劃建設(shè)對(duì)項(xiàng)目效益、經(jīng)濟(jì)社會(huì)影響等方面具有重要的保障作用。本文基于建設(shè)必要性、功能定位以及運(yùn)量預(yù)測(cè)等研究結(jié)論，從本線運(yùn)輸組織、與相鄰線協(xié)調(diào)匹配性、需求適應(yīng)性等方面綜合考慮，提出了分段化的線路技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。然后，根據(jù)區(qū)域既有鐵路分布，沿線地形、地質(zhì)條件，結(jié)合項(xiàng)目影響區(qū)內(nèi)主要經(jīng)濟(jì)據(jù)點(diǎn)及重點(diǎn)控制工程分布情況，分段對(duì)線路走向方案進(jìn)行了研究。最后，采用RT-TOPSIS模型以工程技術(shù)條件、環(huán)境保護(hù)、規(guī)劃協(xié)調(diào)等要素為決策屬性，對(duì)各分段線路方案進(jìn)行綜合決策，結(jié)果顯示，旬漢鐵路旬邑至寶雞段、寶雞至留壩段、留壩至漢中段最優(yōu)線路方案分別為招賢接軌方案、沿清姜河方案和褒河接軌沿濂水河方案，以此為基礎(chǔ)，對(duì)旬漢鐵路整體線路走向進(jìn)行了闡述說(shuō)明。

參考文獻(xiàn)：

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作者/來(lái)源：雅安那點(diǎn)事兒

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