改建铁路白阿线扩能改造工程线路方案研究

李 为

(铁道第三勘察设计院集团有限公司，天津 300142)

白阿铁路位于吉林省的西部以及内蒙古自治区的东部地区，东起吉林省白城市，西至内蒙古自治区科尔沁右翼前旗。由平齐铁路上的白城车站引出，线路沿洮儿河和归流河河谷，翻越大兴安岭山脉后，沿阿尔善河河谷而下，终止于伊尔施站，单线线路长度354.7 km，共有车站21个。

随着振兴东北老工业基地政策的逐步实施，本项目建成后，将会增加该区域与国内外各地区间的交流与合作，通过白阿铁路与锡乌线接轨，开辟了一条蒙东资源输入东三省的快速通道，同时将东三省及口岸的物资运输到蒙东，实现区域间的经济优势互补。对于保障锡乌铁路、两伊铁路的煤炭外运都有着重要的意义。同时，本线延伸到阿尔山口岸，与蒙古国铁路相连，有利于加强中蒙两国间的贸易往来，实现两国间的经济优势互补，促进两国间的物质文化交流。

1 既有线的现状及存在的问题

既有白阿铁路建于20世纪30年代，是日本侵略者为掠夺我国矿产及林业资源而修建的。修建年代久远，线路标准低、坡度大、曲线半径小、列车运行速度低、牵引质量小、桥涵孔径不足，大部分路基填筑低矮，路基病害严重，其中包括水浸路基、基床下沉外挤、翻浆冒泥以及冻害等。

目前，白阿铁路白城至乌兰浩特段通过能力为34.3对，图定客车11对，货6对，能力利用率65.6%。本线最快旅客列车旅行速度71 km/h，不能满足日益增长的客货运量的快速通达需求。同时本线上、下行最大限坡均大于16‰，限制了全线的牵引重量，造成了本线牵引重量不高和机车动力浪费，影响整个区段的输送能力，与前后方通路不匹配。

2 白阿铁路扩能方案研究

本次选择白阿扩能白乌段白城至镇西段方案进行研究，里程段落为K8+950(白城北站外)至K48+025(镇西站外)。

2.1 既有铁路路基工程地质条件

既有线基床路基填料以粉质黏土、粉土为主，填料组别为C组，零星分布细圆砾土，填料组别为B组。通过现场取样试验，沿线既有路基填料冻结深度范围内黏性土、粉土、粉砂会产生冻胀病害，冻胀等级及类别为Ⅱ～Ⅲ级，弱冻胀—冻胀。局部段落黏性土冻胀等级及类别达到Ⅳ级，强冻胀；局部段落粉土冻胀等级及类别达到Ⅴ级，特强冻胀。

2.2 扩能方案研究

根据既有线路基工程地质情况，综合考虑线路工程条件、运量水平及构成、运输组织、提速效果等多方因素，研究了以下四种不同速度目标值方案，研究段落为白城至镇西段(K8+950～K48+025)。

(1)160 km/h增二线方案(I方案)

线路平、纵断面，车站布置按国铁I级标准，速度目标值采用160 km/h，建设方案为增建第二线，静态工程投资105374.5万元。

施工顺序：先在既有线一侧帮宽第二线，待二线施工完成后，再利用增建的二线转线通车，运营过渡，最后改建既有线。

施工方案：结合《铁路营业线施工安全管理办法》(铁运[2012]280号文)的相关规定，路基病害段落结合平改立设置及过渡，二线与既有线拉开7.5 m线间距，且利用A组非冻胀土将二线路基较既有线抬高0.6 m，待二线施工完成后，既有线再拔除道砟，并拨至与二线4.2 m线间距，整平、压实后直接填筑路基表层，完成铺轨至与二线等高。结合路段旅客列车设计速度计近期运量，对既有线43 kg/m与50 kg/m钢轨全部拆除，重铺重型轨道，既有平交道全部改为立交。

(2)120 km/h增二线方案(Ⅱ方案)

线路平、纵断面、车站布置按国铁Ⅰ级标准，速度目标值采用120 km/h，建设方案为增建第二线，静态工程投资899 183.6万元。

施工顺序：先利用天窗时间原位处理既有线，待既有线处理完成后，再帮宽增建第二线。

施工方案：根据既有线路基病害分布情况及120 km/h速度目标值路基病害处理措施，既有线路基处理措施为只处理冻害，其他段落不做处理，二线与既有线等高。具体方案为天窗时间对基床表层换填0.5 m非冻胀A组土和0.1 m厚的中粗砂并夹铺一层两布一膜土工布，并对既有线43 kg/m与50 kg/m钢轨全部拆除，换铺重型轨道，最后并行既有线4.0 m线间距帮宽二线。既有平交道全部改为立交。

(3)平纵断面预留160 km/h增二线方案(Ⅲ方案)

线路平、纵断面按160 km/h设计，静态工程投资98 769.1万元。其他措施与120 km/h增二线方案一致。

(4)新建双线方案(Ⅳ方案)

该方案结合地形、水文、平交道、车站、桥涵布置，在既有线一侧新建双线，线间距于既有线拉开21 m，考虑冻胀因素，一般地段路基填土高度大于冻结深度(2.44 m)，其余段落满足立交设置要求。静态工程投资110 148.0万元。

(5)优缺点分析

表1 优缺点分析

2.3 推荐意见

120 km/h增二线及平纵断面预留160 km/h增二线方案虽然投资效果明显，但速度目标值与各方的期望明显偏低，也与该线路网的地位不相符，因此不宜选用。160 km/h增二线方案、沿既有线新修双线方案的工程投资分别为105 374.5万元、110 148.0万元，考虑到二者的技术标准基本相同，160 km/h增二线方案节约工程投资4 773.5万元，因此采用160 km/h增二线方案。

3 增建第二线方案研究

3.1 既有线路基基床加固和病害整治设计原则

根据既有白阿路基基床情况，对路基存在冻害段落和既有基床表层路堤填料为C、D组土且判定为冻胀等级Ⅲ级以上冻胀土(冻胀、强冻胀和特强冻胀土)地段，采用挖除基床表层0.6 m，换填0.5 m厚A组土+0.1中粗砂并夹铺一层两布一膜土工布处理。基床底层结合路堤填料、冻胀情况、承载力情况综合确定处理措施。

对路基下沉外挤病害地段，采用挖除1.1 m，换填0.5 m厚A组土+0.1中粗砂并夹铺一层两布一膜土工布处理，基床底层换填0.5 m的A、B组土或改良土并夹铺一层土工格室加固。

除路基存在冻害、下沉外挤等病害和基床表层为C、D组土且为冻胀性土采用换填处理外，其他地段路基基床表层承载力不足130 kPa地段，基床底层不足100 kPa地段，采用水泥土挤密桩加固处理，挤密桩长度不小于1.0 m。

对既有线路桥过渡段和涵洞顶至轨顶高度小于1.2 m的路涵过渡段，如既有基床强度不满足承载力要求，应作加固处理。路桥过渡段处理长度不小于20 m，路涵过渡段应不小于15 m，采用挤密桩处理，长度分段渐变过渡。

3.2 路基防冻胀设计措施

(1)路堤防冻胀措施

路基面以下基床范围内土质不满足防冻胀要求时，基床表层填筑非冻胀A组土，基床底层填筑或换填非冻胀A、B组填料或改良土。非冻胀A、B组填料满足：细颗粒(颗粒粒径≤0.075 mm)含量不大于10%，改良土无侧限抗压强度应满足冻融要求。基床以下填筑A、B、C组填料或改良土。

①路基填高h>2.5 m， 路堤基床表层填筑0.6 m厚的防冻胀A组土，基床底层填筑1.9 m厚的非冻胀A、B组填料。

②路基填高0.6 m

③路基填高h≤0.6 m的低路堤，按路堤式路堑设计，基床表层为0.5 m非冻胀A组土+0.1 m中粗砂夹铺一层两布一膜土工布(600 g/m2)。当地基为细粒土或粉、细砂地层时，基床底层范围换填非冻胀性A、B组填料。

(2)路堑防冻胀措施

软质岩、强风化的硬质岩及土质路堑，采用路堤式路堑形式，路堤式基床结构基床表层为0.5 m非冻胀A组土+0.1 m中粗砂夹铺一层两布一膜土工布，基床底层范围处理措施同低路堤。

3.3 路基病害段落处理方案比选

结合路基病害段落分布及整治措施，选择典型路基病害工点一处(K39+000～K40+000)，对既有线路基冻害段落进行了抬高路基与挖除换填方案进行比选分析。

(1)路基病害段落抬高路基方案

为避免对既有线挖除换填所造成的运营干扰，结合增建第二线，并考虑施工、运营安全，既有线病害段落将增二线与既有线拉开7.5 m线间距，并抬高既有线路基≥0.6 m，增减二线路基搭至既有线砟脚以外。增建二线建成后，利用二线过渡，之后拆除既有线轨道，清除道砟，抬高路基至与二线等高。路基病害段落抬高路基方案投资分别为2 006万元。

(2)路基病害段落挖除换填方案

为保证施工和运营安全，增建第二线与既有线拉开9.55 m线间距，二线搭至既有线基床表层以下，并设置线间排水沟，二线与既有等高，增建二线建成后，利用二线过渡，之后拆除既有线，清除道砟，挖除换填既有线基床表层土，并重新铺。挖除换填方案的投资为2 061万元。

(3)优缺点分析及推荐意见

表2 优缺点分析

通过以上分析，抬高既有线路基方案占地少，且两线共路基运营维护方便，工程投资略省。考虑既有线填方较低，既有线冻结深度2.45 m，冻结深度较大，因此抬高路基方案有利于防冻胀，故推荐抬高路基方案。

4 结论

本线是东北地区伊尔施-白城-长春-吉林-图们通道的重要组成部分，伴随锡乌铁路开通，本项目的建设对内蒙古东部地区及吉林省的经济发展将起到非常重要的作用。考虑白阿铁路的功能定位、路网规划、既有线现状、车站布置、路基病害情况、桥涵设置、施工组织及运营安全因素，白阿铁路扩能改造工程线路方案采用160 km/h速度目标值增建第二线工程，既有路基病害段落采用抬高路基的处理措施，有利于路基排水及防冻胀，运营维护方便，工程实施难度小，投资省，予以推荐。

[1] GB50090—2006 铁路线路设计规范[S]

[2] TB10001—2005 铁路路基设计规范[S]

[3] 铁一院.铁路工程设计技术手册:线路篇[M].北京：中国铁道出版社，1994

[4] 支东延.铁路速度目标值的选择[J].铁道标准设计，2005(3):6-8

[5] 刘树春，严建斌.白阿铁路白城至镇西段既有线增二线方案研究[J].铁道勘察，2012，38(4)