中老铁路总体设计及技术创新

陈建国,谢 毅,郑天池,张可军,徐 涛,龚庆五,刘亚新

(中铁二院工程集团有限责任公司,成都 610031)

1 项目背景

中老铁路是泛亚铁路中通道的重要组成部分，由我国昆明至老挝万象，是第一条以中方为主投资建设、采用中国铁路技术标准并与中国铁路网直接连通的跨国铁路，全长1 035 km[1-2]，于2021年12月全线开通运营。

进入21世纪以来，中国铁路进入了全新发展的时代，取得了举世瞩目的成就。时速350 km高速铁路、3万吨级重载铁路[3]、青藏高原高寒铁路等投入运营，标志着中国铁路技术水平在世界上已经处于领先地位[4]。中国铁路拥有高速客运专线、客货共线以及货运专线等不同类型铁路的成套工程技术和完善的技术标准体系，并具有从规划咨询、投融资、设计、施工、装备制造、运营维护到教育培训的全产业链优势，为中国铁路“走出去”奠定了坚实的基础[5]。另一方面，我国铁路的快速发展对产业链产生了巨大的拉动效应，在相关产业形成了大规模的产能，随着国内铁路网络的不断完善，市场将逐渐饱和，企业要继续发展，必须要释放产能，需要中国铁路“走出去”拓展国际市场[4]。

2013年9月和10月，国家主席习近平提出了“一带一路”的合作倡议，其核心内容就是要促进基础设施建设和互联互通，而周边国家则是推进铁路互联互通的重点区域，使国际铁路通道成为共建沿线经济合作走廊的先导[5]。针对中国与周边铁路的互联互通工程，20世纪末、21世纪初，开展了中国与东南亚互联互通的泛亚铁路通道研究，形成了东、中、西三大通道的规划，其中包括中老铁路在内的中线通道是路径最短、最为便捷的通道[6-7]，如图1所示。

图1 泛亚铁路通道规划

中老铁路连接中老两国，并通过在万象设置的准轨、米轨换装场与泰国米轨铁路网的连接，实现了中国—中南半岛铁路的互联互通，是“一带一路”的标志性工程；中老铁路完全采用中国铁路技术标准规划、设计、施工、运营，实现了中国铁路技术标准体系的成套输出，是中国铁路“走出去”的典范工程。

2 主要技术标准选择

2.1 铁路等级

本线是泛亚铁路中线通道的重要组成部分，贯通云南滇中城市群、滇南边陲以及老挝北部地区，并与规划的泰国曼谷至廊开铁路相连，为国际铁路大通道，具有重要的政治经济战略意义，铁路等级应为Ⅰ级[1-2]。

2.2 正线数目

玉溪至西双版纳段，根据预测运量和输送能力分析，近期单线能力饱和，运输组织难度大，且单线不能满足远期能力需要，同时考虑该段线路地形、地质极其复杂，研究了单线预留复线、双线方案。经综合分析，双线方案与单线预留复线方案相比，平图能力更大，能更好地满足运输能力需要；站间距更长，可减少车站设置数量，降低工程难度及地质隐患，改善运营条件；一次建成，可减小将来因复线建设对环境的二次破坏；其投资较将来复线的总投资费用更低。故采用双线方案[2]。

西双版纳至磨憨、磨丁至万象单线方案能满足远期运量需要，故采用单线方案[1-2]。

2.3 设计速度

从本线作为泛亚铁路中通道的重要组成部分、保证铁路相对其他运输方式的竞争优势考虑，应选用较高的速度目标值；而按照客货列车速度匹配方面的研究结论，客货列车速差越小，越有利于运输组织，且建设和运输成本越低，速度目标值又不宜过高。结合货物列车速度80～120 km/h的情况，分段研究了120,160,200 km/h三个速度目标值方案。各方案的投资及运行时分如表1所示。

表1 中老铁路不同速度目标值方案投资及运行时分对照

玉溪至西双版纳段设计速度200 km/h 方案可节省运行时间32 min，但投资高46.6亿元，增加比例为11.9%；而160 km/h方案较120 km/h增加15.7亿元，增加比例仅为4.0%，同时可节省时间51 min，符合速度及时间目标值的定位。西双版纳至磨憨段160 km/h方案较120 km/h增加4.2亿元，增加比例仅为3.99%，节省时间21 min，符合速度及时间目标值的定位。磨丁至万象段200 km/h与160 km/h相比，节省运行时分32 min，但投资增加30.8亿元，增加比例为9.64%；160 km/h与120 km/h相比，节省运行时分58 min，投资增加11.5亿元，增加比例仅为3.73%。综合考虑投资和运行时分，全线推荐采用速度目标值160 km/h。

2.4 限制坡度[1-2]

区域路网内与本线相邻的昆玉线限坡为6‰加力坡13‰，玉蒙铁路限坡为12‰加力坡24‰。考虑与相邻路网限制坡度相适应，本线限制坡度可采用13‰或者24‰；在对全线地形、地质、车站及重点控制工程研究后，发现13‰方案基本无法适应地形的起伏，因此重点研究加力坡18.5‰、24‰两个方案(表2)，另考虑到西双版纳至磨憨段、万荣至万象段地形起伏相对较小的特点，研究了限坡9‰、12‰的方案。

表2 加力坡18.5‰、24‰方案比选

经综合比较，玉溪至西双版纳段加力坡18.5‰较加力坡24‰线路增长27.394 km，桥隧增加24.603 km，静态工程投资增加43.69亿元，换算工程运营费增加38.15亿元，同时隧道埋深将显著增加，增大了地热等不良地质潜在危险及施工难度，因此，从缩短线路、降低工程投资、减小工程难度及工程风险分析，玉溪至西双版纳推荐加力坡24‰方案；西双版纳至磨憨段地形较平缓，从降低换算运营费、减少机车车辆购置费考虑，推荐限制坡度12‰方案；磨丁至万荣段加力坡18.5‰线路增长0.917 km，桥隧增加7.456 km，静态投资增加2.26亿元，换算工程运营费增加1.61亿元，同时增加了长隧长度，隧道辅助坑道条件、工程条件更差，工期压力更大，从节省投资、改善重点工程条件、利于工期控制、与玉磨段限制坡度协调方面考虑，推荐加力坡24‰方案；万荣至万象段为平原及缓丘区，地形平坦开阔，限坡12‰能够很好地适应地形，采用加力坡24‰方案降低工程投资、改善控制性工程有限，反而在个别采用加力坡段落恶化了线路纵断面条件，故推荐采用限坡坡度12‰方案。

综上，玉溪至西双版纳采用加力坡24‰，西双版纳至磨憨采用限制坡度12‰，磨丁至万荣段采用加力坡24‰，万荣至万象段采用限制坡度12‰。

2.5 牵引种类

本线受地形限制，须采用连续的长大坡道和长隧道，采用电力牵引，可保证速度标准及牵引质量标准达到要求，且更为环保，同时相邻主要铁路均为电气化铁路，故推荐本线牵引种类为电力牵引。

2.6 牵引质量、到发线有效长

根据本线的限制坡度、货运机车性能等，货物列车牵引质量采用3 000 t，对应到发线有效长650 m(双机680 m)；为预留运输能力进一步提升的空间，考虑将来牵引定数进一步提高至4 000 t条件，应预留到发线有效长850 m(双机880 m)的条件。

玉溪至磨憨段因地形复杂、工程艰巨，将来延长到发线改造困难，近期采用850 m较650 m方案增加投资不多，且可减少远期投资，减小远期施工对运营的干扰，因此该段到发线有效长度采用850 m。

3 主要技术方案

3.1 北端接轨方案[2，8]

结合本线预测运量和泛亚铁路中通道及区域路网现状，北端研究了玉溪、建水、楚雄3个接轨方案。其中，建水接轨方案虽然可以缩短泛亚铁路的长度，但丢弃了普洱、景洪等旅游、经济据点，不符合城际及旅游功能的项目定位，也不利于地方经济发展；楚雄接轨方案经过了横断山脉帚状构造紧密地带，地质极为复杂，线路长，桥隧工程大，投资高；玉溪接轨方案经过横断山脉帚状构造舒缓地带，线路短、投资省，予以推荐。

中老铁路北端接轨方案比选示意见图2。

图2 中老铁路北端接轨方案比选示意

3.2 通关模式选择[1，9]

当前，国际上通行的铁路口岸通关模式为“两关两地两检”，这也是中老铁路采用的通关模式。但在确定通关模式的过程中，还研究了“两关一地两检”、“一关一地两检”两种方式，其中“一关一地两检”是香港九龙口岸站采用的通关模式，“两关一地两检”在国内尚无先例。

尽管在“一关一地两检”、“两关一地两检”模式下，旅客仅需进行1次通关查验，通关效率高，但该两种模式均涉及法律、政策层面，需两国政府相关部门沟通、协商、签订相关协议，难度大、周期长。因此，推荐采用常规的“两关两地两检”通关模式，同时考虑预留在磨憨设置“一地两检”的条件，待时机成熟时可调整为一地两检，提高旅客通关效率。

3.3 万象枢纽总图[1]

万象枢纽位于老挝首都万象市，衔接中老铁路、老泰铁路及万象至他曲铁路，为“人”字形的枢纽格局。经研究，枢纽总图按“客内货外”的原则进行规划：近期中老铁路引入枢纽采用客、货纵列布置，从北向南分别设置万象北、万象客运站和万象南货运站后跨过湄公河延伸至泰国廊开；远期万象至他曲铁路从东端引入万象站，同时新建货车外绕线，最终形成“客内货外”的环形枢纽。万象枢纽总图布置见图3。

图3 万象枢纽总图

4 中老铁路项目难点及主要技术创新

4.1 项目难点

(1)地形困难，地质条件极为复杂

中老铁路位于横断山脉南延段，线路穿越三山(磨盘山、哀牢山、无量山)、横跨四水(元江—红河、阿墨江、把边江、澜沧江—湄公河)，整体地势由北西向南东倾斜，地形起伏剧烈、山高谷深，最高点与最低点相对高差达2 900 m，地形条件极为复杂。

线路地处印度板块与欧亚板块碰撞缝合带附近扬子亚板块、印支亚板块、滇缅泰亚板块，深大活动断裂及褶皱发育，穿过断层、断裂218条，穿越褶皱66条，工程地质条件极其复杂，具“三高”(高地热、高地应力、高地震烈度)、“四活跃”(活跃的新构造运动、活跃的地热水环境、活跃的外动力地质条件、活跃的岸坡浅表改造过程)的特征。

(2)桥隧比重高，复杂工点多，工程艰巨

全线桥隧总长736.281 km，桥隧比重达71.1%。其中隧道总长608.725 km，占正线长度近60%，且长隧多(10 km以上隧道多达15座205.779 km)、辅助坑道长、高风险隧道多(37座)、地层岩性变化频繁，隧道设计施工难度大、安全风险高、工期风险大。

(3)环保要求高

铁路沿线动植物资源丰富，自然生态环境较好，环境敏感区分布较多，环境保护要求高，且中老铁路磨万段的建设受国际社会包括政府和NGO高度关注，而环保问题则是其关注的重点，在建设和运营中不允许出现环保问题。

(4)实现快速高效的跨境铁路运输

中老铁路跨越中国、老挝，口岸通关时间将直接影响到旅客旅行时间和货物运输时间，需考虑如何实现快速通关；为与中南半岛既有米轨系统连接，在万象设置换装站，换装效率将直接影响货物通过准轨、米轨联运的运输时间，应尽量减少换装时间。

(5)相关基础资料缺乏，且外野勘察工作难度大

沿线尤其老挝境内地质、水文等研究程度很低，相关基础资料缺乏，地质资料仅有《东南亚地区矿产综合图件编制成果报告》(1∶150万)、《老挝区域地质图》(1∶75万)，水文资料仅有湄公河上游部分水文站收集的资料。

铁路沿线地广人稀，气候炎热，雨量充沛，丛林密布，地形陡峻，时有山洪及地质灾害暴发，自然环境恶劣；沿线道路基础设施薄弱，通达性差，且有约60 km线路通过无人区，交通不便；老挝段沿线大量分布战争期间遗留的未爆炸物(UXO)，安全风险高；老挝当地缺乏可利用的技术和人力资源，而国内进出老挝需办理出入境手续，人员、设备组织困难。

4.2 主要技术创新

为实现将中老铁路设计成为“快速、智能、人文、绿色、环保”铁路通道的目标，在充分利用中国先进成熟的铁路建造技术基础上，在勘察设计方面进行创新，开展全断面高含量盐岩地层隧道修建关键技术、磨万铁路建设和运营期间小流域暴雨洪峰危害应对措施、琅勃拉邦板块缝合带铁路修建技术、艰难山区铁路高墩大跨度钢桁梁桥建造技术、铁路跨度200 m级连续刚构桥建造技术、磨万铁路生态保护与管理关键技术、基于云原生的信息系统云平台一体化关键技术等课题研究，取得了系列成果。

(1)采用“空、天、地”综合勘察手段解决地形困难、地质复杂、交通不便的问题， 在勘察方法上创新[10]

2010年，在勘察工作中，除利用传统测量手段外，采用了GNSS卫星定位技术和高精度电子水准仪、机载激光雷达(LiDAR)技术、三维断面采集、三维GIS方案展示等多种先进设备和技术，克服了落后的交通设施和过多的植被覆盖给野外勘测工作带来的巨大挑战。

综合采用多种勘察手段开展地勘工作，完善地质资料。除采用常规的地质调绘、钻探、物探、原位测试、取样试验、开展专题研究等手段外，针对植被茂密、交通不便的情况，尤其是无人区段落，充分采用卫星图像、航空图片遥感解译等非接触手段进行地质判识；积极打造地勘数据集成信息化、智能化团队，创新研发，推行BIM技术，提高勘察效率。

(2)综合运用减灾选线、环保选线、工程选线、施工组织选线等选线理念，采用智能选线技术优选线路方案[11-12]

对于地形起伏剧烈地段，采用高墩大跨桥梁、长大隧道减少展线长度，节省工程投资；对重大不良地质予以绕避，无法绕避的，采用对工程影响最小的方式通过；经过环境敏感区时，开展绕避、以隧代路、以桥代路等多方案比选，将对环境的影响降至最低；在工程量差别不大的情况下，尽量选择靠近既有道路的方案，有利于便道和电力线路接入，方便施工组织。

(3)铁路跨境互联关键技术

以实现快速高效通关为目标，在对跨境机车交路、跨国通信信息互联互通、通关作业流程、口岸站布置、海关扫描设备设置、换装作业流程、换装站布置方案等研究的基础上，总结形成了跨境互联关键技术。

(4)高墩大跨桥梁建造技术

元江双线特大桥主桥采用108 m+152 m+249 m+152 m+108 m上承式连续钢桁梁，位于高烈度地震区，桥墩高达154 m，为目前世界铁路桥梁最高桥墩，也是目前世界最大跨度双线铁路上承式连续钢桁梁桥[13-14](图4)。

图4 中老铁路元江双线特大桥

阿墨江双线特大桥主桥采用112 m+216 m+112 m连续刚构，为目前国内跨度最大的铁路预应力混凝土梁桥，在国内首次采用体内、体外预应力相结合的布置形式。

(5)全断面高含量盐岩地层隧道修建技术

友谊隧道是中老铁路上连接中老两国的跨境隧道，连通中国云南西双版纳州磨憨镇和老挝磨丁经济特区，全长9 595 m(图5)。隧道部分段落通过含盐地层，局部地方盐岩最高含量达80%。针对盐岩“强溶解、强腐蚀、膨胀”等特性[15]，提出了 “注浆堵水、全包防水、强化材料防腐、圆形加强结构”的处理原则，形成了适应于高含量盐岩地层的隧道结构型式及防水体系，适应于盐岩地层隧道的材料防腐抗渗措施、施工工法工艺、监测方案、盐岩弃渣的环境保护处理方法等成套技术，为国内首创。友谊隧道盐岩段圆形断面见图6。

图5 通车后的中老铁路跨境隧道—友谊隧道(图片源自新华社(曹安宁摄))

图6 友谊隧道盐岩段圆形断面(单位：cm)

(6)无资料地区小流域暴雨洪水计算数值模拟技术

现场设立小流域暴雨洪水监测站点，现场采集降雨-径流资料，通过开展小流域生态-水文-岩土耦合条件下暴雨洪峰数值预报与洪峰流量计算方法研究，创建了小流域暴雨洪水计算的新方法。

(7)开展精品站房、美丽站区设计

结合沿线民族文化丰富多样的特点，深入开展地貌、文化分析，在外观塑形中融入地方元素符号，积极主动把控、精选站房外观材料，对室内装修进行专项提升设计，并将站台地道纳入站房统一设计，实现精品站房设计目标。图7为建成后的琅勃拉邦车站站房。

图7 琅勃拉邦车站站房

在“畅通融合、绿色温馨、经济艺术、智能便捷”的原则指引下，按照“精心、精细、精致、精品”的工作要求，遵循创新、协调、绿色、开放、共享发展理念，针对房屋与围墙建筑风格、站区绿化、站区道路、苗木选择、照明设置等开展专项设计，将站房、配套生产用房、站前广场周围区域打造为“美丽站区”，促进自然山水、地域文化、站区建筑和谐统一。

(8)环保创新

线路穿越珍稀动物亚洲象活动区，尽量采用隧道、桥梁代替路基，为大象预留通道；针对大象习性，研发了柔性防护栅栏(图8)，并将顶部滚刺笼设置于内侧，既有效地对大象进行隔离，防止其进入铁路，又不会对亚洲象带来身体伤害，最大程度地降低了对亚洲象及其栖息地的影响[16]。

图8 大象防护栅栏

为解决车站货场防尘问题，研发了防风抑尘网，采用轻型钢结构，可以抵御特大级强风的破坏，具有无毒性、无二次污染、抗老化、抗静电、阻燃、无需维护、雨后自洁等优良性能，能大大减少维护及清洗频率。

基于推动构建人类命运共同体和实现可持续发展的目标，贯彻尊重自然、顺应自然、保护自然的理念，考虑生态优先，采用人工引导自然、低碳园林等技术，并首次将“海绵城市”设计理念引入生产生活区景观设计，构建了一条生态环保、绿色低碳、环境协调、景观和谐、文化融合的国际铁路交通工程典范。

(9)构建高效智能的运维技术系统

坚持“统一规划、统一平台、统一标准”的信息化总体设计原则，遵循平台+应用、系统整合、轻量化应用的主流信息系统设计理念，首次提出基于云原生的信息中心系统云平台一体化方案，实现局站一体的扁平化运输组织和生产指挥模式。

采用大数据、人工智能等先进信息技术和全方位的网络安全防护体系，实现了国际联运运单信息、列车编组信息、交接单信息、跨境列车工作计划、跨境列车客调命令等重要信息的互联互通，大幅提高了国际铁路跨国作业能力，提高作业流程效率，提升经济效益。

5 结语

中国铁路完善的技术标准体系、成套的工程技术以及全产业链优势，为中国铁路“走出去”提供了坚实基础；“一带一路”倡议的提出，为中国铁路“走出去”创造了更好的平台和更多的机遇。中老铁路作为“一带一路”的标志性工程，其规划、设计、施工、运营以及设备制造，全部采用中国技术标准体系，中国铁路标准成为了老挝事实上的国家铁路标准，是中国铁路“走出去”的成功典范。

在项目的总体设计中，结合项目功能定位、特点和难点，按照中国铁路标准，采用中国铁路规范，研究确定正线数目、速度目标值、限制坡度、牵引质量等主要技术标准，明确接轨方案、通关模式等重大技术方案；针对地形困难、地质复杂、交通不便等问题，对勘察方法进行创新；通过开展科研和技术创新，在铁路跨境互联关键技术、高墩大跨桥梁建造技术、全断面高含量盐岩地层隧道修建技术、无资料地区小流域暴雨洪水计算数值模拟技术以及环保方面取得了一系列成果。

中老铁路开通运营以来，出现了客货运输持续稳定增长的态势，服务范围覆盖了泰国、马来西亚、新加坡、缅甸、柬埔寨、越南等近10个国家和地区，从万象到中老边境的车程由2 d缩短至3 h，不仅使老挝由“陆锁国”变为了“陆联国”，其国际黄金物流大通道作用也日益显现。