滇藏铁路总体设计目标及对策研究

滇藏铁路(图1)起自云南省会昆明市，经楚雄、大理、丽江、香格里拉、德钦后进入西藏自治区，经然乌、波密、林芝、山南后终至拉萨市，全长1700余公里。

图 1 滇藏铁路地理位置图

其中昆明至丽江段和拉萨至林芝段已建成通车;丽江至香格里拉段预计2023年底建成;然乌至波密段和波密至林芝段预计2030年底建成。

全线仅余香格里拉至然乌段尚处于前期研究阶段。

滇藏铁路香格里拉至然乌段位于滇西北、藏东南地区，横穿横断山脉———“三江并流区”，沿线区域构造活动强烈，地形切割剧烈，地震活动频繁，山地灾害频发，地形地质条件异常复杂，生态环境保护要求高，工程十分艰巨，对项目勘察设计、建设运营都带来了极大的挑战。

线路自在建丽香铁路香格里拉站北端引出，向西北穿白马雪山(云岭)、碧罗雪山(怒山)、伯舒拉岭，跨越金沙江、澜沧江、怒江，经云南省德钦、贡山县，西藏自治区察隅县，终至八宿县然乌镇，接波密至然乌铁路与川藏铁路接轨。

新建正线长377km，其中云南省境内145km，西藏自治区232km，桥梁42座39km，隧道28座321km(最长隧道21.4km)，桥隧总长360km，桥隧比95%，新设车站19座。

1 项目自然及社会环境特征

1.1 项目自然环境特征

香格里拉至怒江西岸段属于典型的三江并流高山峡谷区。

“三江并流区”地处东亚、南亚和青藏高原三大地理区域的交汇处，是喜马拉雅造山运动的产物。

印度板块与欧亚板块之间的碰撞、挤压引发了横断山脉的急剧隆升与切割，岩石被挤碎、揉皱，造成了岩体变质重组以及褶皱、断裂、节理、劈理等构造变形现象，形成了“四山并立”(大小雪山、云岭、怒山、高聚贡山)、“三江并流”(金沙江、澜沧江、怒江)的独特自然奇观(图2)，海拔在1540～6410m之间，相对高差达2500～4000m。

图 2 “三江并流区”地理位置图

怒江西岸至察隅段为伯舒拉岭高山原区，山体呈北偏西走向，海拔在4000～5000m左右，相对高差多在1500m以下。

察隅至然乌段属于高原斜坡地带高山峡谷区，以海拔4900m的德姆拉山口为界，以北属帕隆藏布水系，以南属察隅河水系，海拔在2800～5700m之间，相对高差达2500m以上。

研究区域内发育有中甸－德钦断裂、金沙江断裂、澜沧江断裂、巴塘断裂、怒江断裂、嘉黎－察隅断裂(图3)。

图 3 滇藏铁路构造纲要

以高海拔、大高差、强烈的构造与现代冰川活动为典型地质背景，研究区域内外动力地质作用均十分强烈，主要发育有活动断裂、地震、高位滑坡、崩塌落石、岩堆、(冰川)泥石流、高地温和高温热水、高地应力硬岩岩爆与软岩大变形等不良地质现象。

1.2 项目社会环境特征

第一，滇藏铁路沿线地广人稀

平均人口密度仅4.6人/km²，为全国平均水平的3%。

人口主要沿河谷、山间盆地分布，人口聚集性较差，城镇化水平相对较低，2020年城镇化率仅为33.0%。其中香格里拉市18.6万人，德钦县5.5万人，贡山县3.9万人，察隅县2.8万人。

第二，基础设施薄弱

交通方式以公路运输为主，主要有G219、G215、G214等国道和德(钦)维(西)、德(钦)贡(山)等省道，多为三级以下等级公路，技术等级低，抗灾能力弱。

沿线电源分布不均，大部分区域或无电网覆盖，或缺乏有力的高电压等级电网支撑，供电能力较弱。

第三，经济总量较小

2020年GDP277亿元，占区域总量的1.0%，三种产业比重为7.1∶39.7∶53.1，以旅游为主的第三产业比重较大。

沿线以高山峡谷、雪峰冰川、高原湿地、森林草甸等自然风光和少数民族风情为特色的旅游景观资源十分丰富，2019年沿线接待旅游人数2224万人次，受制于交通基础设施条件，沿线景区配套和接待能力尚处于较低水平，发展潜力巨大。

第四，矿产资源丰富

分布有多种金属和非金属矿种，其中羊拉、红山铜矿已探明铜金属储量达260×104t，普朗铜矿储量在300×104t以上，铅金属储量48×104t，锌金属储量83×104t，大理石储量28.4×108m³，铁矿储量在2500×104t以上。但矿区多处于高原峡谷地区，运输条件差，资源无法充分开采利用。

2 项目的特点与重难题问题

滇藏铁路香格里拉至然乌段地形地质条件复杂，其勘察设计和建设运营难度较大。为更好地确定项目总体设计目标，制定科学合理的设计思路及对策措施，本文从分析区域路网分工、自然和社会环境特征出发，总结项目的特点和重难点问题。

2.1 项目的特点

通过分析区域路网、自然和社会环境特征，总结本项目具有以下特点：

一是沿线地广人稀，人口聚集性差，公路、电力等基础设施整体较为薄弱，但旅游资源和矿产资源极为丰富；

二是项目地处西南边陲，紧邻边境，战略意义重大；

三是项目地处“三江并流区”，地形切割极为剧烈，山岭与河谷最大相对高差达3000m以上；

四是沿线区域为现今地壳垂直形变速率最大、地球表面地形地貌和地质构造演化最复杂、构造活动最强烈的地区，工程地质条件极其复杂；

五是项目区域为国家“两屏三带”生态安全战略格局中“青藏高原生态屏障”和“黄土高原－川滇生态屏障”的核心区域，生态环境保护要求高。

2.2 项目的重难点问题

本项目为滇藏铁路的一段，区域路网分工明确，功能定位清晰，主要技术标准与路网其他路段一致。

项目的重难点主要是如何合理确定建设方案，适应区域自然、生态、社会环境，实现项目的功能需求，确保工程建设与运营安全。

2.2.1地质勘察

地质勘察工作需要按照三个工作层次的需求，开展针对性的地质勘察工作：一是区域地质宏观判识的需求，二是线路选线和方案比选的需求，三是工程设计的需求。

2.2.2线路选线

做好线路选线与方案比选研究工作是铁路工程设计满足功能需求和安全要求，适应区域自然、生态、社会环境的基础与关键。

本项目线路选线的重难点：

一是如何确定不同地形地质条件下的选线思路与原则；

二是在满足运输需求和安全要求条件下，确定线路选线、平纵断面设计、车站选址及布置原则；

三是针对线路走向方案、重点越岭隧道方案、重点桥梁方案、重点车站方案，如何在多方案比选研究的基础上，统筹保障运输能力和区域资源开发、沿线人民出行、工程安全可靠、工期合理可行、投资经济合理、运营维护设施设备等诸多因素，科学合理确定线路方案。

2.2.3桥梁工程

桥梁工程的重难点是在地质勘察工作的基础上，结合线路走向，选择合理的桥位，并通过抗震性能优异的高墩大跨桥梁研究，提高线路选线的自由度，缩短越岭隧道的长度，降低隧道埋深，减少隧道工程建设运营风险。

2.2.4隧道工程

隧道工程的重难点主要是解决四个方面的难题：

一是针对地下深部不良地质(包括活动断裂、高地应力、高地温及高温热水等)，采取科学合理的工程措施，解决活动断裂变形(蠕变及错动)、高地应力软岩大变形及硬岩岩爆、高地温环境下施工作业安全及工程结构质量等难题；

二是针对地下水及岩溶等水文地质情况，配合线路专业平纵断面设计，采取合理的工程措施，解决隧道内突水、突泥等工程难题；

三是针对洞口坡面表生不良地质发育特征，结合区域气候特征尤其是极端气候发生情况，联合桥梁专业，制定针对性工程处理措施，解决高位滑坡、泥石流、危岩落石等不良地质对工程的危害；

四是针对长大深埋隧道的工期问题，制定合理的施工组织方案、辅助坑道设置方案和施工专项方案，确保工程按时建成。

2.2.5环保工程

环保工程的重难点主要有：

一是查清沿线各生态环境敏感区的边界、保护等级及功能要求；

二是针对施工污废水及工程弃渣，如何采取合理的措施，满足水资源和土地资源保护要求，更加有利于区域生态环境保护；

三是如何做好生态修复工作，使得工程与自然环境和谐共存；

四是如何促进绿色能源和环保材料的推广与利用，推动绿色低碳战略的实施。

2.2.6综合监测

综合监测的重难点是如何结合复杂的地形地质条件和区域气候特征及极端气候发生情况，针对沿线崩塌、滑坡、泥石流、冰雪、高位危岩落石等表生地质灾害，采用综合监测、态势感知等信息技术，设置铁路安全综合监测系统，对风雨雪等恶劣气候及铁路周边环境态势、铁路限界内安全进行感知预警，确保铁路运营安全。

3 总体设计目标

统筹项目功能需求，分析项目与区域自然、社会环境的关系，确定项目总体设计目标，是确保项目勘察设计质量的前提。

从项目功能需求分析，本项目地处西南边陲滇西北、藏东南地区，是一条兼具国防安全保障功能和国土开发功能的路网性干线铁路。

项目设计既要确保国防运输需求，也要能够促进沿线区域资源开发和经济社会高质量发展。

因此，国防战略和国土开发是本项目的设计目标。

从项目自然环境特征分析，本项目地处三江并流区域，地形地质条件复杂，生态环境保护要求高。项目设计既要确保工程建设与运营安全，也要能够促进绿色低碳战略实施。因此，安全可靠和绿色低碳也是本项目的设计目标。

战略目标：线路走向和车站设置要能够满足重点战略需求和安全要求。

国土开发目标：线路走向和车站设置要与公路交通体系相结合，构建沿线综合交通运输体系，满足沿线人民出行、重点旅游资源开发和产业发展需求，促进沿线区域社会经济高质量发展。

安全可靠目标：按照全寿命周期设计理念，结合工程自然环境特征，统筹线路站场方案、工程处理措施和减灾防灾系统设置，确保工程建设和运营安全可靠。

绿色低碳目标：项目所处区域是国家生态屏障，需要统筹水资源、生态资源、土地资源及节能环保要求，实现工程与自然环境和谐共生的绿色低碳目标，助推国家绿色低碳发展战略实施。

4 项目总体设计思路

4.1 国土开发目标设计思路

一是结合沿线人口分布特征，合理选择线路方案，车站选址不拘泥于非得靠近县城，而是选择场地条件好、交通便利的地方；

二是旅游景区设置车站应遵循“近而不进”的原则；

三是靠近矿产资源区的车站预留专用线接轨条件；

四是沿线地广人稀，有条件的会让站可设置简易客运站房及相关设施，便利沿线人民出行；

五是工程建设应尽量利用当地自然资源和人力资源，巩固脱贫攻坚成果，促进乡村振兴战略实施。

4.2 安全可靠目标设计思路

一是应用“天－空－地”综合勘察技术，采用多种勘察手段，查明沿线工程地质条件，以及不良地质分布情况；

二是运用“减灾选线、地质选线”等综合选线技术，合理确定线路方案；

三是高度重视长大深埋隧道工程安全，充分利用高墩大跨桥梁建造技术，抬高线路高程，缩短隧道长度，降低隧道埋深；

四是高度重视铁路周围环境安全可靠性，把高陡边坡、高位滑坡和泥石流等工程处理与周边环境安全监测技术相结合，确保铁路运营安全。

4.3 绿色低碳目标设计思路

一是贯彻环保选线的原则；

二是坚持“减量化、资源化、无害化”的原则，重视对施工污废水和隧道弃渣的处理和利用；

三是按照“尊重自然、顺应自然、保护自然”的要求，采取针对性生态恢复措施；

四是推广保暖材料及新型清洁能源的利用。

5 对策措施

5.1 地质勘察

地质勘察是线路选线及工程处理的基础。

结合滇藏铁路的特点，在借鉴川藏铁路“天－空－地”多源综合勘察技术的基础上，进一步深化多源数据的采集、验证及修正工作，查清沿线区域的工程地质和水文地质特征，评估各种不良地质的危害并提出线路选线及工程处理的建议意见。

重点对表生不良地质、深部不良地质、活动断裂、高地应力、高地温及高温热水、地下水及岩溶等开展针对性的勘察工作。

5.2 线路选线

5.2.1选线原则

从政治经济据点分析，本线最重要的据点是察隅，以及德钦、贡山两个县城，因此线路应通过察隅，并尽可能照顾德钦和贡山两个经济据点。

结合沿线人口较均衡分布于各乡镇的特点，重点是选择工程地质条件较好、有足够场地布置生产生活设施、有利于抬高线路高程的地方设置客货运中间站，不过分追求与县城的距离。

从地形上分析，线路选线主要遵循“走高、走边”的原则。

“走高”就是抬升线路高程，缩短越岭隧道长度，降低隧道埋深，改善隧道辅助坑道条件，绕避坡面不良地质，并开展大范围、多梯度、多层次的桥站隧联动方案比选工作；

“走边”就是充分利用河流支流，在选择合适越岭垭口缩短隧道长度的基础上，线路尽量靠近各种支流，于地面高程较低的地方通过，进一步降低隧道埋深、改善辅助坑道条件。

从地质上分析，主要控制因素就是断裂，尤其是活动断裂。

活动断裂引起的内动力作用是引发深部不良地质现象的主要原因，也是引发表生不良地质的主导因素，外动力作用是在内动力作用的基础上，成为引发滑坡、泥石流、危岩落石等不良地质的诱因。

在活动断裂引起的深部不良地质区域，岩石强度对工程施工安全又尤为重要，因此线路地质选线主要遵循“避断裂、选硬岩”的原则。

“避断裂”就是线路应尽可能绕避断裂尤其是活动断裂，从而避开由于内外动力作用强烈活动而引发的各种不良地质发育区域，不能绕避时应大角度穿越；“选硬岩”就是线路应快速通过软岩区段，尽可能走行于硬岩区段，从而降低长大深埋隧道工程建设及运营安全风险。

5.2.2综合廊道方案

结合沿线地形地质交通条件及政治经济军事据点分布等因素，研究了穿三江并流区至然乌(波密)接轨、沿玉曲河至邦达接轨、沿澜沧江至昌都接轨、沿G214国道和S202省道至贡觉接轨四个不同廊道线路方案，如图4所示。

图 4 滇藏铁路廊道方案示意图

考虑波密至然乌段已纳入路网规划建设计划，为更好地发挥铁路在综合运输体系中的骨干作用，推荐采用线路短、投资省、运输径路顺直、地质条件好的然乌(波密)接轨方案。

5.2.3三江并流区线路走向方案

香格里拉至察隅段线路走向方案的核心就是如何通过三江并流区。

结合区域地质构造、活动断裂分布，沿线政治经济据点和公路交通条件，研究了从南、北两个不同廊道穿越三江并流区域的经贡山方案和经德钦方案，如图5所示。

图 5 三江并流区走向方案示意图

按照“远断裂、选硬岩”的选线原则，推荐采用尽快通过三江并流区后走行硬岩段、避开川滇菱形块体“活动构造结”、地质条件好、有利于沿线人民和游客出行、与G219国道共走廊、施工运输条件好、工程投资省的经贡山方案。

5.2.4德钦站位方案

基于云南省关于德钦县城搬迁至叶枝乡的规划及沿线人口分布和聚集情况，结合德钦站选址和越岭隧道工程地质情况，金沙江至怒江段线路重点研究了经燕门乡方案、经云岭乡方案、经巴迪乡方案和经叶枝镇方案四个方案，如图6所示。

图 6 德钦站位方案示意图

虽然叶枝镇为德钦拟搬迁县城驻地，但沿线人口基本均衡分布于德钦老县城、云岭、燕门、巴迪、叶枝等乡镇，而燕门乡处于中间地带，距离新老县城及沿线旅游景区距离适中。

因此，推荐采用车站场坪地形开阔、线路高程较高、隧道埋深较小、高地应力风险较低、绕避重大不良地质发育区、无害化通过环境敏感区、有利于沿线人民和游客的出行、线路顺直、投资节省的经燕门乡设站方案。

5.2.5白马雪山越岭方案

本线横穿纵向分布的白马雪山国家级自然保护区，辅助坑道设置条件受限，增加了越岭隧道实施难度。

结合不同越岭垭口、辅助坑道设置条件及工期情况，白马雪山越岭方案研究了北线越岭方案、中线越岭方案、南线越岭方案，如图7所示。

图 7 白马雪山越岭方案示意图

南线越岭方案白马雪山隧道长28.5km，辅助坑道条件极差，工期不可控，研究后予以放弃；北线越岭方案白马雪山隧道长18.5km，但线路绕长15.5km，工程投资增加24.1亿元；综合研究比选后，推荐采用线路顺直、工程地质条件较好、白马雪山隧道长21.3km、工期可控、总投资较省的中线越岭方案。

5.2.6金沙江特大桥方案

本次研究采用高清卫片、倾斜摄影、遥感解译、InSar、三维技术手段，通过现场踏勘，在金沙江上游曲堆达至下游托顶乡之间约80km的河段上，初选了48个桥位，最终推荐采用地质条件较好、线路顺直的夺通村桥位。

结合不同设计高程条件下线路方案和桥式方案的选择，研究了三个方案(图8)：

图 8 金沙江特大桥方案示意图

方案一为桥高454m、主跨1160m悬索桥方案；

方案二为桥高404m、主跨1000m悬索桥方案；

方案三为桥高329m、主跨640m拱桥方案。

推荐采用线路顺直、可避免在岩层破碎段以隧道工程展线、避开河谷段重力不良地质、工程风险最小、云岭隧道埋深最小、辅助坑道设置条件最好、工程投资最省的桥高454m、主跨1160m的悬索桥方案。

5.3 桥梁工程

具体对策措施如下：

一是，针对金沙江、澜沧江、怒江等典型“V”形峡谷，遵循“地质优先、以桥定线”的原则，确定合理桥位。重点研究契合山区地形、抗震性能好、能充分适应大高差地形条件的钢桁梁悬索桥以及经济性好、结构刚度大的钢筋混凝土拱桥方案，为提高线路选线自由度提供技术支撑。

二是，采用梁体横、竖向变形曲率与梁端转角多指标的刚度控制方法，结合风－车－桥耦合分析、抗震抗风和轨道线形控制研究，优化大位移伸缩缝、大吨位支座和阻尼装置的设计参数，提高其使用性能，确保大跨度悬索桥的结构刚度、行车性能和耐久性均满足使用要求。

三是，开展最大跨度700m钢筋混凝土拱桥方案研究，结合C80高性能拱肋混凝土技术、横向变形拱上相邻跨折角+曲线半径的大跨度铁路混凝土拱桥刚度控制方法，为大跨度混凝土拱桥设计提供技术支撑。

5.4 隧道工程

5.4.1高地应力软岩大变形

遵循“主动加固、分层控制”的基本原则，强化超前防控及锚固支护，构建刚度自适应支护体系，采用信息化、智能化建造技术，实现高地应力软岩大变形隧道安全快速施工，确保结构安全可靠。

5.4.2高地应力硬岩岩爆

采取“预警先行、超前释放、主动控制、以机代人”的综合防治措施，形成硬岩岩爆地层“软化－锚固-覆盖－封闭”支护体系，强化岩爆超前地质预报预测及智能预警技术，推行大型机械化施工，实现快速支护，保障隧道岩爆地层的安全高效施工。

5.4.3活动断裂及抗震

遵循“预留空间、优化断面、节段设计、运营监测”的原则，构建“刚性节段+自适应变形缝”的韧性结构体系，强化抗震抗断相结合的自适应技术，实现衬砌结构各节段间在0.5m的突然错动量或累计蠕滑大错动量条件下不发生结构性破坏，并满足震后快速修复要求，增强结构体系的抗灾能力。

5.4.4高地温及高温热水

采取以“高温热水超前封堵、热泉蒸气液化治理、高岩温综合降温控湿，运营环境智能监测”为核心的综合防治技术，利用洞外低温环境实施通风降温、低温水冷却、制冷降温、隧道壁隔热隔潮等综合降温措施，形成高原高地温环境劳动健康保障体系；采用耐高温性能良好的建筑材料，建立热害隧道防抗结合的耐热结构体系。

5.4.5地下水及岩溶

针对强烈隆升区高原岩溶发育特征，贯彻“风险评估指导、超前预报先行、应急预案落实、排水设施通畅、衬砌结构安全”的防治原则，对岩溶发育地段，结合环保要求，采用注浆封堵、泄水引排等综合防治措施。

5.4.6重力不良地质

在全面查明洞口重力不良地质情况的基础上，分析滑坡、岩堆、危岩落石等不良地质对工程的影响，开展隧道洞口安全性评价，采取高陡边仰坡“分区、分类、分级”综合防护、桥隧紧邻工程联合防护、接长明洞、基础加固等技术措施。

5.5 环保工程

5.5.1环保选线

在充分查清区域各类各级环境敏感区的分布范围、保护等级、功能需求等资料的基础上，贯彻环保选线的原则和理念，线路尽量绕避环境敏感区，无法绕避时应以隧道方式“无害化”通过。

5.5.2废水处理

遵循“优先考虑水资源综合利用”以及“不影响地表水体水环境质量”的原则处理施工污废水，采用环境友好、节水型施工工艺，施工排水实现“清污分流”，施工废水、生产生活污水高效处理并循环利用于施工作业、降尘和生态恢复用水。

5.5.3弃渣处理

坚持“减量化、资源化、无害化”的原则处理隧道弃渣，通过优化线路平纵面减小隧道辅助坑道的配置，强化土石方调配、砂石骨料利用等措施实现源头减量；结合地方经济发展，站区配套、综合开发等加大弃渣综合利用；按照“无害化”原则开展弃渣场综合选址、拦挡和截排水及防洪工程、土地整治等设计工作。

5.5.4生态修复

借鉴相关铁路原有植被移植保存与典型扰动面生态恢复示范工程经验，按照“尊重自然、顺应自然、保护自然”的要求，采取不同植被类型及群落、区系的生态恢复措施。

5.5.5绿色节能

全面应用太阳能、风能等清洁能源照明及取暖技术。亚热带河谷地带，增强建筑物的热稳定性和隔热措施；寒带气候越岭地带，推广保暖材料的应用。

5.6 安全监测

设置山区复杂自然环境下的铁路沿线安全综合监测系统，是在做好线路选线和工程处理措施的基础上，确保铁路运营安全的重要手段。铁路沿线安全综合监测系统主要包括边坡滑移监测、堑坡落石监测、周界入侵监测、车站入侵监测、桥梁沉降监测、隧道安全监测等内容，实现对铁路沿线风险事件的实时监测、状态感知、主动预警及应急联动。

6 结论

本文以滇藏铁路香格里拉至然乌段为工程背景，从分析项目功能需求、自然和社会环境特征的角度出发，分析了项目的特点以及遇到的难题，提出项目总体设计目标为国土开发目标、安全可靠目标、绿色低碳目标，并围绕如何实现这四个目标，制定针对性的总体设计思路，进而从地质勘察工作、线路选线及车站选址、高墩大跨桥梁及长大深埋隧道工程设计、水资源和弃土弃渣处理以及生态环境修复等环保工程、山区复杂自然环境下的铁路沿线安全综合监测系统设置六个方面提出了具体的对策措施。

在勘察设计过程中，围绕如何实现项目总体设计目标，将开展更多的专题研究和设计工作，从全面性、关键性、重点性、科学性、可比性、系统性等角度出发，加强总体设计，加快推进滇藏铁路香格里拉至然乌段规划建设工作，更好地发挥铁路运输骨干作用，强化西南边陲地区运输保障能力，推动沿线生态环境保护和旅游资源开发，促进区域社会经济高质量发展。

本文转自《铁道工程学报》——滇藏铁路总体设计目标及对策研究，作者邓军桥；仅用于学习分享，如涉及侵权，请联系删除！