旬邑至汉中铁路建设方案研究
王智鹏
(中铁第一勘察设计院集团有限公司,西安)
摘要：为构建“陕煤入川渝”通道,以旬邑至汉中铁路为研究对象,对其建设方案进行系统研究。首先,基于功能定位、运量预测、主要技术标准等要素,综合考虑主要经济据点及重点控制工程分布情况,分段对线路走向方案进行论证研究。其次,从工程地质、技术条件、环境保护、规划协调等方面系统考虑,采用RT-TOPSIS模型对各分段线路方案进行综合决策,生成各分段最优线路方案。最后,以综合决策结果为基础,对整体线路具体走向进行阐述说明。
关键词：客货共线铁路；建设方案；综合决策；线路走向；后悔理论；理想点法
国家能源及电力“十三五”规划的发布[1-2]，对煤炭运输通道规划布局提出了新的形势要求，陕西省作为重要的煤炭生产基地，将成为煤炭工业发展的重点区域，能源驱动效应的充分发挥在有效推进区域经济建设的同时，对能源供给格局提出了新的要求。在此背景下，作为“陕煤入川渝”的实施基础，旬邑至汉中铁路(简称“旬汉铁路”)的建设方案研究对促进川陕渝经济协作发展，发挥陕西能源产业优势、促进四川以装备制造业为龙头的耗能工业发展等将具有重大意义。
1旬汉铁路概况
1.1线路地理位置
旬汉铁路位于陕西省咸阳市、宝鸡市和汉中市。线路北起咸阳市北部旬邑县，向西南经麟游北部矿区，利用既有宝麟铁路经凤翔西至宝中铁路千河站后引入宝鸡枢纽，出宝鸡枢纽后向南经留坝县在阳安线褒河站接轨，后沿既有阳安线抵达汉中市汉中站，线路位置及走向如图1所示。
图1旬汉铁路地理位置示意
1.2建设必要性
通过经济社会、综合交通、区域规划及新型城镇化等多视角系统分析[3-5]，旬汉铁路的建设必要性主要体现为：一是加快推进我国“十纵十横”综合运输大通道中临河至磨憨纵向新通道建设的需要；二是完善区域铁路网布局，构建宁陕及陇东地区与川渝地区间南北纵向新通道的需要；三是发挥促进陕川渝地区优势资源互补，促进区域经济协同发展，响应国家精准扶贫战略的需要；四是强化区域综合交通体系，改善陕南地区交通条件，打造宝鸡国家级综合交通枢纽的需要；五是响应国家新型城镇化战略，加速沿线城镇化进程的需要。综上研究，旬汉铁路建设对带动区域经济、社会、交通、旅游、新型城镇化等方面发展具有重要的推动意义，其建设必要性突出。
2功能定位及主要技术标准
2.1功能定位
旬汉铁路北接西平铁路，中连陇海铁路、宝中铁路、北宝成铁路，南连后方通道阳安铁路、汉巴南铁路。向北可到达彬长和旬东矿区，向南可到达汉中及西南地区，主要承担关中、陇东及宁夏、内蒙古与陕南、川东北地区及重庆、昆明、贵阳等西南地区间的客货交流及沿线地区客货交流任务。
因此，结合本线与路网中相关线路关系及其建设必要性，研究确定本线定位为：我国“十纵十横”综合运输大通道中临河至磨憨纵向新通道中段的重要组成部分[6]，宁陕及陇东地区与川渝地区间南北纵向新通道的骨架干线，陕西与川渝地区最便捷的能源新通道组成，在路网上可减轻北宝成铁路的运输压力，是一条以货为主、客货共线的区域路网干线铁路。
2.2运量预测
基于旬汉铁路所在区域铁路网，分别采用“四阶段法”[7-8]及产运销平衡法[9]预测旬汉铁路客货运输需求，以旬邑至汉中为下行方向，预测结果如表1所示。
表1旬汉铁路区段货流密度、旅客列车对数预测
2.3主要技术标准
从旬汉铁路功能定位、运输组织、与相邻线协调匹配性、需求适应性等方面论证[10-13]，并进行技术标准耦合性分析[14]，研究确定本线主要技术标准如表2所示。
表2主要技术标准的推荐意见
3线路方案研究
线路由南向北经过千河阶地区、渭北黄土台塬区、黄土沟梁低中山区、关中(渭河)盆地、秦岭山地和汉中盆地6个地貌单元，根据既有铁路分布情况，沿线地形、地质条件，综合考虑主要经济据点及线路重点控制工程的分布情况，分段对线路走向方案进行研究，线路方案研究中综合运用工程地质选线、环境工程选线等方法[15-17]。
3.1旬邑至宝鸡段方案
本段受沿线经济据点、保护区和既有宝麟铁路位置控制，线路走向较为明确，为东北—西南方向，根据沿线地形、地质条件，结合环境敏感点、矿区和既有线站点分布，重点研究与既有宝麟铁路接轨方案，即招贤接轨方案AK、杨家河接轨方案A1K和姚家沟接轨方案A2K，如图2所示。
图2旬邑至宝鸡段线路方案比选示意
工程地质条件方面，三方案均位于黄土梁峁地区，工程形式以桥梁隧道工程为主，工程地质条件相当。接轨条件方面，招贤站为既有中间站，线路引入招贤站工程较简单；杨家河站为既有会让站，虽引入车站工程量不大，但车站北端为5.1km的杨坪隧道，需在既有隧道东侧预留适当距离新建隧道工程，且需要增加和延长既有到发线；姚家沟站为预留曲线车站，车站东端为1.9km的杨家山隧道，同样需要在既有隧道东侧预留适当距离新建隧道工程，且该站跨沟设置，开站将增加较大的桥涵工程。运营长度方面，三方案中招贤接轨方案新建线路长度最短，杨家河接轨方案次之，姚家沟接轨方案最长，但从运营长度分析，招贤接轨方案分别较杨家河接轨方案和姚家沟接轨方案长5.0km和9.6km。工程投资方面，招贤接轨方案新建线路长度最短、投资最省，较杨家河、姚家沟接轨方案静态投资分别减少.4万元、.4万元。
3.2宝鸡至留坝段方案
宝鸡至留坝段线路需翻越黄河与长江水系分水岭秦岭，岭北山势挺拔，地形陡峻，河流源短流急，谷狭坡陡。本段以重点控制工程秦岭隧道不同越岭位置，不同隧道长度选择情况共研究了沿清姜河方案AK、展线经太白县方案A1K以及长隧道取直方案A2K三个方案，线路走向如图3所示。
图3宝鸡至留坝段线路方案比选示意
保护区关系方面，各方案均无法完全绕避秦岭分布的各类保护区。沿清姜河方案以隧道群通过天台山国家级风景名胜区，长隧道通过天台山国家级森林公园，穿越长度相对较短；展线经太白县方案以隧道群穿过红河谷省级森林公园及太白山国家级自然保护区，虽长度较长但位置靠近边缘；长隧道取直方案穿过天台山国家级风景名胜区及森林公园，穿越长度较长。沿线经济点影响方面，三方案均能经过留坝县，展线经太白县方案可经过太白县。地质及桥隧工程设置条件方面，总体工程地质条件差别不大，但桥隧总长度越长，地质条件引起的工程风险则相对更为突出。工程投资方面，沿清姜河方案总费用现值.9亿元、投资最省，较展线经太白县及长隧道取直方案分别节省57.1亿元及.7万元。
3.3留坝至汉中段方案
本段地处秦岭山区、汉中盆地以及大巴山北麓，线路比较段落自留坝附近至米仓山越岭隧道进口。汉中盆地分布东西走向阳安线，本线与其交叉(或接轨)。沿线可利用主要沟谷为汉江支流褒河、濂水河及冷水河，主要经济据点汉中座落于汉江南岸，南郑县位于濂水河右岸入江口附近。考虑引入汉中地区方案选择，本段主要研究了褒河接轨沿濂水河AK、新设汉中东站沿冷水河A5K、史寨接轨沿冷水河A6K及褒河接轨沿冷水河A7K四个方案，方案走向具体如图4所示。
图4留坝至汉中段线路方案比选示意
运营管理及运输组织方面，褒河接轨沿濂水河方案可充分利用既有设施，旅客换乘方便，但通过客车需在汉中折角，运输组织较复杂，运营距离较长。史寨接轨沿冷水河、褒河接轨沿冷水河方案可充分利用既有设施，地区客车集中汉中站办理，旅客换乘方便，便于管理；除西安方向动车外，其他方向客货运输径路顺畅，运输组织方便；缺点是运营距离长；新设汉中东站沿冷水河方案地区客车分别由汉中和汉中东站办理，未能充分利用既有客运设施，管理相对分散，运输组织相对复杂，但运输径路顺畅，运营距离最短。
联络线工程设置难度方面，褒河接轨沿濂水河方案在史寨修建阳平关方向联络线，同时需修建汉中站客车联络线，与本线及褒河货车疏解线互相制约，工程设置具有一定难度；史寨接轨沿冷水河、褒河接轨沿冷水河方案分别在史寨、欧家坡修建阳平关方向联络线，制约因素少，工程设置难度小；新设汉中东站沿冷水河方案修建各方向联络线长度45.6km，联络线需连续跨既有阳安线、货车外绕线、G国道及西成高铁线，跨线立交桥制约因素多，孔跨布置难度大。
工程地质条件方面，各方案均由秦岭山区经汉中盆地至大巴山区，总体工程地质条件相当，褒河接轨沿濂水河方案布线段地质条件相对较好，其余方案沿冷水河段沟谷深切，两岸滑坡、溜坍、崩塌、岩溶等不良地质发育，工程地质条件相对较差。
城市规划方面，褒河接轨沿濂水河方案线路穿规划区西南侧，分割城市发展备用地，对城市规划有一定的影响；史寨接轨沿冷水河、褒河接轨沿冷水河方案虽西东向横穿规划区，但线路沿既有通道布线，对城市规划总体影响较小；新设汉中东站沿冷水河方案位于规划主城区发展地带，分割城市发展方向，对其分割影响较大。
环保方面，褒河接轨沿濂水河方案稍差，其余方案差别不大，褒河接轨沿濂水河方案需以隧道穿石门国家水利风景区、省级褒河森林公园、省级南湖—红寺湖风景名胜区，桥跨省级汉江湿地保护区；史寨接轨沿冷水河、褒河接轨沿冷水河方案在褒河站前需以隧道穿石门国家水利风景区、省级褒河森林公园、桥跨省级汉江湿地保护区；新设汉中东站沿冷水河方案隧道穿天台国家森林公园、省级褒河森林公园，桥跨省级汉江湿地保护区。
工程投资方面，褒河接轨沿濂水河方案静态投资.1亿元，较新设汉中东站沿冷水河方案、史寨接轨沿冷水河方案分别省3.9亿元、4.8亿元，较褒河接轨沿冷水河方案贵6.6亿元。
3.4线路方案综合决策
3.4.1方案综合决策
针对线路分段方案工程技术特征，从工程技术条件、环境保护、规划协调等方面考虑，综合选取工程条件、工程地质、运营管理、工程投资、接轨条件、环境保护、经济影响以及城市规划等8项指标为各分段方案决策要素，综合运用后悔理论与理想点法[18-19]，采用后悔理想点法即RT-TOPSIS模型对线路方案进行综合决策，决策过程如下。
(1)按照优劣程度将决策要素划分为高、较高、中、较低、低五个等级，然后应用AHP法中的相对量度方法进行决策要素定量规范化，生成线路方案决策矩阵。
(2)应用后悔理论模型，确定目标策略及完全错误策略；分类运用效益型错误函数和成本型错误函数测算错误值，并应用投影原理确定各个属性错误极限损失值后，计算确定错误损失矩阵如表3所示。
(3)应用TOPSIS法以各方案错误损失序列与正、负理想点接近程度集结错误损失序列，结果如表4所示。
表3错误损失矩阵
表4错误损失序列集结值
(4)根据错误损失序列集结值，各段线路最优方案决策结果分析如下。
旬邑至宝鸡段：招贤接轨方案为最优方案，其主要优势在于该方案虽运营长度最长，但新建线路最短，工程投资最省，接轨站接轨条件也最好，可有效促进麟游矿区资源良性配置，带动地方经济协同发展。
宝鸡至留坝段：沿清姜河方案为最优方案，其主要优势在于该方案虽不能经过太白县，越岭主隧道长度长，但其线路短直，桥隧工程设置条件好，考虑运营费后投资最省。
留坝至汉中段：褒河接轨沿濂水河方案为最优方案，其主要优势在于该方案运营长度较短，主要方向货运列车径路顺畅，能够充分利用既有客货运设施，工程投资适宜。
3.4.2方案研究结论
根据分段方案综合决策结果，旬汉铁路线路走向具体为：线路北起咸阳市旬邑县城东北侧新建旬邑站，出站后沿三水河河谷而下，在河谷内陈家河村设陈家河站、刘家河村设庙香站，线路出庙香站后于孙家沟村南侧跨越泾河，再向西沿拜家河足坡而上，下穿银西高铁后于咀头村北侧设蒙家岭站，线路再以长隧依次下穿西平铁路、福银高速，继续向西分别经马家湾村、金庄寺村，后折向西南以长隧在四郎池水库水源保护地南侧穿越翠屏山至宝鸡市地界，线路再以桥隧相连工程折向西在县北河北岸台地设崖家河站，出站以长隧分别穿越上野峪和堡子山后引入既有宝麟铁路招贤站。从招贤至凤翔西，利用并电气化改造宝麟铁路至凤翔西站。后从凤翔西站南端新建线路足坡展线而下，在王家村东南设王家村站，出站继续展线引入既有宝中铁路的千河站。尔后，自既有宝中铁路千河站和陇海铁路卧龙寺站分线引出至屈家村合线，向南跨渭河下穿西宝高铁转向西，沿西宝高铁行至宝鸡南站并场设站，出宝鸡南站后线路转向南足坡而上，以长隧穿越秦岭至褒河支流西河，其后线路以桥隧相连工程沿西河而下至狮子坝转向西南穿玉皇庙隧道至北栈河，沿河谷转向东于留坝县城东南大滩村设留坝站，出站后线路转向东南继续以桥隧相连工程前行至褒河岸边，沿河而下经马道驿至杨家庄转向东引入阳安线褒河站，后沿既有线增建二线至汉中站；同时，在褒河站前设阳平关方向联络线。
4结论
旬邑至汉中铁路作为陕西与川渝能源新通道的重要组成，其合理规划建设对项目效益、经济社会影响等方面具有重要的保障作用。本文基于建设必要性、功能定位以及运量预测等研究结论，从本线运输组织、与相邻线协调匹配性、需求适应性等方面综合考虑，提出了分段化的线路技术标准。然后，根据区域既有铁路分布，沿线地形、地质条件，结合项目影响区内主要经济据点及重点控制工程分布情况，分段对线路走向方案进行了研究。最后，采用RT-TOPSIS模型以工程技术条件、环境保护、规划协调等要素为决策属性，对各分段线路方案进行综合决策，结果显示，旬汉铁路旬邑至宝鸡段、宝鸡至留坝段、留坝至汉中段最优线路方案分别为招贤接轨方案、沿清姜河方案和褒河接轨沿濂水河方案，以此为基础，对旬汉铁路整体线路走向进行了阐述说明。
参考文献：
[1]国家发展改革委，国家能源局.能源发展“十三五”规划[EB/OL].(-12-26)[-06-20].
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