石太客运专线线路主要技术参数的研究（可编辑）

石太客运专线线路主要技术参数的研究（可编辑） 北京交通大学 硕士学位论文 石太客运专线线路主要技术参数的研究 姓名:宋久涛 申请学位级别:硕士 专业:道路与铁道 指导教师:魏庆朝;王俊峰 20080601中文摘要 摘要:客运专线与常规铁路在设计理念上有着本质区别,列车高速运营对土建工 程和设备标准有其特殊,迫切需要解决客运专线的建设标准问题。本文针对 石太客运专线大部分地段位于太行山区,长隧、高桥、高填、深挖等特殊工点较 多的特点,对石太客运专线建设的主要技术标准进行专题研究,以达到工程的可 靠性、经济的合理性、技术的先进性和施工的可操作性。研究以实际资料为基础, 经过技术经济综合,提出了较为合理的建设标准,为石太客运专线的建设标 准提供了理论依据。本论文的主要研究目的是通过分析新建石太客专的线路 技术 标准,结合新的四电通信、信号、电力供电及牵引供电标准,对限制列车运 行速度的最小曲线半径及最短缓和曲线长度以及最大坡度进行研究,使石太客专 的速度目标值、运行时分和工程投资三者之间取得最佳的统一,从而发挥最佳的 投资效益。 主要研究: 、通过对确定线路主要技术标准相关参数的系统研究,确定不同速度目标 值条件下的线路主要技术标准; 、应用线路主要技术标准的研究成果,结合不同路段的既有状况,通过综 合技术经济比较,根据石太客专通道发展趋势,我国铁路主要技术政策,结合我 国机车车辆工业现状和发展情况,相邻路网的发展规划,综合研究确定全线速度 目标值。 、根据线路主要技术标准的研究成果,研究确定沿线主要线路和轨道的工 程情况。 主要研究成果: . 、石太客运专线主要技术标准的确定。包括:速度、时间值的确定,最大 坡度的确定,运营条件的分析,最小曲线半径及最小正线线间距的确定。 、石太客运专线的线路走行的研究。 关键词:石太客专 主要技术参数 研究 分类号: : . ,. ? , , ,曲. ? . .. ., , .., . . ., ? , 。 . , , , , 仃, .‘ . . : .. ,...,,? ’ . . . . .. .. . . ’ , .,。 . .’ 一 一 一 . :? ; ; :学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解北京交通大学有关保留、使用学位论文的规定。特 授权北京交通大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索, 并采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编以供查阅和借阅。同意学校向国 家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘 保密的学位论文在解密后适用本授权说明 学位论文作者签名: 导师签名: 日 签字日期: 年 月.日 签字日期: 年 月独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作和取得的研 究成果,除了文中特别加以标注和致谢之处外,论文中不包含其他人已经发表或 撰写过的研究成果,也不包含为获得北京交通大学或其他教育机构的学位或证书 而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文 中作 了明确的说明并表示了谢意。 学位论文作者签名: 签字日期: 年 月 日 致谢 本论文从开题研究导最后完稿,一直得到校内导师魏庆朝和校外导师王俊峰 教授级高工的悉心指导和大力支持。从选题到主要研究内容的确定,研究过程的 指导,直至最后论文的形成,都得到了两位导师精心的指导和审查。魏老师渊博 的学识、敏锐的洞察力和兢兢业业的工作作风,王老师扎实的基础知识、丰富的 现场经验和分析处理问题的能力,使我受益匪浅,对我今后的学习和工作无疑有 巨大的帮助,在此表示衷心的感谢和崇高的敬意。 同时,本论文的完成也离不开许多老师的指导和帮助。在开题报告、预答辩 等过程中,得到了诸多教授的指点,也提出了很多好的建议,同时也给与了很大 的鼓励,在此,一并表示感谢。 本论文在写作过程中,得到了许多同学、同事和单位领导的支持和帮助。提 出了许多意见和建议,单位的领导也给与了时间上的照顾,在此表示感谢。 最后,感谢我的家人、朋友对我学习的支持和理解。绪论 .论文选题的背景 速度是衡量交通运输业发展水平的主要标志,提高列车运行速度始终是铁路 技术发展的主要目标之一。随着我国经济的发展,人民生活水平的提高,人们对 时间价值观念和旅行舒适度的要求不断增强,提高客车的运行速度已经成为提高 运输质量的重要内容。铁路科学技术的快速发展,技术装备水平的日益提高,客 观上为提高列车运行速度提供了技术基础。继广深准高速铁路开通运营后,沪宁、 京秦、沈大等线相继开行了快速列车,为提高列车速度积累了运营实践经验,为 其他干线提高列车速度开创了先河。 从国外铁路的发展历程看,推行列车高速运营也是铁路发展的大趋势。欧洲 各国为加快欧洲“一体化进程,建立欧洲统一大市场的重大战略决策和战略构想的大背景下,预计在 年,按照统一规划、分国实施的原则,建成总规公里的高速新线和改造 模超过.万公里的高速铁路网,其中包括修建 .万公里时速 公里以内的既有线,目前,该高速网络计划正在实施过程 中。 我国幅员辽阔,既有铁路运营里程已达万多公里,虽然路网结构尚不完善, 但由于我国目前经济条件还不富裕,为使有限的资金发挥最大的效益,在完善路 网时,一方面利用既有铁路提速,另一方面就是直接投资新建高速客运专线,这 对改善运输质量,扩大铁路市场份额,充分挖掘潜能,盘活固定资产,提高铁路 的整体效益,具有重要的意义。 .论文选题的意义 根据《中长期铁路网规划》,国务院先后批准武广、郑西、石太、京津、合宁、 合武、温福、福厦、甬温条客运专线项目和沪汉蓉大通道等个重点工程立项。 扩充运输能力,缓解“瓶颈”状况,保证国民经济持续快速健康协调发展。即将 开工建设的客运专线,都处在运输需求最大、运输能力最紧张的地区。早日建成 这些客运专线,对于从根本上解决这些地区铁路“瓶颈”制约问题、提高路网综 合运输能力、保证国民经济平稳较快发展,具有极为重要的作用。 客运专线建设技术标准的确定,既要与客运专线运输组织模式相适应,又要与既有线在路网中担负的任务和所处的位置以及客货运量相适应,同时还要为满 足铁路通道线路扩能,进一步改善铁路运输服务质量,提高铁路参与运输市场竞 争能力起到一定的作用。石太客运专线横穿太行山山脉,与既有石太线一起构成 我国东西运输主骨干和煤炭运输主通道。因此,对于石太客运专线建设标准和线 路及轨道工程的研究具有重要的意义。 .本论文的主要研究内容 本论文的主要研究目的是通过分析石家庄至太原既有工程情况,结合站后专 业配套,对限制列车运行速度的最小曲线半径、最大坡度等主要技术标准和线路、 轨道工程,以切实提高石太客专的线路技术条件,使得石太客专在速度目标值、 运行时分和工程投资三者之间取得最佳的统一,从而发挥最佳的投资效益。 本论文主要研究的内容集中在以下几个方面: 、通过对确定线路主要技术标准相关参数的系统研究,确定不同速度目标 值条件下的线路主要技术标准; 、应用线路主要技术标准的研究成果,结合不同路段的既有状况,通过综 合技术经济比较,根据石太客专通道发展趋势,,我国铁路主要技术政策,结合我 国机车车辆工业现状和发展情况,相邻路网的发展规划,综合研究确定全线速度 目标值。 沿线自然特征 .地形、地貌 线路从石家庄起,沿华北平原的西缘,向西进入太行山东麓的低山丘陵,沿 顺直狭窄的金良河河谷西行,过石太高速公路,进入绵河河谷,跨越雄伟的娘子 关,进入阳泉盆地,沿桃河翻越东西分水岭之土陉岭,行进在太行山西麓低中山 丘陵上,穿过太原东山,到达晋中盆地太原。该工程横穿太行山山脉,属低中山、 低山丘陵区及山间盆地和山前冲洪积平原。总地势为:西高东低,东部娘子关山 高坡陡,峰峦叠嶂,属侵蚀剥蚀低山区,侵蚀切割强烈,支沟纵横,丘陵谷地波 状起伏;中部阳泉,丘陵山顶无明显之山脊线,山坡较缓,沟谷开阔,四周山坡 陡峭,沟谷呈“’’形:阳泉以西沟谷坡降大。寿阳、盂县大部被黄土覆盖,发育 了典型的黄土地貌,黄土塬、梁分布广泛。沿线河谷多属山区中上游河段,河流 冲刷以下切为主,河流阶地不发育,一般仅为较狭窄的洪积阶地。 .地层岩性 沿线所经地区地层出露较齐全,下元古界、元古界、古生界、中生界、新生 界均有分布。华北平原、太原盆地及丘间谷地分布了第四系黏性土、砂类土和碎 石类土,黄土广泛分布于寿阳、盂县、榆次、太原。山区分布了新生界第三系砾 岩、砂岩、泥岩;中生界三叠系的砂岩和古生界寒武系、奥陶系灰岩、泥质 灰岩 及石炭系、二叠系砂页岩和煤系地层;下伏中元古界长城系的白云质灰岩和白云 岩及下元古界滹沱群变质长石石英砂岩夹绢云母片岩,与中生界不整合接触见 工程地质图。 .地质构造及地震动参数 .地质构造 测区处于中朝准地台之山西中台隆东部和华北断拗,属级构造单元。区内 经历了多次构造运动,地质构造复杂。早期加里东运动,使地壳上升,吕梁期造 山运动、燕山运动形成了区域构造的基本轮廓,而喜山运动以及新构造运动形成 了太原晋中断陷盆地和寿阳黄土堆积区、阳泉凹陷区。沿线主要地质构造单元:匕夏变道厶堂主些亟?堂丛诠窒 ??一 一一 井陉构造位于井陉东南侧吴家 窑,主要表现为走向近南北的平, 断裂带和轴向北西的褶皱。大部分 断裂的断面向西倾,东侧下降,断 距较小,一些断裂具共轭性质,次 级小断裂以北西向为主,并切过主 断裂见图。逆断层,走向 。~。,倾向北西,倾角。, 断距,断裂有~宽的破 碎带。其中充填了断层角砾岩和断 层泥。石佛向斜?,轴向北北西, 核部最新地层为长城系白云岩。翼 部次级小褶皱极发育,具复向斜的形式。 线路横穿沁水盆地向斜 的北端。阳泉~娘子关由数个对称 平缓不阔的波状背斜和向斜组 成,呈反“”型波状扭性褶曲束 见图。轴面一般直立为对称 型,阳泉以二匕者微向南东倾斜, 呈’称型。褶曲被断层呈。 一。斜切,被巨城~移良地颦所 截而不连续。巨城~移良地颦北北 西。走向,南端弯向南东 的两个平行正断层组成,断层下盘 强烈滑拖和牵引,局部以挠褶代督。 断层面倾角。~。,垂直断距 。地锈内发育有次一级 个别达 断裂。区域性节理主要为两组剪节 理,走向分别为。~。 。~。倾角。~。,倾 向不定。 太原瓮地东侧主要发育了东西 向褶断构造和南北向褶皱构造。太 原东山的西蒜峪向西至观家峪,东 西长,向南至阳曲宽约,较紧密平行排列的压性断层和与其相间的褶 皱为主,呈现一褶断群见图断层规模小长,走向常呈舒缓波形弯曲, 断层面往往具较明显的压性状。南北向褶皱构造主要展布于寿阳、西洛镇一 带, 多被上更新统黄土覆盖,褶曲多较开阔/翼平缓。~。,且基本对称,两端 分别向南北逐渐倾伏。由于受相邻构造运动的影响,致使褶曲多向北东~南西 偏转, 且往往呈朝东微凸的弧形弯曲。 .地震 根据《中国地震动参数区划图》?沿线地震动峰值加速度地 震基本烈度划分如下: 石家庄~井陉地震动峰值加速度.地震基本烈度 井陉~阳泉、盂县、平定地震动峰值加速度.地震基本烈度 阳泉、盂县、平定~东黄水、榆次地震动峰值加速度.地震基本烈 度? 东黄水、榆次~太原地震动峰值加速度.地震基本烈度? .水文地质 .第四系孔隙潜水 分布于河谷阶地和河床冲洪积层中,水位水量随地形、地貌和季节变化,主 要受大气降水补给,局部受基岩裂隙水补给,以蒸发、排泄为主。含水层为卵 砾 石及砂层。绵河河床、漫滩、?级阶地上,地下水埋深。 . .岩溶裂隙水 灰岩地区裂隙、岩溶发育,桃河地表水在程家以西大量垂直下渗,在地表一 百米下形成岩溶裂隙水,集水区水量较丰富,据调查,阳泉地区取水层深 ~,即为岩溶裂隙含水层。 下盘石~程家一带,岩溶水开始补给河水。娘子关以东至程家,绵河两岸有大 量泉水从灰岩溶洞、裂隙中涌出补给绵河,使绵河长年流水不断。娘子关泉 水水 量大,景观奇特,为我国名泉。 .基岩裂隙水 下章召~白羊墅,北磐石以西,地下水为基岩裂隙水,该段砂岩、泥岩节理裂 隙发育,雨季水沿裂隙下渗。 除上述类型外,雨季或冰雪融化时,在土、石界面及新老黄土分界面以上, 常存在暂时性上层滞水,软化了界面附近土层,直接影响堑坡稳定。 盖星塞銮垣太堂童些亟?堂僮淦塞?? .区域工程地质特征 石家庄~鹿泉为华北平原西缘,被第四系覆盖,地形平坦开阔。主要为黏性土、 砂类土。厚度大于.。桥梁基础以桩基为主。 鹿泉~井陉线路穿越低山丘陵,地形起伏变化大。主要分布了砂岩、页岩、灰 岩、泥灰岩及煤层,受构造断裂影响,岩层节理发育,岩体破碎,强风化~微风化, 山坡谷地,阶地覆盖层~,最厚大于,桥梁基础多数宜采用桩基。 井陉~阳泉段发育了下滹沱群、寒武系、奥陶系、石炭系、二叠系砂岩泥岩、 页岩、灰岩,岩层风化多为强风化~微风化,工程地质条件较好,桥梁墩台一般可 用明挖基础;隧道围岩分级?~;由于地形起伏变化大,路基高填深挖地段较多, 堑坡应采取支挡防护;局部岩层走向与线路方向夹角较小,岩层倾向线路,路堑 边坡存在顺层滑动可能,堑坡应加强支挡防护;局部黄土有湿陷性,需处理。 阳泉~芹泉段二叠系砂岩地区,此类土含砂粒多,夹薄层砂砾层,土质松软, 边坡常被流水冲蚀坍塌,建议坡率:.并以浆砌片石防护。线路多沿河谷,山 区季节河流降雨集中,流量流速变化大,路基坡脚受河水冲刷,需加强防护。 井陉~芹泉段位处在山区,河流冲积层粒径变化大,绵河冲积层较厚,以卵石 层为主,夹漂石;井陉金良河卵石层厚达,井南~娘子关为单一卵石层,厚; 娘子关~坡头卵石层厚~;普遍夹粉质黏土厚叫;坡头~土陉岭以砂和土层 厚肚:白马河、土陉岭冲积层砂、卵石为主厚。受河流冲刷影响,河谷 中桥梁基础宣采用桩基,两岸可采用明挖基础。 芹泉以西分布有黄土,具有典型的黄土地貌特征,质地均一,具多孔性,有 垂直节理,厚度大于,桥梁基础可用桩基。地下水沿黄土裂隙下渗,局部产 生潜蚀地貌,路堑边坡需加强防护。 .不良地质 .采空区 太行山山脉矿产资源丰富,影响线路方案的矿区有:井陉矿区、阳泉矿区、 盂县矿区。井陉矿区主要有煤矿和黏土铝土矿等;阳泉、盂县矿区为煤矿、硫铁 矿等。在我院对石太铁路和太旧高速公路现有资料充分分析研究后,依据本次现 场收集的大量煤矿地质资料和最新开采资料,并通过现场重点调查和综合分析, 确定了采空区边界和影响范围。具体分述如下: 井陉矿区 井陉矿区煤矿采空区主要有北正煤矿、小作煤矿、马头山煤矿等,这些煤矿 采空区主要分布于既有石太线北侧,距离测区较远。线路~段均从 既有石太线南侧通过,已绕避井陉矿区煤矿采空区。对于马峪铝土矿、石板片耐 火黏土矿等小型矿区,距离线路也在以外,不会影响线路安全。 阳泉矿区 煤矿采空区主要包括阳煤集团所辖二矿、三矿、四矿、五矿、新景矿、黄丹 沟煤矿及阳泉、平定境内的地方煤矿。这些矿大多属国有矿藏,开采数十年,地 下巷道,纵横交错,已形成了较大范围的采空区,局部地表已出现了塌陷和采动 滑坡,属场地不稳定区,线路宜绕避。见《国有矿区井田分布示意图》 阳泉矿区可采煤层多,煤层倾角小,煤质和开采条件好。煤层分布于石炭系 上统及二叠系下统砂、页岩中;主要赋存~层煤,石炭系上统 含煤~层,二叠系下统含煤层。现主要开采撑、’挣、舟、煤,开 采深度深达五、六百米。这些煤矿采空区主巷道宽约.,深高. ,其下留设 保护煤柱,支巷宽.肚.,净高.,开采方式为“走向长臂法”,一次采全高。 顶板管理全部采用“大冒顶”方法,不做任何充填支护,回采完毕后,支巷抽水 设备定时抽水,以保证主巷和其他支巷的生产安全。煤顶板为泥质砂岩和粗粒长 石砂岩。 ? 本次研究的阳泉方案一段线路通过阳煤集团煤矿开 。 采区,线路主要受撑煤层采空影响,开采深度一般,平均开采厚度. 对于埋深浅的撑、撑煤层,个别地区煤层埋深距地表仅,属于不可采煤层, 阳煤集团所辖各矿都没有开采。线路沿桃流保护煤柱行进。坡头附 近和赛鱼附近处线路在采空区边界外影响范围内通过,但依据 二矿、三矿采煤资料分析,煤层开采深度约,煤层厚约..,煤层 倾角。~.。,回采率约%等参数,计算安全距离应在 ~以外,线 路有~的段落在影响范围内,故对该段需要加固处理; 阳泉方案的平定方案和阳泉南方案均从平定城南通过,已经绕开了大阳泉煤 矿、义井煤矿、白羊墅煤矿、平定同意煤矿和兴裕煤矿等地方县办煤矿。阳 泉方 案的平定方案从五矿采空区的东侧通过,也已绕开采空区及其影响范围。 阳泉北部的甘河硫铁矿距线位米以外,规模较小,不会影响线路安全。 此外上荫营煤矿、荫营硫铁矿等距离阳泉方案均在几公里以外,对线路方案 无影 响。 盂县矿区 盂县方案从盂县南侧通过,盂县南侧主要有东坪煤矿、盂县跃进煤矿、盂县 南娄集团大贤煤矿、盂县南娄香南煤矿、东垴煤矿等县办煤矿,因其开采规 模不 大,多采用“高落式”仓房式开采。平均开采深度约左右。线路穿过盂 县东坪煤矿,开采深度.,煤层厚度.,回采率/%。盂县方案 已绕避了盂县县办的较大煤矿。东坪煤矿采空区在线位北侧处,不影响线路 安全通过。据调查,盂县境内还有处小煤窑,多数为早期无序开采的小煤窑, 由于开采深度较浅,规模小,可以绕避或局部采取处理措施。见《地方矿区井 田 分布示意图》 .滑坡 既有石太线有两处滑坡,现已整治稳定。一处位于既有石太线测石站~芹泉站 间处为黄土滑坡,已整治稳定。本次线位在既有线北侧通过,距滑坡约,已避开了该滑坡。第二处在并陉隧道上行出口,为基岩切层滑坡,在修建复 线时已整治稳定;该滑坡在本次线位北侧,距离较远,不会影响本次线位。 .岩溶 在测区范围内,岩溶主要分布在寒武系和奥陶系灰岩中。娘子关灰岩区地表 地形与非岩溶区相似,以侵蚀作用形成的地形为主。地表岩溶地貌以干谷为主要 特征。一些区域则由于地下水作用强烈,岩溶裂隙则较为发育。大部分降水沿裂 隙渗入地下,造成山区沟谷干涸,而在沟谷下游及山前地带上升为泉。 根据区域岩溶资料及野外调查结果,测区主要发育有三组岩溶,分别位于寒 武系和奥陶系灰岩中的不同层位上。 ?第一组岩溶为小型溶洞或溶蚀裂隙,分布在奥陶系中统灰岩的顶部, 上部覆盖石炭系泥岩夹砂岩地层,二者之间为不整合接触,在接触带上有古风 化壳。岩溶沿可溶岩与非可溶岩的接触带及不整合面发育,多数溶洞被充填,充 填物为晚期地层或上覆岩层塌落物,以古岩溶为主。这种类型的岩溶主要分 布在 下章召、白羊墅、北磐石一线,奥陶系与石炭系接触带附近,在冲沟底部可零星 见到,绝大部分隐伏较深,对线路影响较小。 ?第二组岩溶以小型溶洞和溶蚀裂隙为主,分布于奥陶系及寒武系灰岩及白 云质灰岩中,多沿构造裂隙发育。此种类型的岩溶在井陉~娘子关灰岩区的冲沟两 侧零星出露。但在一些冲沟的底部,长期受地下水流的作用,可能发育较大型的 溶洞。据既有石太线资料,岩溶对线路影响较小。 ?第三组岩溶以溶隙和溶孔为主,主要分布在寒武系与太古代变质岩体的接 触带附近。沿接触带裂隙发育,且常有断裂构造,为地下水渗入及溶蚀作用创造 便利条件。同时,太古代古老岩体常起到相对的阻水作用,使地下水在接触带附 近聚集,加深该位置岩溶程度。在井陉东南金良河附近等地均可发现接触带附近 较强烈的岩溶现象,孔隙内常充填褐黄色钙、泥质,并沿溶隙及溶孔严重风化。 岩体破碎,局部风化成土状。岩溶对线路影响较小。 .崩塌落石 吴家窑~白羊墅广泛出露奥陶系石灰岩夹薄层泥质灰岩,岩层产状水平,中厚 层块状构造,受构造运动的影响,裂隙发育,强风化~微风化,由于泥灰岩风化 破 碎剥落,使上层灰岩体悬空,极易产生坍塌落石,需加强支护。当规模不大时 可 . 采用清方或嵌补。 对软质岩石如页岩、泥岩等易风化的堑坡,因堑坡面风化,致使砂岩悬空剥 落,受雨水冲刷,极易产生剥落、溜塌,危及线路。软质岩路堑边坡需将页岩 泥 岩封闭且进行嵌补,加强防护措施,以确保路基堑坡稳定。 .特殊土:沿线分布的特殊土主要为新黄土、膨胀土。 .., 新黄土:柱状节理发育,陡壁可高达,具湿陷性, 需加强排水措施,路堑边坡需防护。 膨胀土及红黏土:棕红色,硬塑~坚硬,为石灰岩、白云岩等风化残积 层。局部具膨胀性。堑坡应放缓,基床需换填。 .顺层滑动 娘子关一带发育有奥陶系中统灰岩、泥质灰岩,节理发育;井陉附近 长城系的白云岩、灰岩,岩层呈厚层状,强风化磁风化,裂隙发育;上述 地层灰岩中均夹薄层泥灰岩,还有阳泉以西二叠系中部分砂岩夹泥页岩,夹 层都是软岩,遇水易软化,部分岩层倾向线路,倾角。一。,路堑开挖时易造 成边坡顺层滑动,边坡应放缓,并加强地表排水,必要时采取锚固措施。 .河流、水文及气象 .河流、水文 本线除少量为平原地区外,其余大部均走行于太行山区。山区地段线路穿越 太行峡谷,地势陡峻。土陉岭以东主要河流有冶河,冶河上游分南北两支,南支 ,北支为 为甘陶河,发源于山西省和顺县,流域面积为流域长度 桃河,发源于山西省寿阳县境内桃河与甘陶河在河北省井陉县北横口村汇合后称 冶河,其下游流入滹沱河,属海河流域。土陉岭以西为肖河之上游,有东河、三 岔河等汇入白马河亦称寿阳河,于芦家庄之东汇入肖河,属黄河流域。线路由 以后沿冶河右岸而上,附近跨越甘陶河,线路在以后沿桃河及肖 河二河流之山谷穿绕而行并数次跨越二河。 .气象 沿线属暖温带亚湿润气候区,石家庄地区四季分明,以西地区地处太行山, 受海拔高程的影响,夏无酷暑、冬季寒冷,昼夜温差较大,冬季以西风或西北风 为主,夏、秋季以东北风为主。冻结期月中旬至翌年月中旬。按对铁路工程 影响的气候分区石家庄、阳泉、平定属温暖地区;寿阳、太原为寒冷地区。兹将 主要气象要素列表如下: 项目名称 石家庄 阳泉 平定 寿阳 太原 . . . . . 历年年平均气温? . . . . . 历年极端最高气温? .. .. .. .. .. 历年极端最低气温? 一. .. . .。 历年最冷月平均气温 .. . . . . . 历年年平均降雨量 . . . . . 历年年平均蒸发量删 . 历年最大风速】/ 历年最多风向 % % % % 历年平均相对湿度 %历年最大积雪深度 . . . . . 历年平均风速/ . . . . . 最大土壤冻结深度.风景名胜、自然保护区及旅游资源 本线连接河北、山西二省,位于二省中部,线路东端始自华北平原河北省会 石家庄市,向西进入太行山,沿线群山环抱,地势险要,西端至山西首府太原市, 形成了独特的名胜奇观。 石家庄市既为历史文化名城、现代革命纪念地,又拥有山林、湖泊、温泉等 自然景观。苍岩山、嶂石岩为国家级风景名胜区,群山叠翠、殿宇凌空,享有“太 行群峰唯苍岩之盛名:五岳寨国家级森林公园,林海绿浪滔天、浓荫蔽日,令 人神往;西柏坡风光秀美、山色壮丽,是新中国的摇篮;赵州桥巨身空灵、稳重 轻盈,虽历尽千年沧桑,仍较完整地保持着原有的风貌,为世界桥梁之鼻祖。 阳泉市有着悠久的历史和渊源流长的文化传统,星罗棋布的名胜古迹和丰富 多姿的自然景观构成了独具特色的旅游资源。著名险关娘子关距市中心,雄 踞在太行山的高山深谷之间,为万里长城第九关,是内长城的著名关隘,历来为 军事战略要地,娘子关瀑布飞流直下,气势雄伟;冠山,地势嵯峨、挺拔秀丽, 以古木、奇石、书院三绝而闻名三晋;藏山,山色飞岚,鸟雀鸣啾,环境极为优 美,多处古代寺庙依山而筑,尽得地形之神妙,自然景观与人文景观珠联璧合。 寿阳市历史悠久,文化沉积厚实,至今已有多年历史,境内龙泉寺、文 昌阁、庆云阁、普光寺、广度寺等闻名省内外;寿阳山清水秀,方山国家森林 公 园林木茂盛,野生动植物种类繁多,登山旅游和科考研究都独具吸引力。 晋中市榆次区,以“晋商故里”著称。常家庄园气势恢宏,儒道兼融,博大 精深,造化天成,荣登”中国儒商第一家”的宝座;乌金山国家级森林公园,林海茫 茫,云山雾海,山水林禽,如诗如画。 太原市处于山西旅游中心线,生态旅游资源丰富,人文景观独特,历史文化 遗存众多。汾河穿城而过,景区风景秀丽;距市中心仅的晋祠,起源于“剪 桐封弟”,为国内最大的古皇家园林;我国最大的道教石窟龙山石窟,东魏至五代 的天龙山佛教石窟,被誉为世界之最;位于市中心的佛教名刹崇善寺为隋唐所建, 历史悠久。此外还有纯阳宫、崛围山、多福寺等文物古迹不胜枚举。 青太客运专线规划研究及石太客运专线在客运网中的地位、 作用 .既有青岛至太原铁路现状分析 既有青岛至太原铁路由胶济、京沪线济南.德州段、石德、石太铁路构成,客 运里程、货运里程。是煤运南通道的重要组成部分,是山西省对外 运输的重要通道。目前运输能力已经饱和,个别区段达到了%。其中石太线通 过能力利用率达%,石德线%,京沪线德州.济南段%,胶济线%。 既有青岛一太原铁路受地形条件限制,尤其是石太线和石德线,旅客列车提 速 困难,旅客运输质量难以提高。目前青岛一太原客车旅速仅./,其中石太线 最高旅速为./,石德线为./,而胶济线和京沪线最高旅行速度已经 达到/以上和/以上。 青岛一太原铁路线路里程为全国的.%,完成的货物周转量为全国的./, 客运周转量为全国的.%。全线双向平均货流密度达到×、平均客流密 度为万人,换算密度达到×,与全路其他东西向长大干线比较,高 于浙赣线×和陇海线×。其中胶济线承担胶东半岛与全国 各地的客货交流;石德线连接了京广、京九和京沪三大南北干线,其连接线作 用 十分明显;石太线以承担山西省晋中、晋南与华北、东北、华东等地的客货 交流 为主。既有青太铁路各段货流密度、客流密度和客车对数见表。。 表青岛至太原铁路客货流密度、客车对数表 货流密度万吨 客流密度万人 区段 客车对数 上行 下行 上行 下行太原北一阳泉 阳泉一石家庄石家庄一德州德州一济南 济南一青岛 .青太客运专线的总体规划 预测年太原.石家庄段客车对、石家庄.德州对、德州一济南对、 济南.青岛对。年前建设石家庄至太原客运专线,年前建成青岛至石家庄段。 青太客运专线起自青岛,经胶州、潍坊、淄博、济南北后,在京沪高速 铁路黄河南岸疏解接入京沪高速铁路,建设初期利用京沪高速铁路到德州站。在 德州站北端疏解引出,向西而行,经衡水、辛集至石家庄接石太客运专线。青岛 至石家庄段线路全长。其中青岛到胶州 ,胶州到黄河南 ,利 用京沪高速至德州 ,德州至石家庄 。见图..,初步拟订主要技术 标准如下: 铁路等级:客运专线; 正线数目:双线; 速度目标值:/以上: 最大坡度:‰: 最小曲线半径:根据分路段选定的速度目标值,确定相应的曲线半径; 到发线有效长:;牵引种类:电力 列车类型:高速动车组,中速电力机车; 列车运行方式:自动控制; 行车指挥方式:综合调度集中。 .青太客运专线最终发展目标 青太客运专线全线建成后,实现青岛至太原间客货分线运输,客货运输能力 将大大提高,有效缓解煤运南通道能力紧张状况。与京沪高速、京广客运专线等 客运通道一起,形成我国规划的“四纵四横”快速客运网。旅客运输服务质 量将 显著改善,不断满足人们对铁路运输数量和质量的需求。到年青太客运专线 建成后,各段速度都在/以上,届时青岛到太原可以在小时以内到达, 比现状客车运行时间减少小时左右,大大缩短线路连接的太原、石家庄、济南 个省会城市和主要港口城市青岛之间的旅行时间,并通过太中线连通西部诸省 区,加强西部省区与东部沿海地区之间的联系,促进地区间协调发展。 。石太客运专线的地位和作用 根据铁道部有关规划,铁路建设以高速铁路和客运专线为龙头,形成以北京、 上海、广州、武汉为中心,大部分省会城市为连接点,辐射全国主要地区的快速 客运网络,到年初步形成以京沪高速,京广、京哈、陇海、浙赣、青太客运 专线及沪汉蓉、杭甬厦客运通道为骨架的“四纵四横”快速客运网。青太客运专 线是我国快速客运网中重要的横向通道。途径济南、石家庄市,连接了鲁、冀、 晋三省省会及港口城市青岛。石太客运专线是青太客运专线的重要组成部分,在 我国快速客运网中具有重要作用。 客运专线速度目标值的选择 客运专线的速度目标值是客运专线总体设计的决定性参数,是客运专线技术 水平最主要的标志。 一条客运专线时间、速度目标值的选择应结合其服务的对象、在客运网的定 位与作用、与各种交通工具的竞争关系、投资、效益等诸多方面进行综合比较确 定。也就是说,时间、速度目标的值选择应满足技术的可行性和经济的合理性。 结合石太客运专线的特点,本次研究时间、速度目标值的选择按图..的流 程进行确定。 .石太客运专线时间目标值选择 客运专线时间目标值应根据其服务的主要对象、在综合交通运输网里的竞争 关系、其他交通运输方式的旅行时间来确定。 ,, .石太客运专线主要服务对象分析 从我国的经济发展来看,主要的经济中心有以京、津为中心的环渤海地区、 以上海为中心的长江三角洲地区和以广州、深圳为中心的珠江三角洲地区,我国 其他地区与三大经济中心客货交流密切。京、津作为我国北方的经济中心,山西、 陕北、宁夏与之交流相对更为密切。 分析本线客流构成,太原、榆次及沿线客流占总客流量的.%;晋南地区 的客流占总客流量的.%;晋北地区的客流占总客流量的.%;陕西、宁夏 客流占总客流量的.%。 太原、榆次及沿线为主要客流产生地,同时考虑太原为客运专线网与既有铁 路的衔接处,因此,以太原为起点向东由太原进入客运专线网对旅客运距按~ 、、以上进行客流分析,以确定本线的时间目标值。划 分主要考虑一为太原~石家庄本线范围,包含了北京、天津、 济南、郑州这些华北主要城市以及其他中小城市。 从运距分析,客流占总客流量的.%;客流占总客 流量的.%,其中,去往京、津地区的客流占总客流量的.%;以上 的客流占总客流量的.%。 综合以上分析,石太客运专线服务对象为山西、陕北、宁夏与京、津地区以 及石太客运专线周边各大城市的旅客交流。其中山西为客流主要产生地,以 太原 为起点划分,的中短途客流为主要客流。 .其他典型运输方式的旅行时间分析 从目前我国交通运输现状看,客运通道主要由高速公路、铁路和民航构成, 而各种运输方式在特定运输通道的综合交通运输系统中的定位和作用,即所 占的 市场份额各自承当的运输任务大小,将完全取决于旅客对各种运输方式的选 择程度,而各种运输方式所提供的旅行时间即该种运输方式的速度、安全性、 经济性、舒适度以及方便程度将是决定旅客对出行工具选择的关键因素。 目前,石太客运通道内其他典型运输方式主要由高速公路和民航构成。航空 运输在服务频率、机动灵活方面处于相对劣势,而且机场设置一般远离市区, 旅 客等待、换乘时间比较长,结合票价方面的因素,航空运输主要承担运距在 。所以,目 以上的旅客。从统计资料分析,国内航空运输平均运输距离为 前交通运输现状为 中短途旅客运输以公路与铁路竞争为主, 以 上长途旅客运输以航空与铁路竞争为主。 公路 目前,汽车快运大巴平均运行速度在/左右,考虑汽车进、出高速公 路所需时间分钟, 则不同运距下,汽车总旅行时间见表.。 表.不同运距下,汽车总旅行时间表 运距 纯运行时间 附加时间 总旅行时间 附注 . . .太原~石家庄约 ,汽车运输. ; . . .太原~北京约 ,汽车运输.;. . .太原~天津约 ,汽车运输;. . ... .. .. .. .. . 航空 客机巡航速度经济巡航速度为/,但机场设置一般远离市区,旅客 等待、换乘时间比较长,所以航空旅客出行的附加时间考虑为。在不同的运 距 下,航空总旅行时间见表?。表.不同运距下航空运输总旅行时间表 运距 纯运行时间 附加时问 总旅行时间. . . . .. . . 从客流构成来看,石太客运专线的客流以运距~的中短途客流为主, 约占.%,所以石太客运专线应把在综合交通运输系统中,服务于中短途客流 的时间、速度的领先优势作为其主要目标,同时兼顾长途客流的时间、速度 要求。 .时间目标值 石太客运专线运距客流由本线完成,运距一,、以上的 客流需要在客运专线网上与其他客运专线共同完成。所以,在分析运距 、以上的客流在本线需要满足的时间目标值时,应与其他客运专线统 一考虑。 运距太原~石家庄:现公路旅行时间为.,考虑铁路的附加 时间,石太间铁路客运专线纯走行时间应该控制在.之内。由于铁路在服务频 率、机动灵活等方面处于相对劣势,为了提高铁路的竞争力,纯运行时间宜控 制 在之内。 运距:太原距离北京、天津、济南、郑州这些华北地区的大城市, 运距都在之间,公路旅行时间.~. 。考虑铁路的附加时间, 铁路纯运行时分应该控制在..以内,要保持竞争优势,宜控制在. . 之内。 旅客在客运专线网其它线上旅行时间为.~.,所以本线纯运行时分宜控 制在.~.之内。 运距~:运距在,航空旅行时间..。客运 专线总旅行时间应尽量与其接近。考虑铁路的附加时间,铁路纯运行时分宜 控 制在之内。 旅客在他客运专线网其它线上旅行时间为...,所以本线运行时分宜控 制在.~.以内。 综合以上不同运距对时间目标值的需求分析表明,石太客运专线时间目标值 控制在.之内,可以满足运距的旅客运输需求,时间目标值控制 在之内则可满足大部分旅客的运输需求。所以,石太客运专线时间目标值应 控 制在.以内,最好控制在之内。 .石太客专线速度目标值选择 速度目标值的选择应满足时间目标值的要求,并通过分析目前技术可以实现 的速度,确定速度目标值的比选方案,最后通过经济技术比较确定。也就是 说, 速度目标值选择应保证技术上可行和经济上合理。 .满足石太客专线时间目标值的速度 按照时间目标值的研究,石太客运专线时间应控制在.以内,最好控制在 之内。为满足时间目标值的要求,石太客运专线速度目标值应控制在/ 及以上,最好控制在/及以上。 .目前技术可以实现的的速度 。 自有铁路以来,人们就在不断致力于提高列车运行速度。上个世纪年代, 英国试验速度达到/,年法国电力机车牵引的试验车组最高运行速度 突破了/达到/。年月世界第一条高速铁路日本东海道新 干线最高运营速度突破了/,达到了/。此后列车试验速度不断刷新: 年月法国试验速度达到/,年月德国把这一速度 提高到./,半年后法国人创造./的新纪录;年月法国再次 刷新了自己的记录,把试验速度提高到./和./。 在列车试验速度扶摇直上之同时,为适应社会发展的需要及提高竞争能力, 列车的运行速度和旅行速度也在不断提高,目前日本、法国、德国、西班牙、 比 利时和意大利高速列车最高运行速度分别达到了//。 日本新干线 从年东海道新干线开行最高运营速度/的列车后, 年,东 北上越新干线开行系列车,最高运营速度/。年在东海道新干线 上开发了新一代系列车最高运营速度/。接着经过一系列开发、试验, 发展的系年在山阳新干线开行,最高运营速度达到/。日本从上 世纪八十年代初期开始平均约年提高速度/。到年,试验型列车 经过年的运行试验得出/运行可行性的研究结论。 法国 法国虽然后来居上,于年以/运营速度开通第一条高速铁 路。但从/提高到/经过年年。之后十余年,又提出向 /发展,但至今尚未实现。 德国高速铁路 德国高速铁路第一代始行于年,最高运行速度/。第 二代开行于年速度仍为/,直到年以后第三代速 度提高到/,十年提高/。在基础上发展的,将于 年交货。 综上所述,世界各国的高速列车虽然多次通过/以上的高速试验,但 从各自的线路条件,保证安全运输需求和经济性考虑,选择的最高运行速度 却至 今仍处于/以下。/最高运行代表着当今乃至今后几十年世界高速铁 路技术发展水平。 .石太客运专线的速度目标值方案 通过以上分析,石太客运专线的时间要求的速度目标值应在/及以上, 为了进一步提高其市场竞争力,速度目标值应在/及以上,而技术上可以 实现的速度为/,所以本次研究确定了/、/、/、/ ’ 四个速度目标值比选方案。 .石太客运专线的速度目标值的技术经济比较 不同速度目标值工程投资比较 在遵循高标准前提下,还要保证项目建设具有良好的经济效益。一般而言, 速度目标值越高,工程投资将随之增加。但其投资差值随地形条件而异,速度 目 标值的确定必须综合研究地形条件和工程情况。 不同速度目标值采用的主要技术标准 根据《时速公里新建铁路线桥隧站设计暂行规定》及其附录“时速 公里新建客运铁路线桥隧站主要设计参数’’、《京沪高速铁路设计暂行规定》, 速度 目标值/、/、/、/其采用的主要技术标准见表.。 表不同速度目标值采用标准 / / / / 二茹?絮 项目名称~~\ 运输组织模式 客运专线 客运专线 客运专线 客运专线 主 正线数目 双线 双线 双线 双线 要 . . . . 技 线问距一 术 一般 最小曲线半径 标 困难 准 牵引种类 屯力 电力 电力 电力 .路堤 .路堤 .路堤 .路堤 路基宽度 路 .路堑 .路堑 .路堑 .路堑 上层 . . . . 基 基床厚度 下层 . . . . /跨区间 /跨区间 /跨区间 /跨区间 轨道标准及类型 轨 无缝线路 无缝线路 无缝线路 无缝线路 轨枕类型 型 型 型 型 道 级 道碴等级 级 特级 特级 隧道净空横断面面积 桥梁 活载 活载 活载 活载 工程投资的比较 本次研究结合全线行经华北平原的西缘、太行山东麓的低山丘陵区、金良河 河谷、绵河河谷、阳泉盆地,太行山西麓中低山丘陵、太原晋中盆地的地形 特点, /、 /、 对 /、/四种速度目标值的方案进行了量化分 析。各速度目标值具体工程情况及投资见表, 表 比较范围:~ 数 量 金额痂 童 项目名弥 单位 号 喁锄 嘎口踟 洳 嬲. 加 如蝴 钙鳄 线路长度 正线公里 记 蕊 . ? 拆迁及砸蝴 万元五 畦乃 加晒 日 观. 嬷 万断面方 区 硼 犯 嚣黜 姗 复脚 秘 石方 刀断面疗 谗 间 皇 衄乳 捌 葛 . 级配炻 刀断面方 路 洲 椰 . 四绡 土方 刀断面方 基 站 五 粥 ? 锶 凹 % . 石方 乃断面方 场 匹 ? 。& & 蹶 级配障石 力颤面方 蚴 & 巧. 路掏糊麓 万元 特太挢 积延糨 应 而嘎冱 应 五贷 蚴 ‘稻 ?眦酊 舒, . 配 鸟 撇 大桥 焉喇糨 中桥 取延,睁座 岔丹 骗 俄 鲫 五 磁虹 . 桥 涵 鹤创 觚 删 贷昵 珈 匍西 五田 . 小桥 双延。:壅 框拗侨 平方:狗座 口晒 澎器 口 彻 盟踟 & 螂 位螂 硝 ?? 偿 您 仿 四嶙 涵洞 横廷,躔 四 双延》恕窿 ?? 球帕 回‘移 躺 纠 引侠玎? 氰妓啦 隧道 毹脚 晒 嗍 //. 蚴 ? 正线 铺轨公里 轨 五 ?:脚 ? 勰 璐五 啦仍 《研 站线 铺轨公里 道 . ? 鲫 线路往铆 万元 六~九 万元 舢 ? 姗 运营建筑及设备 脚 嬲 蝴 韶嘶 十囊及卜璋 万元 刀嚣 预备费 乃元 . 男晤?. 。瞄 翻 盈翼田 位 也鼹 预蝴粼 万元 差 额 万元 % . 五 枥隧占癌删 由表?知:速度目标 速度目标值一工程投资关系图 值、、、/。警。:。“二鼍“’。’一’ ?:嗣 .威 袤 方案工程投资分别为 。。?/ ?万元、?矗:淼 万元、.万元、 。, 麓,’ 。:一, .. 。。 ?? .万元,/ ?速度目标值较 /速 蘧度日标值弛/度目标值增加投资.万元,增加投资比例为.%;/速度目标值较 /速度目标值增加投资.万元,增加投资比例为.%,/ 速度目标值较/速度目标值增加投资.万元,增加投资比例为 .%。 /速度目标值较 /速度目标值节省走行时间分钟,增加投资 节时比为.万元/分钟;、速度目标值较/速度目标值节 省走行时间分钟、分钟,增加投资节时比分别为.万元/分钟、. 万元/分钟。 由此可见,就本线而言,速度目标值由/提高到/,投资增幅 较小,速度目标值由/提高到/以上,工程投资有较大幅度提高。 影响工程投资因素的分析 ?最小曲线半径的影响 本项目线路走向途经金良河河谷、绵河河谷、阳泉盆地后越岭至太原晋中盆 地,不同的速度目标值采用的最小曲线半径大小不同,从适应河谷地形看,/ 和/适应河谷地形相对较好,而随着速度的提高、曲线半径的增大,线路 将偏离河谷,使得桥隧相连,工程投资增加较大。 ‘ ?路基宽度 随着速度的提升,受会车压力波影响,从运营安全考虑不同的速度目标值, 采用不同的设计线间距和路基宽度,路基宽度加大,土石方工程量相应增加。 ?桥梁 随着速度目标值的提高,要不断加强桥梁上部结构的刚度,使其满足刚度限 值的要求,同时也要加强结构的整体性,以提高结构的动力特性,因此,桥梁 上 部及下部工程量也会有所增加。 ?隧道 根据我院与中铁西南科学研究院合作完成《石太客运专线隧道设计参数建议 值》的研究成果,主要研究内容摘要如下: 甲、影响隧道内轮廓的因素 当车速超过/时,隧道设计参数除了满足建筑限界、线间距、运营设 备及使用净空外,还必须考虑空气动力学效应的影响。 当列车进入隧道时,诱发对运营产生一系列负面影响的空气动力学效应。主 要是: 、由于列车和隧道内的瞬变压力,造成旅客不适,影响乘车舒适度并对车辆 产生危害; 、高速列车进入隧道时,会在隧道出口产生微压波,引起爆破燥声并危及洞口 建筑物; 、行车阻力加大,引起对列车动力和能耗的特殊要求; 、其他效应,例如: .列车进入隧道引起的对衬砌结构的动力荷载。此类荷载对衬砌结构不会有 显著影响,但对某些设备和设施可能会有影响。 .列车风加剧,影响在隧道中待避的作业人员; .隧道内热量的积聚,空气动力学燥声等。 .根据“八五”和“九五”攻关研究成果,我国高速铁路隧道设计中重点要考 虑的 是: 、按舒适度要求准则确定净空断面面积。据此,结合其他要求确定隧道 横断面的形状和尺寸; 、根据消减洞口微气压波的要求,设计缓冲结构。 以上两个问题是隧道设计参数的控制因素。 乙、瞬变压力的阈值和舒适度准则 石太客运专线全长.,隧道共座,全长.,占线路长的.%。 隧道设计参数,从经济、技术的合理性出发,采用较为严格的舒适度准则。 英国 .根据铁路运营种类提出了相应的 舒适度准则,见表? 表舒适度准则 瞬变压力/ 隧道长度 铁路运营类型 车辆 不舒适度 占线路比例 极端场合 正常场合 % . . . 常规型 不密封 常规型 % . . . 不密封 高舒适型 % . . 密封 . . . 地铁及城市轨道交通 % 不密封 . 表中“密封”车辆指.. 德国联邦铁路“铁路隧道的设计,施工和养护”标准规定在高速 铁路隧道设计时要考虑的舒适度准则是:在很少通过的隧道为./;在经常 通过的隧道为.【/。 根据石太客运专线的情况,采用规定的准则即 /../ 按会车情况计算时可取/./相当于.准则中的“极端场合”。 按单车在隧道中行驶情况计算则取/./相当于.准则中的“正常场 合”。丙、隧道内净空面积 、国外情况 从世界高速铁路修建史看,为了消减空气动力学效应所采用的措施大致可分 为两类。 .“小断面”方式:以日本早期修建的新干线为代表,为了节省投资,采用了相 对较小的内净空面积。相应地,阻塞比用得较大。主要通过提高车辆的密封 程度 和修建洞口缓冲结构来消减瞬变压力和洞口微气压波。 例如,东海道新干线./.;山阳新干线...。 .“大断面”方式:以德国为代表,主要通过放大截面来解决问题。被称为 “第一代高速铁路”的曼海姆一斯图加特隧道占线路%和汉诺威.维尔茨堡隧 道占线路%,行车速度为/,采用萨.。的“第二代高速 . 铁路’/, /. “大断面”方式已成为国外高速铁路隧道设计中的一种趋势。 拟建的韩国汉城一釜山高速铁路隧道总长.,占线路长的%,初定 。后改为; 、石太客运专线隧道净空面积推荐值 根据以上的研究,结合我国《时速公里新建客运铁路线桥隧站主要设计 参数》及《京沪高速铁路暂行规定》,石太客运专线隧道净空面积可采用下 列推荐 值: 双线隧道 /, . /,/. 单线隧道 /,伊. /,. 丁.微