复杂艰险山区铁路减灾选线理论与技术_朱颖，姚令侃，魏永幸_9787030506887

复杂艰险山区铁路减灾选线理论与技术

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　　复杂艰险山区铁路减灾选线，是在自然灾害对线路工程全寿命周期作用不确定条件下的一种风险型决策过程。
　　《复杂艰险山区铁路减灾选线理论与技术》以构造地貌学为认知自然的基础，以风险分析为决策的数学方法，形成山区铁路减灾选线的理论架构。首先介绍基于构造地貌学的孕灾环境分析；然后针对滑坡危险区、陡坡落石灾害区、泥石流频发区、岩溶发育地区、高地震烈度山区，分别提出各类灾害的风险识别和选线设计风险调控的方法；最后根据不确定性分析理论，提出山区铁路选线方案综合评价模型和方法。此外，《复杂艰险山区铁路减灾选线理论与技术》还对工程与环境协调的选线设计、基于可拓学的山区铁路选线策略等进行了专题论述。
　　《复杂艰险山区铁路减灾选线理论与技术》可供从事铁路勘察设计的工程技术人员和高等学校、科研院所的教学、研究人员参考阅读。

　　我国山地面积约占陆地面积的2/3。新中国成立以来，先后修建了宝成铁路、成昆铁路、南昆铁路、内昆铁路、渝怀铁路、渝利铁路等世人瞩目的山区长大干线，青藏铁路、包西铁路、太中银铁路等建成投产，成兰铁路、兰渝铁路、云桂铁路、山西中南部铁路等区际干线有序推进，基本形成了山区铁路网。我国山区基本上靠长大干线承担运输任务，但路网长度与国土面积和人口数极不相称，如西部12省区市面积占我国国土面积的71.5%，铁路营业里程仅占全国的36.6%。随着我国区域发展的推进，山区铁路网的总量仍是发展的“瓶颈”。因此今后一段时期，中国铁路建设将以中西部铁路、城际铁路等重大项目为重点，“十三五”期间，铁路发展目标营业里程达到15万km，其中快速铁路网为5万km以上，中西部地区营业里程达9.5万km。在拟建铁路中，山区铁路将占很大比例。
　　铁路选线是一项决定全局的总体性工作，线路方案确定后，铁路全生命周期的可靠性、安全性、技术可行性、经济合理性及社会接纳性等就已基本被定格。铁路选线，总体上看是一门实践超前于理论的技术，目前仍处于以原则、规定、经验公式、图表等作为设计依据的传统设计层次。因此，分析现有山区铁路选线设计的典型案例，总结成功的经验，并在现代设计方法的概念框架下，凝练出标准化的山区铁路选线设计模式，提出定量化的线路方案决策方法，建立具有普适性的技术评价体系，为山区铁路选线设计提供理论与技术支撑，引领铁路选线设计迈向现代设计，是一项“功在当代、利在千秋”的工作，也是本书撰写的直接目的。
　　随着我国经济技术的发展，快速铁路（旅客列车运行速度在160km/h以上的客货共线铁路、客运专线铁路）将成为我国山区铁路的主要形式。快速铁路的特点是“二高、二弱”。二高是平面线形要求标准高，工程安全要求标准高；二弱是区间定线适应地形灵活性弱、绕避障碍（灾害点、自然保护区）灵活性弱。受山区自然条件制约和铁路自身技术标准的限制，山区快速铁路往往只能以隧道和桥梁两类建筑克服地形等障碍，区间定线方案选择余地少，很多结合地形改善线路平纵面的传统技巧难以施展。此外，随着我国铁路路网的延伸和“一带一路”交通基础设施建设的需要，铁路势必通过建设条件更为艰难的地区并需应对自然界新的挑战。如陆陆碰撞边缘区内外动力耦合作用的灾害效应，全球气候变化背景下海洋性冰川覆盖区冰湖溃决、冰川泥石流引发的沟谷灾害链，艰险山区地震波传播的地形效应与地震触发山地灾害等。上述既是工程技术领域基础科学研究的前沿问题，亦具有重大而紧迫的实践需求，它们的凝练与认知过程，一直是本书成文的基本动力。
　　近年来，为全面总结复杂艰险山区铁路选线与总体设计的经验和教训，中国中铁二院工程集团有限责任公司相继出版了一批学术论著，如朱颖的《复杂艰险山区铁路选线与总体设计论文集》、朱颖和许佑顶的《复杂艰险山区铁路（公路）工程勘察设计案例集锦》和《复杂艰险山区铁路（公路）工程勘察设计论文选集》等。本书将与这些论著共同构成反映当前我国山区铁路选线与总体设计技术水平和发展趋势的系列学术成果。作为铁路选线设计专著，本书从编排上考虑了铁路勘察、空间定线、方案评价等作业环节顺序。但就侧重点而言，本书的编著并不完全是对已有经验的凝练和案例的分析，而是针对快速铁路成为我国山区铁路主要形式的时代特点，融合传统经验及现代科学与工程技术，在传统研究领域引入非传统的理念和方法，不仅力求从案例的分析上升到理性认识，而且希望在宏观决策思维境界和方法论上具有一定的前瞻性。
　　相对于平原地区，山区强烈的地势起伏及其导致的斜坡重力作用类灾害发育，是人们最熟悉的两个基本特征。山区还具有垂直气候带、局地暴雨山洪、地震波在三维空间传播特性不同、地震次生山地灾害等特点。此外，山区自然保护区多、部分山区生态环境脆弱，往往构成铁路选线的难点问题。从铁路减灾防灾角度，山区铁路选线作业是在自然灾害对线路工程全寿命周期作用不确定条件下的一种风险型决策过程。因此，本书首先提出从选线到个体工程布设全程贯穿风险调控作业，实现山区铁路建设投资与运营灾害风险双控的理念；然后针对滑坡危险区、陡坡落石灾害区、泥石流频发区、岩溶发育地区、高地震烈度山区，分别提出各类灾害风险识别和选线设计风险调控的手段，并就特大灾害风险调控策略进行专题论述；最后提出基于不确定性分析的山区铁路选线方案综合评价模型，包括基于低频大灾风险的铁路经济评价年换算工程一期望运营费法、考虑多灾种综合作用效应的山区铁路线路系统可靠性评价模型等。本书以灾害风险调控为核心，开展山区铁路减灾选线理论与技术研究，在选线领域独树一帜。
　　从“地形选线”到“地质选线”，强调了选线设计必须建立在对线路环境准确把握的基础上的理念，本书撰写了基于构造地貌学的孕灾环境分析章节。从技术角度，长大铁路选线是在几百公里乃至上千公里地域上的作业，是一种与构造地貌学研究尺度相匹配的工程实践，在构造地貌学的时空尺度上，配合航卫片遥感解译与ArcGIS先进技术的应用，观一屏而识天下，在大范围开展方案比选阶段，高效低成本地获取所需信息，是一个很有发展前景的方向。此外，基于构造地貌学理论，利用内营力与地貌、地表过程之间的普适性关系，获得对区域性地貌与山地灾害规律的认知；利用内营力与地貌之间的因果关系，由地貌现象反推内营力的状态，这样从孜求对地形、地质的认识上升到企及构造地貌学的层面，则是选线设计者境界提升的一个重要方面。以构造地貌学作为认知自然的基础，以风险分析作为指导选线决策作业的主要数学方法，强调二者是铁路减灾选线基础理论体系中的重要组成部分，是本书独特的观点。
　　由于缺乏对实震现象的认识，高地震烈度山区铁路减灾选线技术，是国内外尚未有人系统开展过的工作。在本书构思和成稿期间，相隔不到5年时间，在四川境内就相继发生了2008年“5·12”汶川大地震、2013年“4·20”芦山地震。在大批实震资料的支持下，本书提出了高烈度地震山区铁路选线的三大原则和16条原则意见；提出了基于断裂构造地貌的铁路廊道方案选线原则、基于地震波传播地形效应的减灾定线要点、基于地震地表变形量预测的过断裂带铁路平纵面设计方法等。有关高地震烈度山区铁路减灾选线理论与技术的论述，具辟创之功。此外，利用结构模型解析法确定影响线路方案主要因素多级递阶结构、基于可拓学的山区铁路选线策略、铁路与林区防火基础设施一体化设计技术等，均属在选线领域引入的一些定量化方法和非传统理念，也是本书有特色的内容。
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