黔张常铁路限制坡度研究_陈军团
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根据选线原则，在线路纵断面设计中，应尽量 拔高线路，但势必影响桥梁的高度。在其他条件相 同的情况下，桥梁高度对工程投资的影响很大。不 同桥梁高度的工程投资如表 2 所示。
由表 2 可知，随着桥梁高度的增加，工程投资 成级数倍增长。根据线路平、纵断面设计原则，结 合咸丰—来凤地形特点，形成相同桥高和洼地均出 露 2 个坡度方案。
双线
6
内燃
电力
4 000ห้องสมุดไป่ตู้
850
21
第35卷 第3期
站场枢纽
铁道运输与经济
黔张常铁路限制坡度研究 陈军团
2 黔张常铁路地形条件和地质特征
2.1 地形条件 黔张常铁路沿线地形趋势为自西向东逐步降
低，黔江至张家界境内为武陵山脉中、低山区地 形，山顶标高一般为 800～1 400 m，河谷标高一般 为 200～500 m，沿途山峦重叠、峭壁林立、群山起 伏、沟谷深幽，区域内沟谷相间，地形变化剧烈。 常德市附近为洞庭湖滨冲湖积平原区，海拔一般在 30～50 m，地形平坦开阔。 2.2 地质特征
11 320
使土落坪洼地 ( B1、B2 ) 处出露，限制坡度采用 13‰ 方案在 A2 处的桥高需 153 m，而限制坡度采用 18‰ 方案在该处的桥高仅需 95 m。限制坡度为18‰方案 较 13‰ 方案可节省工程投资 5.7 亿元，工程投资节 省明显。 3.2.2 全线不同坡度方案的工程经济性
黔张常铁路是“十二五”铁路网规划中川渝地 区至湘赣闽地区便捷铁路通道的组成部分，也是连 接成渝和长株潭城市群的铁路干线。该线路承担川 渝地区与湘、赣、闽及沿线地区的客货交流，是一 条以客为主的客货共线铁路[2]，与黔张常铁路密切 相关的渝怀线、焦柳线和石长线的主要技术标准如 表 1 所示。
结合黔张常铁路的功能定位、区域路网的坡度 情况、地形地质特征和工程风险，从与相邻线的匹 配性、运输安全性和运输质量等方面，对该线路的 限制坡度分别采用 13‰ 和 18‰ 的方案进行研究。
黔张常铁路区域内寒武系、奥陶系、二叠系、 三叠系中的灰岩、白云岩、泥灰岩等碳酸盐类和白 垩系正阳组钙质胶结砾岩等可溶岩分布面积最广， 对线路方案选择影响较大。区域内地质构造复杂， 大地构造单元隶属扬子地台，二级构造单元常德地 区属江南台背斜，西部为鄂黔台褶带。
可溶岩地段褶皱的展布方向和形态控制着岩溶 地貌单元与岩溶形态的发育方向。沿线褶皱构造较 发育，与线路有关的主要褶皱有阳洞背斜、咸丰斜 歪背斜等 20 条。断裂是岩溶发育的主导因素，控 制着岩溶洼地、漏斗、大型岩溶谷地及地下暗河等 发育方向，在区域内表现十分明显，主要断层有咸 丰压性兼扭性大断裂、唐家沟断层等 47 条[2]。
陈军团
CHEN Jun-tuan
（中铁第一勘察设计院集团有限公司 线路运输处，陕西 西安 710043）
(Track and Transportation Department, China Railway The First Survey and Design Group Ltd., Co., Xi’an 710043, Shaanxi, China)
咸丰
1 050 1 000
950 900 850 800 750 700 650 600 550
黔张常铁路全线除咸丰—来凤区段外，其余区 段采用 18‰ 限制坡度方案仍具有单体隧道短、可采 用“人”字坡段落长、拔高线路高程等优点。限制 坡度方案的全线工程投资如表 3 所示。
4 黔张常铁路运输适应性分析
4.1 牵引质量与机车类型匹配性分析 各种机型在 13‰ 和 18‰ 限制坡度下双机牵引质
量[4] 如表 4 所示。 由表 4 可知，限制坡度为 13‰ 方案中所列机型
站场枢纽
铁 道 运 输 与 经 济 RAILWAY TRANSPORT AND ECONOMY
文章编号：1003-1421(2013)03-0020-06 中图分类号：U212.34 文献标识码：B
黔张常铁路限制坡度研究
Research on Limit Gradient of Qianjiang-Zhangjiajie-Changde Railway
Abstract: Inside the Qianjiang-Zhangjiajie-Changde railway construction area, karst and karst water are the most serious and extrusive geological problems which influencing the selection of track gradient. Combining with the function location of Qianjiang-Zhangjiajie-Changde railway track, gradient status of regional railway network, terrain and geological characteristics as well as engineering risk, this paper studies and compares the schemes of 13‰ and 18‰ limit gradient of the railway respectively from the aspects of matching rate with adjacent line, transport safety, transport quality and economical efficiency. In the end, the scheme of 18‰ limit gradient is recommended, which has good economy, could improve track height in further step and effectively construct long tunnel in subsection and reduce engineering risk. Key Words: Railway; Limit Gradient; Geological Characteristics; Scheme Selection
3 黔张常铁路限制坡度研究
3.1 选线原则 针对黔张常铁路岩溶发育的特点，充分汲取相
同区域地质条件下其他铁路建设的经验教训，提出 以下选线原则。
（1）线路尽量以大角度通过构造线为宜。 （2）线路平面线位的选择，宜尽量绕避处于 岩溶强烈发育地段，应避免线路顺可溶岩与非可溶 岩接触带、褶皱轴部、断裂带及其交汇处展布，最 大限度地避免在汇水面积较大的封闭洼地下部设置 隧道工程。 （3）线路纵断面设计，应尽量拔高线路；隧 道宜设置在垂直渗流带中，尽量减少水平径流带隧 道长度，以减轻岩溶水的危害。 （4）线路工程设置，宜多设路基、桥梁，尽 量减少隧道长度，特别是特长隧道；隧道纵断面宜 采用“人”字坡，以利于排水[1]。 3.2 限制坡度设置 结合货流特点及相邻线路的坡度情况，黔张常 铁路限制坡度主要研究单机采用 6‰、9‰ 和双机采 用 13‰、18‰ 的方案。由于单机限制坡度方案适应 地形条件差，设置的单体隧道及隧道总长度长；其 线位标高低，在标高上绕避岩溶发育区域能力差， 工程实施风险非常高，方案劣势明显。因此，重点 对双机限制坡度方案进行研究。 黔张常铁路岩溶及岩溶水的危害主要集中在 牛车河以西段，研究分为黔江北—咸丰、咸丰—来 凤、龙山—桑植、桑植—张家界西、禾家村—牛车 河 5 个段落。现以咸丰—来凤段为例，分别对采用
（2）桥梁。岩溶及岩溶水对桥梁的危害主要 表现在桩基施工中易发生掉钻、卡钻、漏浆、穿 孔、钻机倾翻、偏孔、断桩等现象。
（3）隧道。岩溶及岩溶水对隧道的危害主要 表现在以下方面。①隧道施工中遇到岩溶水会产生 突然涌水、突泥等危害，将会淹没坑道、毁坏机 具、中断施工、延误工期和增加造价，甚至造成人 员伤亡；②大的洞穴使隧道全部或部分悬空，将极 大地降低隧道使用安全可靠度；③洞穴堆积物松软 易坍塌下沉，不但施工困难，而且改变洞穴周边的 应力分布形态，影响隧道的结构稳定；④隧道中地 下水流失，使隧道顶部岩洞塌陷，导致环境地质破 坏，也易造成隧道结构的不稳定[2]。
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13‰、18‰ 限制坡度的工程设置情况进行分析和 比选。 3.2.1 咸丰—来凤区段概况
黔张常铁路咸丰—来凤区段沿线地形起伏变 化剧烈，属典型的武陵山脉的中山区地貌，山间岩 溶洼地多有分布，如土落坪洼地。土落坪洼地为四 面环山的低平区域，是具有代表性的大型山间溶蚀 洼地，汇水面积约 17.6 km2，百年一遇地表径流量约 为 246 m3/s [1]。咸丰—来凤线路纵断面如图 2 所示。
摘 要：黔张常铁路建设区域内岩溶及岩溶水是对线路坡度选择影响最大、最为突 出的工程地质问题。结合黔张常铁路线路的功能定位、区域路网的坡度情况、地 形地质特征和工程风险，从与相邻线匹配性、运输安全性、运输质量和经济性等 方面分别对本线的限制坡度为13‰和18‰的方案进行研究和比选。最后，推荐经 济性好，能进一步拔高线路高程，有效分解长大隧道，减少工程风险的限制坡度 为18‰方案。 关键词：铁路；限制坡度；地址特征；方案选择
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1 黔张常铁路概况
黔张常 ( 黔江—张家界—常德 ) 铁路位于渝、 鄂、湘 3 省市的交界地带，线路西起重庆市黔江 区，自渝怀铁路黔江站引出，沿途经湖北省咸丰 县、来凤县，湖南省龙山县、桑植县至张家界市， 与焦柳铁路相连后向东终止湖南省常德市，全线运 营里程为 339 km[1]，如图 1 所示。黔张常铁路沿线 大部处于武陵山脉的中、低山区，区域内滑坡、崩 塌、泥石流等不良地质现象发育，地质构造与具有 桥隧博物馆之称的宜万铁路相同。
黔张常铁路沿线多种不良地质现象发育，主要 包括岩溶、采空区、崩塌、危岩、落石、暗河、特 殊岩土、构造裂隙水、碳酸岩岩溶水等，其中岩溶 和岩溶水对线路影响最大，是最为突出的工程地质 问题[2]。 2.3 岩溶及岩溶水的危害
岩溶及岩溶水对路基、桥梁和隧道等各类工程 均有危害，具体表现在以下方面。
（1）路基。岩溶及岩溶水对路基的危害主要 有溶洞顶板坍塌引起的路基下沉和破坏、岩溶地面 坍塌对路基稳定性的破坏、反复泉与间歇泉浸泡路 基基底，引起路基沉陷、坍塌或冒浆、突然性的地 下涌水冲毁路基等。
（1）相同桥高的坡度方案，如图 3 所示。A1 和 A2 处位于相同桥高时，采用18‰限制坡度在土落坪 洼地 ( B1 ) 处可以出露，而采用13‰限制坡度则需在 土落坪洼地 ( B2 ) 处下方设置隧道通过。这与岩溶地 区“最大限度地避免在汇水面积较大的封闭洼地下 部设置隧道工程”的选线原则不符。
均可满足牵引 4 000 t 要求；限制坡度为 18‰ 方案中
1050
1000
950 咸丰
900
850
800
750
土
落
700
坪
650
600
550
500
450
来凤
图 2 咸丰—来凤区段线路纵断面示意图
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1 050 1 000
950 900 850 800 750 700 650 600 550 500 450
（2）洼地均出露的坡度方案，如图 4 所示。为
表 2 不同桥梁高度的工程投资
桥高 / m 投资 / (万元 / km) 桥高 / m 投资 / (万元 / km)
30 及以下
4 980
90
13 350
30～50
6 560
130
29 920
50～70
9 190
150 及以上
35 050
70～90
项目
正线数目 限制坡度 / ‰
牵引种类 牵引质量 / t 到发线有效长 / m
图 1 黔张常铁路走向示意图
表 1 黔张常铁路衔接各线的主要技术标准
渝怀线
既有
设计
单线
双线
6、12 ( 双机 )
电力
4 000
850
焦柳线 既有 单线 6、12 ( 双机 ) 电力 4 000 850
石长线
既有
在建
单线
由表 2 可知，随着桥梁高度的增加，工程投资 成级数倍增长。根据线路平、纵断面设计原则，结 合咸丰—来凤地形特点，形成相同桥高和洼地均出 露 2 个坡度方案。
双线
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电力
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2 黔张常铁路地形条件和地质特征
2.1 地形条件 黔张常铁路沿线地形趋势为自西向东逐步降
低，黔江至张家界境内为武陵山脉中、低山区地 形，山顶标高一般为 800～1 400 m，河谷标高一般 为 200～500 m，沿途山峦重叠、峭壁林立、群山起 伏、沟谷深幽，区域内沟谷相间，地形变化剧烈。 常德市附近为洞庭湖滨冲湖积平原区，海拔一般在 30～50 m，地形平坦开阔。 2.2 地质特征
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使土落坪洼地 ( B1、B2 ) 处出露，限制坡度采用 13‰ 方案在 A2 处的桥高需 153 m，而限制坡度采用 18‰ 方案在该处的桥高仅需 95 m。限制坡度为18‰方案 较 13‰ 方案可节省工程投资 5.7 亿元，工程投资节 省明显。 3.2.2 全线不同坡度方案的工程经济性
黔张常铁路是“十二五”铁路网规划中川渝地 区至湘赣闽地区便捷铁路通道的组成部分，也是连 接成渝和长株潭城市群的铁路干线。该线路承担川 渝地区与湘、赣、闽及沿线地区的客货交流，是一 条以客为主的客货共线铁路[2]，与黔张常铁路密切 相关的渝怀线、焦柳线和石长线的主要技术标准如 表 1 所示。
结合黔张常铁路的功能定位、区域路网的坡度 情况、地形地质特征和工程风险，从与相邻线的匹 配性、运输安全性和运输质量等方面，对该线路的 限制坡度分别采用 13‰ 和 18‰ 的方案进行研究。
黔张常铁路区域内寒武系、奥陶系、二叠系、 三叠系中的灰岩、白云岩、泥灰岩等碳酸盐类和白 垩系正阳组钙质胶结砾岩等可溶岩分布面积最广， 对线路方案选择影响较大。区域内地质构造复杂， 大地构造单元隶属扬子地台，二级构造单元常德地 区属江南台背斜，西部为鄂黔台褶带。
可溶岩地段褶皱的展布方向和形态控制着岩溶 地貌单元与岩溶形态的发育方向。沿线褶皱构造较 发育，与线路有关的主要褶皱有阳洞背斜、咸丰斜 歪背斜等 20 条。断裂是岩溶发育的主导因素，控 制着岩溶洼地、漏斗、大型岩溶谷地及地下暗河等 发育方向，在区域内表现十分明显，主要断层有咸 丰压性兼扭性大断裂、唐家沟断层等 47 条[2]。
陈军团
CHEN Jun-tuan
（中铁第一勘察设计院集团有限公司 线路运输处，陕西 西安 710043）
(Track and Transportation Department, China Railway The First Survey and Design Group Ltd., Co., Xi’an 710043, Shaanxi, China)
咸丰
1 050 1 000
950 900 850 800 750 700 650 600 550
黔张常铁路全线除咸丰—来凤区段外，其余区 段采用 18‰ 限制坡度方案仍具有单体隧道短、可采 用“人”字坡段落长、拔高线路高程等优点。限制 坡度方案的全线工程投资如表 3 所示。
4 黔张常铁路运输适应性分析
4.1 牵引质量与机车类型匹配性分析 各种机型在 13‰ 和 18‰ 限制坡度下双机牵引质
量[4] 如表 4 所示。 由表 4 可知，限制坡度为 13‰ 方案中所列机型
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文章编号：1003-1421(2013)03-0020-06 中图分类号：U212.34 文献标识码：B
黔张常铁路限制坡度研究
Research on Limit Gradient of Qianjiang-Zhangjiajie-Changde Railway
Abstract: Inside the Qianjiang-Zhangjiajie-Changde railway construction area, karst and karst water are the most serious and extrusive geological problems which influencing the selection of track gradient. Combining with the function location of Qianjiang-Zhangjiajie-Changde railway track, gradient status of regional railway network, terrain and geological characteristics as well as engineering risk, this paper studies and compares the schemes of 13‰ and 18‰ limit gradient of the railway respectively from the aspects of matching rate with adjacent line, transport safety, transport quality and economical efficiency. In the end, the scheme of 18‰ limit gradient is recommended, which has good economy, could improve track height in further step and effectively construct long tunnel in subsection and reduce engineering risk. Key Words: Railway; Limit Gradient; Geological Characteristics; Scheme Selection
3 黔张常铁路限制坡度研究
3.1 选线原则 针对黔张常铁路岩溶发育的特点，充分汲取相
同区域地质条件下其他铁路建设的经验教训，提出 以下选线原则。
（1）线路尽量以大角度通过构造线为宜。 （2）线路平面线位的选择，宜尽量绕避处于 岩溶强烈发育地段，应避免线路顺可溶岩与非可溶 岩接触带、褶皱轴部、断裂带及其交汇处展布，最 大限度地避免在汇水面积较大的封闭洼地下部设置 隧道工程。 （3）线路纵断面设计，应尽量拔高线路；隧 道宜设置在垂直渗流带中，尽量减少水平径流带隧 道长度，以减轻岩溶水的危害。 （4）线路工程设置，宜多设路基、桥梁，尽 量减少隧道长度，特别是特长隧道；隧道纵断面宜 采用“人”字坡，以利于排水[1]。 3.2 限制坡度设置 结合货流特点及相邻线路的坡度情况，黔张常 铁路限制坡度主要研究单机采用 6‰、9‰ 和双机采 用 13‰、18‰ 的方案。由于单机限制坡度方案适应 地形条件差，设置的单体隧道及隧道总长度长；其 线位标高低，在标高上绕避岩溶发育区域能力差， 工程实施风险非常高，方案劣势明显。因此，重点 对双机限制坡度方案进行研究。 黔张常铁路岩溶及岩溶水的危害主要集中在 牛车河以西段，研究分为黔江北—咸丰、咸丰—来 凤、龙山—桑植、桑植—张家界西、禾家村—牛车 河 5 个段落。现以咸丰—来凤段为例，分别对采用
（2）桥梁。岩溶及岩溶水对桥梁的危害主要 表现在桩基施工中易发生掉钻、卡钻、漏浆、穿 孔、钻机倾翻、偏孔、断桩等现象。
（3）隧道。岩溶及岩溶水对隧道的危害主要 表现在以下方面。①隧道施工中遇到岩溶水会产生 突然涌水、突泥等危害，将会淹没坑道、毁坏机 具、中断施工、延误工期和增加造价，甚至造成人 员伤亡；②大的洞穴使隧道全部或部分悬空，将极 大地降低隧道使用安全可靠度；③洞穴堆积物松软 易坍塌下沉，不但施工困难，而且改变洞穴周边的 应力分布形态，影响隧道的结构稳定；④隧道中地 下水流失，使隧道顶部岩洞塌陷，导致环境地质破 坏，也易造成隧道结构的不稳定[2]。
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13‰、18‰ 限制坡度的工程设置情况进行分析和 比选。 3.2.1 咸丰—来凤区段概况
黔张常铁路咸丰—来凤区段沿线地形起伏变 化剧烈，属典型的武陵山脉的中山区地貌，山间岩 溶洼地多有分布，如土落坪洼地。土落坪洼地为四 面环山的低平区域，是具有代表性的大型山间溶蚀 洼地，汇水面积约 17.6 km2，百年一遇地表径流量约 为 246 m3/s [1]。咸丰—来凤线路纵断面如图 2 所示。
摘 要：黔张常铁路建设区域内岩溶及岩溶水是对线路坡度选择影响最大、最为突 出的工程地质问题。结合黔张常铁路线路的功能定位、区域路网的坡度情况、地 形地质特征和工程风险，从与相邻线匹配性、运输安全性、运输质量和经济性等 方面分别对本线的限制坡度为13‰和18‰的方案进行研究和比选。最后，推荐经 济性好，能进一步拔高线路高程，有效分解长大隧道，减少工程风险的限制坡度 为18‰方案。 关键词：铁路；限制坡度；地址特征；方案选择
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1 黔张常铁路概况
黔张常 ( 黔江—张家界—常德 ) 铁路位于渝、 鄂、湘 3 省市的交界地带，线路西起重庆市黔江 区，自渝怀铁路黔江站引出，沿途经湖北省咸丰 县、来凤县，湖南省龙山县、桑植县至张家界市， 与焦柳铁路相连后向东终止湖南省常德市，全线运 营里程为 339 km[1]，如图 1 所示。黔张常铁路沿线 大部处于武陵山脉的中、低山区，区域内滑坡、崩 塌、泥石流等不良地质现象发育，地质构造与具有 桥隧博物馆之称的宜万铁路相同。
黔张常铁路沿线多种不良地质现象发育，主要 包括岩溶、采空区、崩塌、危岩、落石、暗河、特 殊岩土、构造裂隙水、碳酸岩岩溶水等，其中岩溶 和岩溶水对线路影响最大，是最为突出的工程地质 问题[2]。 2.3 岩溶及岩溶水的危害
岩溶及岩溶水对路基、桥梁和隧道等各类工程 均有危害，具体表现在以下方面。
（1）路基。岩溶及岩溶水对路基的危害主要 有溶洞顶板坍塌引起的路基下沉和破坏、岩溶地面 坍塌对路基稳定性的破坏、反复泉与间歇泉浸泡路 基基底，引起路基沉陷、坍塌或冒浆、突然性的地 下涌水冲毁路基等。
（1）相同桥高的坡度方案，如图 3 所示。A1 和 A2 处位于相同桥高时，采用18‰限制坡度在土落坪 洼地 ( B1 ) 处可以出露，而采用13‰限制坡度则需在 土落坪洼地 ( B2 ) 处下方设置隧道通过。这与岩溶地 区“最大限度地避免在汇水面积较大的封闭洼地下 部设置隧道工程”的选线原则不符。
均可满足牵引 4 000 t 要求；限制坡度为 18‰ 方案中
1050
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950 咸丰
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950 900 850 800 750 700 650 600 550 500 450
（2）洼地均出露的坡度方案，如图 4 所示。为
表 2 不同桥梁高度的工程投资
桥高 / m 投资 / (万元 / km) 桥高 / m 投资 / (万元 / km)
30 及以下
4 980
90
13 350
30～50
6 560
130
29 920
50～70
9 190
150 及以上
35 050
70～90
项目
正线数目 限制坡度 / ‰
牵引种类 牵引质量 / t 到发线有效长 / m
图 1 黔张常铁路走向示意图
表 1 黔张常铁路衔接各线的主要技术标准
渝怀线
既有
设计
单线
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6、12 ( 双机 )
电力
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焦柳线 既有 单线 6、12 ( 双机 ) 电力 4 000 850
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