铁路定线技术:根据铁路选线的目的和选线原则,确定铁路线最佳位置的程序、方法和技术。
技术介绍
铁路线上分布着大量的建筑物和设施,如桥涵、隧道、车站、供电、通讯、信号及给排水等。铁路线的位置决定了各项建筑物的配置和设备的位置;反之有一些建筑物的配置也影响铁路线的位置。铁路线的位置不仅对工程数量和工程费用有巨大影响,而且对运行安全和运输效率产生深远影响。因此,铁路修建之前必须定好铁路线位置,才能进行各种建筑物的具体设计。勘测设计阶段由于铁路的复杂环境与要求,必须经过由广到狭,由概略到精细的勘测,同时使铁路线位置设计有步骤地从较多的方案中经过多次选优,最终达到最佳的空间位置。
阶段的划分
随着自然条件与社会环境复杂程度,所收集的地形、地质、水文与经济等资料的完备程度和铁路性质而定。在中国,对新建、改建干线铁路与增建二线,先作可行性研究,过去称《方案研究报告》,一般在大面积的航测地形图上提出并选择铁路线走向。然后再分为下述三个阶段,勘测与设计交替进行。
初测
-初步设计阶段
沿《可行性研究报告》中推荐的几个走向,测绘具有地质与水文资料的带状地形图(比例尺一般为1:5000或1:2000),纸上定线,分布各项构筑物,进行技术经济比较,确定铁路线走向及其位置。本阶段主要是:①解决铁路线走向方案和主要技术标准(限制坡度、最小曲线半径、车站分布、到发线长度、牵引种类、机车类型等);②确定建设规模、主要工程数量与材料,以及用地及拆迁工程的概数;③提出
施工组织设计方案意见与总概算。
定测
-技术设计阶段
将初步设计确定的铁路线标定于地面,并详尽地测量与收集地形、地质、水文资料;选定铁路线最后位置;做更精细的铁路线平面和纵断面设计;并做出各种建筑物的设计。本阶段主要是:①解决铁路线各种建筑物和设备的具体设计方案和技术问题;②获得工程、材料和主要设备的数量,用地及拆迁的数量;③提出
施工组织设计及修正总概算。
施工测量
-施工图阶段
根据已定的技术设计,对铁路线和各项建筑物进行定位测量,编制施工必要的设计说明和详细图表。
对于任务单纯、条件简单、资料完备的次要铁路,可减少勘测设计阶段。
定线方法
其主要内容是用纸上定线和现场定线的手段,确定铁路线位置并协调其与各种建筑物的位置。
纸上定线与现场定线
①纸上定线。从可行性研究一直到技术设计各步骤中都必须使用。在原有地形图上,进行规划性工作。例如,在可行性研究中可绘出若干个有比较价值的走向方案;在初步设计阶段,主要先规划沿线坡度、曲线和车站分布标准,而后在图上设计平面、纵断面,并根据所计算的列车运行时间,调整车站位置。在自然坡度陡峻的山区,纸上定线常根据设计坡度参照地形图上的等高线,绘出曲折的概略线路,通称导向线。然后根据导向线设计铁路线平面及纵断面,这样可以很有效地在复杂地形中找出合理的铁路线位置。②现场定线。自初测一直到施工测量等阶段都要进行。把纸上定线设计移放在地面上,但常常因图上所反映的地形与地物究竟不如当场观察的那么细致。因此,现场定线时常进一步修正纸上定线。
平原地区的定线
坡度一般不受限制。如地区人口稀少,城镇及构筑物不多,在两据点间应以直线定线。车站按列车走行时分均匀分布。铁路的高度在满足洪水位及泥石淤积的要求下,用低路堤通过。如沿线有较大的城镇时,为地区的客货运输提供方便条件需要设站;铁路线需与城镇规划配合,尽量避免造成对城镇的干扰与污染,并少占农田,还要避开较大建筑物和名胜古迹以及灌溉渠道;车站的分布也就不能完全按行车时分均匀分布,更不能完全按直短方向布置。
山岳地区的定线
山岳地区都是由山脉和水系所构成。山脉有主脉与支脉;水系有主流与支流,都形成一定的系统。在山岳地区定线的最主要的一条原则就是要顺应山川形成的规律,利用自然,并改造自然。在两据点间找出顺沿基本走向,在地形起伏不大、地质条件较好的地带设置铁路线。通常是沿较大的河流的两岸定线,即所谓河谷线。一般较大河流纵坡平缓,两岸开阔,有明显的阶地,地形平坦,地质稳定,是山岳地区设置铁路线的最优地带(图1a)。如中国的天兰线天水至陇西段沿渭河定线,宝成线的秦岭至广元段沿嘉陵江定线。河流有时弯曲较大,或者地形陡峻,或者地质不良,致使铁路线延长过多,或工程困难,应根据情况作桥跨河(图1c),作隧道裁弯取直,或改移河道(图1b)。图1b及图1c皆为宝成线改河实例。图1b河流弯曲很多,以改河方式,可以节省四座桥,并新造农田多亩。图1c为河流弯曲很大,沿河绕行铁路(虚线)延长很多,直穿则多建一座桥,最后选择后者。当河谷狭窄,纵坡较陡,水流湍急,两岸地形陡峻,无明显阶地,只得沿山坡定线,即所谓山坡线。较平缓的山坡,仍然是设置铁路线的良好地段。但陡峻的山坡,沟谷纵横,悬崖峭壁林立,使桥隧相连,工程艰巨(见彩图)。在工程地质不良地段应考虑将铁路线靠山内移以隧道通过,或外移作桥通过,或跨河至对岸山坡。
如果铁路线的必经点在山岭的两侧,则形成铁路线先沿山坡持续上升,越过山顶,然后再沿另一侧山坡下降,形成所谓的越岭线。山坡一般下缓上陡,越岭的高度越高,两侧的引线越长,坡度越陡。为了减少越岭的高度,越过山岭时,可以在低的垭口开挖路堑,或在薄山体开凿隧道;隧道的长度越长,降低高度越多(图2),故越岭选线应首先选好越岭垭口。最好的越岭垭口为较少偏离直短方向,高度低,山体薄,地质良好,两侧引线条件好。越岭线往往短距离内的高差大,在一定的距离内地面坡度大于铁路线所采用的坡度,则需要用展长铁路线的办法以达到预定的高度,这就是所谓展线。展线所用的坡度越小,长度也就越长。所以在越岭地段往往需要加大坡度,用多机牵引。越岭展线要顺应地形避开不良地质,既要用足最大坡度,以最短的长度达到预定的高度,又能使工程最节省。世界各国都有很好的展线实例,如中国的京张铁路(北京至张家口),詹天佑工程师曾选了三个基本走向不同的方案(图3),经过反复比较,并结合当时的技术条件,选定在八达岭用之字形展线的方案跨过军都山脉;宝成、成昆、川黔等线,也都用展线方法跨越山区的大小分水岭。
不良工程地质地区的定线
在不良工程地质地区定线,地质条件为决定铁路线位置的主要因素。对铁路危害严重的不良工程地质现象有:岩堆、滑坡、泥石流、岩溶、沼泽、沙漠、冲沟、永冻土、盐渍土、水库坍岸等。为克服不良工程地质现象,需要十分艰巨昂贵的工程,有时还不易奏效。故铁路定线必须特别重视工程地质问题。成昆铁路羊臼河至黑井采用各种展线和约一公里跨河一次的办法,以避开不良工程地质地段。在不能绕避时,也要找危害比较轻微的地带通过,并查明情况,采取有效的工程技术措施彻底根治,保证施工及运营的安全。
铁路定线尽量少破坏自然,在山岳地区,避免大填大挖,隧道洞口挖方不可过大,以免破坏植被及山体稳定,造成水土流失、坍方、滑坡、泥石流等现象的发生或发展。
定线与桥隧等建筑物的协调
定线的同时,必须考虑到桥梁、隧道、车站、路基等项建筑物的位置与工程规模。铁路线的定位,必须与这些建筑物的优良位置相协调。一般情况,优良的桥位应是水流顺直、河道狭窄、无浅滩、无沙洲、无支流会合,地质条件良好并与铁路线正交。中小桥涵的桥位应服从铁路线位置,大桥及特大桥,铁路线应与优良的桥位相协调,在不过多偏离基本走向时,铁路线应服从桥位。隧道进出口处铁路线原则上应与地面等高线正交。越岭隧道进出口宜避开沟心,因为沟心工程地质一般较差,排水不利。傍山的隧道外侧洞壁不可过薄,以免造成偏压,影响隧道的稳定。