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1、成贵客运专线选线设计中的风险防范分析牛建青高崇华(中国中铁二院工程集团有限责任公司成都610031)摘要：风险存在于高速铁路建设的各阶段，而选线设计作为铁路工程建设的源头，自然成为规避、减少安全风险的重点，从源头控制风险，是项目安全质量的根本保证。本文以成贵客专为例，介绍了各阶段选线设计安全风险防范的原则和方法，总结出在复杂山区高速铁路各阶段选线设计中，首先要坚持“安全第一”的设计理念，必须要坚持工程地质选线、重大工程优先选址、采用合适的坡度、充分考虑工点布局的安全性及处理好与外部因素的关系等原则，做到工程风险不遗留，确保铁路施工及运营安全。【关键词】高速铁路；选线设计；工程风险；防范Risk
2、PreventiononRailwaySelectionofChengdu-GuiyangPassengerDedicatedLineNIUJian-qingGAOChong-hua(ChinaRailwayEryuanEngineeringGroupCo.,Ltd.,Chengdu610031,China)Abstract:Risksexistineachconstructionstageofhigh-speedrailway.Astheinitialworkinbuildingarailwayline,railwaylocationnaturallybecomesthefocalpoint
3、ofavoidingandreducingrisks.Controllingriskfromthesourceisthefundamentalguaranteeforprojectsafety.TakingChengdu-GuiyangPDLforexample,thispaperintroducestheprinciplesandmethodsofriskpreventionineachstageofrailwaylocation.Theprinciplesforrailwaylocationofhighspeedrailwayincomplicatedmountainousregionha
4、vebeensummarized:weshouldpersistinthedesignconceptofsafetyprimary,insistontheprinciplesofengineeringgeologicallocationofline,andtoppriorityforthesiteofmajorengineeringprojects,byusingsuitablegradient,fullyconsideringthesafetyofworksitelayoutanddealingwiththerelationshipbetweenexternalfactors,toensur
5、ethatriskisnotleftbehindandtherailwayconstructionoroperationisinsafety.Keywords:high-speedrailway；railwaylocation；engineeringrisk；prevention1前言在高速铁路工程中，存在着各种风险，如设计后期、施工阶段线路方案发生重大变更，导致工程投资增大、工期不能满足要求，施工或运营中出现安全事故等。这就需要从工程设计到施工运营各阶段对风险进行识别、防范，保证工程安全。选线设计阶段作为铁路工程建设的源头，是安全风险防范十分重要的环节，需要我们在设计过程中，根据建设项目的技
6、术标准、所处的政治、经济环境，地形地貌特征及地质条件等要素，分析、识别项目潜在的风险因素，按照风险的特征及对工程的影响程度，采取相应的方法对其进行规避、防范。2成都至贵阳铁路概述成都至贵阳客运专线乐山至贵阳段西起四川省的乐山市，向东经四川省的犍为县、宜宾市、长宁县、兴文县，云南省的威信县、镇雄县，贵州省的毕节市、大方县、黔西县，东至贵阳市，正线建筑长度约515km。本线是典型的复杂山区高速铁路，速度目标值为250km/h，地形地质特别复杂，桥隧比79%,经过丘陵，低、中山，云贵高原三个地貌单元，不良地质众多，具有“矿藏多、采空区多、天然气多，地质构造发育、岩溶发育、重力不良地质发育、岩盐发育”
7、的特点。3结合本项目的特点，本文主要从重大工程地质、最大坡度、重大工程优先选址、工点布局的安全性以及如何处理与既有构筑物的关系等方面论述复杂山区高速铁路选线设计中主要的风险因素及规避、防范措施31重大工程地质问题是影响程度最大，范围最广的高风险源，严重制约复杂山区高速铁路线路方案选择及重大工程设置的可行性，严重影响着施工及运营的安全性，选线设计各阶段首先要坚持地质选线规避地质高风险源复杂山区铁路出现的各种安全问题，大多数是由地质原因引起的，设计各阶段必须以地质条件为首要因素来进行线路方案的选择，尽量规避潜在的地质高风险源。3.1.1成贵客运专线在项目预可研阶段，全面搜集并现场核对沿线矿产规划区
8、、煤矿采空区和开采标高、天然气分布范围。专题研究本线的地质灾害问题，重点分析川东南滇东北和黔西北的天然气地层、煤系地层、岩溶发育特点和已开采情况，以及沿江梯级电站对线路方案的影响，开展工程地质、水文地质条件与线路方案的综合研究，进行了大面积选线。选择了四大走向方案，经综合比选，最终选择了经宜宾、蜀南竹海、毕节方案，因为首先从工程地质条件方面来分析，该方案线路从南广河、赤水河上游通过，线路高程较高，经过的煤矿少，较好地减轻了煤矿采空区、有害气体、岩溶的危害，较大范围绕开了不良地质，从源头有效降低了工程综合风险。3.1.2可行性研究阶段，根据本线地形、地质条件极为复杂，采空区、岩溶及浅层天然气尤为
9、突出的特点，开展了大范围的加深地质工作及成贵线煤系地层、采空区专项地质工作、成贵线岩溶水文地质专项地质工作、成贵线浅层天然气专项地质工作三项地质专题工作。广泛收集区域地质和煤矿、采空区、天然气资料，现场调绘不良地质范围，利用详细的地质基础资料来指导选线，绕避区域性和重大的不良地质；并在方案研究中充分应用加深地质及专题研究工作的成果结论，在众多不良地质体中反复进行方案比选，规避了地质风险，逐步稳定线路方案。（1）沿线煤矿采空区分布广密，部分开采历史久远，大面积煤矿采空区、小煤窑形成的移动盆地或地面沉降对铁路的运营存在重大安全风险。选线过程中首先收集各种资料，实测线路附近煤矿的坑道位置，推算移动盆
10、地范围，从而对其绕避。对于年代久远已经封闭、无资料记录且无法测量的小煤窑，坚决予以绕避，全线绕避了35处大型煤矿采空区，21处小煤窑采空区，尽最大可能对采空区风险进行了绕避。（2）岩溶发育也是本线主要不良地质特征之一，主要分布于兴文至贵阳段，约占全线长度的39%，选线过程采取的原则有：1）线路尽量靠近岩溶水排泄区（靠近河流）。2）在选线过程中尽量抬高线路标高，远离岩溶发育面，在岩溶水垂直循环带内通过以降低隧道涌水、突泥的风险。3）线路尽可能绕避大的坍坑、陷坑、漏斗、暗河等。通过坚持以上选线原则，有效地降低了岩溶风险。3.1.3初步设计局部方案比选中，根据地质专业提供的不良地质资料，首先采取绕避
11、的措施规避风险，无法完全绕避时，针对不良地质的特征，采取相应的原则来指导选线设计，保证最大程度降低风险。（1）到初步设计阶段，由于受条件限制，线路还是穿越了8处浅层小煤窑采空区，对于不同的工程类型采取不同处理措施，路基地段采用桩板结构处理，同时全断面注浆；桥梁地段桩基础应伸入小煤窑采空区下方的基岩；隧道范围的小煤窑采空区，根据地质钻探揭示及物探探测结果显示的煤层采空区位置，采取混凝土回填、钢管桩注浆加固、浆砌片石护墙、土石回填、施作混凝土护拱及干砌片石缓冲层等措施，采空区段洞身加强支护及衬砌，并加强超前地质预报等措施保证安全。（2）对于隧道工程穿越岩溶地段，不仅会在施工、运营阶段出现涌水、突泥
12、等地质灾害，还可能存在附近水库干枯、河水断道、地表塌陷等隐患。选线时选择在岩溶发育相对较弱的地带通过，隧道内纵坡尽可能设计成人字坡，保证施工安全及工期要求，减小施工、运营风险。以路基、桥梁通过地段，对已知的大片覆盖型岩溶的地表塌陷区，要予以绕避；对于地面洼地、漏斗等，线路抬高标高以桥梁跨越，尽量避开封闭溶蚀洼地的中心地带，保证工程不留安全隐患。(3) 危岩落石也是本线广泛分布的不良地质之一，全线对线路有直接影响的有220处，长24.42km，其中对线路影响大的有18处。首先采取绕避原则，对于危岩落石发育地段，不应顺着山脚选线，应将线位移进山里做隧道，或者尽量拉开与山脚的距离，留出一定的安全距离
13、。如DK462DK463金家槽危岩落石段，线路初步设计方案沟槽内紧贴山脚走行，大多以路基通过，后来初设修编时线位往山外平移了20m，原因就是经过进一步地勘工作，认为该段地形陡峭，局部坡面岩体多受溶蚀、节理裂缝切割形成危岩，对铁路存在一定的安全隐患。把线路平移20m后给危岩落石留出一个平台，避免落石侵入铁路限界，绕避了风险；同时，在落石影响范围加强主、被动防护措施，保证铁路运营安全。无法绕避时，调整纵坡，采用隧道或明洞通过危岩落石区，对危岩落石采取清除、主(被)动网防护、接长明洞等措施综合整治。32在从盆地向高原攀升的过渡地段，高桥、长隧工程较多，工程施工难度及风险极大，线路设计采用合适的最大坡
14、度，能有效降低特殊桥梁墩高、减小跨度，并缩短隧道长度、降低隧道施工风险，且加大了绕避不良地质风险能力高铁规范规定，区间正线的最大坡度，不宜大于20%。，困难条件下经技术经济比较，不应大于30%。对于成贵客专，局部地段采用25%或30%的坡度。兴文至毕节段为线路从盆地向高原攀升的过渡地段，地形起伏大，深切河谷多，岩溶发育，高桥、长隧工程较多，工程施工难度及风险极大，经过比选后，采用25%。的坡度可以有效地优化线路条件，降低工程风险，本段使用25%坡度后主要工程改善情况见表3-2-1。25%坡度使用情况表表3-2-1范围长度(km)25%坡度(个-km)25%坡度改善工程情况兴文至威信CK225+
15、400293+80065.562-19.351、线路长度缩短200m。2、玉京山隧道长度缩短3km,改善了设横洞的条件，降低了施工风险。3、南广河特大桥主跨由168m降为128m，降低了工程难度和运营风险。4、南广河特大桥完全避开滑坡和不良地质，降低了施工难度和运营风险。威信至毕节CK293+800CK362+00068.02-311、线路长度缩短3.77kmo2、线路完全绕避沿线多处私采小煤窑及规划矿权。3、线路标高走行较高，降低岩溶水和暗河的危害。从上表中可以看出，25%坡度方案对改善工程条件，降低工程难度、工程风险和运营风险效果明显。3.3高墩、大跨桥梁，复杂隧道众多，要坚持重大工程优先
16、选址规避风险，避免因重大工程这一点发生变化引起整段线路方案的变动，出现影响勘察工期和返工浪费的风险重大工程具有“牵一发而动全身”的特点，必须坚持重大工程优先选址的原则，首先对重大工程进行多方案比选，确定其位置在工程地质、水文地质和环境条件等方面处于优势的的前提下，再进行两端相接线路的综合性技术经济比选，这样才能保证整段线路方案的可行、可靠性，避免一旦重大工程出现难以克服的工程地质问题时，影响整段的线路方案，出现影响勘查工期和返工浪费的风险。成贵铁路的宜宾至威信段南广河大桥、玉京山隧道、天蓬隧道；威信至毕节段香坝河大桥、姚家坪隧道；毕节至贵阳段鸭池河大桥、吊南河大桥、落脚河大桥等均为控制性工程或
17、施工条件困难的复杂工程，选线时均以重点工程为主，进行多方案细致的论证和比选，从中选择一个各方面条件均最佳的方案，从而确定本段线路方案。如鸭池河两岸高山峡谷，岩壁陡峭，该桥位是全线的控制要素之一，从乌江上游约70km至下游约25km，共计约95km的范围内研究了14个桥位（参见图3-4-1）。结合桥位附近的地形、交通、水文、地质条件，桥式方案的经济性、技术可行性等因素进行综合比选后，逐步到初步设计确定最终桥位方案，从而确定两端线路方案。图3-4-1鸭池河桥位示意图3.4由于标准高，地形地质复杂，车站设置受限制条件多，虽经各阶段多次优化，车站范围内仍不可避免地出现高边坡、穿越不良地质等困难工点，在
18、选线时要充分考虑工点布局的安全性，确保工程措施得当，使风险降至最低，并在可控的范围内由于受经济据点及地形地质条件控制，成贵铁路威信、毕节和大方等多个车站范围出现了困难工点。威信站贵阳端咽喉处有一山体突出部分，边坡最大刷方高度为48m，宽度为114m，对车站安全及运营存在较大的影响，从安全第一的角度出发，经综合比选，在初步设计方案基础上，线路平面往右侧微调，绕避山体突出部分，并以四线桥的形式通过，投资虽增加了，但安全性大大提高（参见图3-5-1）。A4二runJ,威借车站初步设迸图3-5-1威信站线路优化平面示意图大方车站范围内遇到了私挖乱采和开采历史久远的小型煤窑采空区，经多方案比选，线路无法
19、绕避，最终采用地基处理的新型方法一桩板结构进行处理，在桩板结构施工前进行全断面注浆处理的工程措施，保证了方案成立，工程安全可靠。35铁路不可避免地与拟建或在建的高速公路、机场等大型基础设施，以及公路、水库、军事设施等既有构筑物发生关系，从而存在相互利益冲突及工程安全方面的问题，选线设计中必须处理好与这些外部因素的关系，以规避或减少外部风险，保证线路方案稳定及工程安全铁路是呈线型分布的大型建筑物，必然会与拟建或在建的高等级公路、机场，以及地面原有构筑物相遇或相近，选线中尽量避开这些外部因素或保持足够的距离，但多数情况下,铁路不可避免地要与其发生关系，必须处理好相互的关系。3.5.1首先要与相关部
20、门积极沟通，全面收集相关资料，避免遗漏控制线路方案的某些因素，影响线路方案比选结果，造成方案不成立、后续阶段改线、投资增加及工期延长等风险。成贵选线过程中，就与宜宾机场、拟建毕节机场、拟建杭瑞高速公路、夏蓉高速公路等大型基础设施发生关系，各阶段都多次进行积极沟通、交换资料，确保了双方能安全、正常地发挥功能。3.5.2要依法、合规选线，除执行铁路本身相关的法律、法规及规范外，还要考虑相关行业的有关法规要求，避免只顾各自的利益而给项目埋下经济、工期及安全等方面风险。3.5.3铁路与各种既有构筑物或拟建大型基础设施发生关系时，具体的选线要求各不相同，主要有以下几种情形：（1）在与高速公路交叉跨越时，
21、要采用客运专线铁路上跨高速公路方案，个别地段确实受条件限制，不能上跨公路时，要考虑采用可靠、万无一失的防护措施，确保以后行车安全。（2）避免将一些重大或特殊的单位按照一般性质的建筑物或设施来对待，没有及时绕避或安全距离不够等，造成后续阶段改线，或者付出更大代价来赔偿等经济风险的后果。（3）对于线路附近的采石场，首先考虑远离的方案，对于无法绕避的，严格按铁路运输安全保护条例规定进行关闭。（4）尽量绕避居民集中区、学校、厂矿企业办公区，对在影响范围内噪声、振动超标的居民住宅进行功能置换或拆迁，按“成贵线环评批复”意见要求，拆迁或功能置换了新建线路外轨中心线30m内的居民点，防止了处理不当给后续工作
22、埋下纠纷及安全隐患等风险。（5）对于易燃易爆危险品厂、站、库、管线等威胁铁路施工运营安全的风险源，要严格执行相关条文，安全距离不够的予以搬迁，及时与相关产权单位签定迁改协议。4结语通过对成贵铁路选线设计中的主要风险防范分析，认为在复杂山区的高速铁路各阶段选线设计中，应力求做到如下几点，以确保铁路施工及运营的安全：4.1从工程的源头选线设计阶段去发现风险，规避和减小风险，是项目安全的根本保证。4.2要坚持“安全第一”的选线理念，不能为了节省投资或出于其他方面考虑而忽视项目的安全性，埋下安全隐患。4.3对于位于复杂山区的高速铁路，工程地质问题是影响程度最大，范围最广的高风险源，首先要坚持地质选线，
23、在工程地质安全的前提下，再进行其他方面的比选。4.4坚持重大工程优先选址、采用合适的坡度及处理好与外部因素的关系等，都是复杂山区高速铁路选线设计中风险防范的重要原则；另外在选线设计中，要充分考虑工点布局的安全性，确保工程措施得当，使风险降到最低可控。参考文献1 朱颖.工程风险设计理念与措施研究J.中国勘察设计.2009.7.2 朱颖复杂山区铁路选线原则研究C.中国铁道出版社.2010.4TB106212009高速铁路设计规范（试行）S.4 新建铁路成都至贵阳线可行性研究总说明书Z.中铁二院工程集团有限责任公司.2010.5 新建铁路成都至贵阳线初步设计修编总说明书Z.中铁二院工程集团有限责任公司.2010.6 新建铁路成都至贵阳线设计安全自查报告Z.中铁二院工程集团有限责任公司.2011.7 铁路工程设计安全风险防范手册Z.中铁二院工程集团有限责任公司.2011.
12-048 修改稿成贵客运专线选线设计中的风险防范分析——终稿
