劉衛(wèi)斌

(陜西鐵道工程勘察有限公司，陜西寶雞 721001)

1 工程概況

新建鐵路黔江至張家界至常德鐵路位于渝東南、鄂西南和湘西北三省交界地帶。線(xiàn)路西起重慶市黔江區(qū)，東至湖南省常德市，途徑湖北省咸豐縣、來(lái)鳳縣，湖南省龍山縣、永順縣、桑植縣、張家界市、慈利縣、桃源縣等八市縣，正線(xiàn)(雙線(xiàn))全長(zhǎng)340.995 km。晏家堡至禾家村段沿線(xiàn)經(jīng)桑植縣、教子埡鎮(zhèn)、張家界西至禾家村站，全長(zhǎng)約97.5 km。

2 工程地質(zhì)特征

2.1 地形地貌

本段主要通過(guò)低中山、低山區(qū)與澧水河谷區(qū)兩大地貌單元，沿線(xiàn)除澧水河谷及個(gè)別河谷較為低平外，其余大部分地區(qū)呈階梯狀分布，地形相對(duì)陡峻。山脈總體走向呈北北東向和北東向，山脈與河谷相間分布。

2.2 地層巖性

巖性主要為第四系、沉積巖及構(gòu)造巖地層，第四系地層主要分布在山間溝谷、澧水河谷及其階地上，為黏性土、砂類(lèi)土、碎石類(lèi)土等。沉積巖主要為白堊系礫巖、砂巖及泥巖;志留系、泥盆系的頁(yè)巖及砂巖;震旦系，寒武系，奧陶系，二疊系，三疊系中的灰?guī)r、白云巖、泥灰?guī)r、泥巖等。構(gòu)造巖類(lèi)包括碎裂巖、構(gòu)造角礫巖、斷層角礫等，其中二疊系吳家坪組和茅口組地層、泥盆系黃家磴組地層含有可采的煤層和鐵礦層，奧陶系下統(tǒng)地層含鉛鋅礦。

2.3 地質(zhì)構(gòu)造

線(xiàn)路所經(jīng)區(qū)域范圍內(nèi)地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜，大地構(gòu)造單元整體屬于揚(yáng)子地臺(tái)，二級(jí)構(gòu)造單元為鄂黔臺(tái)褶帶，武陵山為一次級(jí)隆起帶，沅麻盆地和張家界為兩個(gè)次級(jí)沉降帶。

本段未通過(guò)區(qū)域性深大、活動(dòng)斷裂，區(qū)內(nèi)構(gòu)造主要為褶皺和次級(jí)斷層。褶皺構(gòu)造主要以北東向?yàn)橹?，主要為萬(wàn)民崗斜歪背斜、二戶(hù)田(龍家寨)對(duì)稱(chēng)向斜、二戶(hù)溪背斜、桑植－官地坪向斜、中賀虎－搖灣背斜、何家山背斜。對(duì)方案影響較大的為二戶(hù)田向斜、桑植－官地坪向斜與何家山背斜三大區(qū)域性?xún)?chǔ)水構(gòu)造，受其影響，區(qū)內(nèi)各種巖溶地貌均十分發(fā)育。斷裂構(gòu)造以褶皺過(guò)程中的伴生斷裂為主，以北東向壓性或壓扭性斷裂為主;斷層主要為萬(wàn)民崗縱向張性斷裂(F9)、麻栗埡－洗壁溪逆平移斷層(F10)、觀丈峪—簸箕斷層(F11)，其中麻栗埡－洗壁溪逆平移斷層對(duì)線(xiàn)路有一定影響。

2.4 水文地質(zhì)

該區(qū)地表水主要為洞庭湖四大水系之一的澧水及其支流和溝谷流水，主要接受大氣降水補(bǔ)給，水量隨季節(jié)性變化明顯。地下水主要為第四系孔隙潛水、基巖裂隙水、碳酸鹽巖巖溶裂隙水及巖溶水，其補(bǔ)給來(lái)源主要為大氣降水、河水等。由于所處地貌單元和含水介質(zhì)不同，地下水的水文地質(zhì)條件也各不相同，其中巖溶裂隙及巖溶水對(duì)該段方案影響較大，地表水及地下水多不具侵蝕性。

3 主要地質(zhì)問(wèn)題

3.1 不良地質(zhì)

線(xiàn)路大多行走于低中山、低山區(qū)，不良地質(zhì)較為發(fā)育，主要為巖溶、滑坡、采空區(qū)、巖堆、危巖落石、風(fēng)化剝落、溜塌等，其中巖溶、滑坡、采空對(duì)本段線(xiàn)路影響最大，是最為突出的工程地質(zhì)問(wèn)題;不良地質(zhì)的分布與地形地貌、地層巖性、地質(zhì)構(gòu)造都有關(guān)系，如滑坡、溜塌、剝落主要分布在頁(yè)巖斜坡地帶，巖堆、危巖落石主要分布在陡峻的灰?guī)r地段，巖溶主要發(fā)育在灰?guī)r、泥灰?guī)r、白云巖地層中。

(1)巖溶

本段可溶巖主要分布在晏家堡至黃家臺(tái)段及張家界子午村一帶，多以條帶狀和團(tuán)塊狀分布，其條帶延伸的方向和當(dāng)?shù)貥?gòu)造線(xiàn)的發(fā)育方向基本一致，呈北東向。三疊系嘉陵江組、大冶群、二迭系下統(tǒng)和奧陶系下統(tǒng)可溶巖為主要含水巖組，巖溶強(qiáng)烈發(fā)育，其形態(tài)主要表現(xiàn)為大型漏斗、落水洞、巖溶洼地、井泉暗河密布，在斷裂帶及褶皺軸部等地下水交替循環(huán)強(qiáng)烈部位表現(xiàn)尤為強(qiáng)烈，部分表現(xiàn)為暗河管網(wǎng)(如圖1所示)。

圖1 臥云界隧道洞身上方暗河分布

寒武系中下統(tǒng)、奧陶系中上統(tǒng)薄層灰?guī)r巖溶中等發(fā)育，局部發(fā)育有溶洞、溶槽、小型漏斗，巖溶井泉等;二迭系上統(tǒng)灰?guī)r、泥灰?guī)r巖溶弱發(fā)育，主要表現(xiàn)為溶蝕裂隙、溶孔及小型溶洞現(xiàn)象。卡家湖—鳳巖村、桑植縣向家包至澧水南源、臥云界附近溶蝕槽谷、郭家臺(tái)—仙娥村以及張家界子午村一帶巖溶較強(qiáng)烈，巖溶水富集及暗河分布較多。據(jù)統(tǒng)計(jì)該段共發(fā)育暗河24處，大泉50多處，巖溶漏斗3 000多個(gè)，落水洞420多個(gè)，大型溶洞140個(gè)。

(2)滑坡及不穩(wěn)定斜坡

本段滑坡主要發(fā)育在唐坊至張家界非可溶巖地段，其中唐坊至教子?jì)I滑坡十分發(fā)育，定測(cè)階段共發(fā)現(xiàn)8處滑坡及滑坡群，大小滑坡達(dá)五十多個(gè)，以土質(zhì)滑坡和順層基巖滑坡為主，多分布于山前斜坡及溝谷兩側(cè)，其中橋頭村滑坡群、向家崗滑坡群對(duì)方案影響較大。該區(qū)較好的地貌、地層及地下水條件是滑坡極易發(fā)生的最主要條件(如表1所示)。

表1 本段主要滑坡群特征及對(duì)線(xiàn)路的影響

(3)采空區(qū)

沿線(xiàn)永順、桑植、張家界，分布多處煤礦、鉛鋅礦、鐵礦，對(duì)線(xiàn)路方案有影響的煤礦為:永順縣大包山鉛鋅礦;桑植縣金秋鐵礦、桑植縣臥云界鐵礦、桑植縣分水嶺煤礦小溪井、桑植縣蘆塘灣煤礦、桑植縣桑瑞鐵礦等。其中桑瑞鐵礦、臥云界鐵礦對(duì)方案影響很大。線(xiàn)路均已繞避各礦采空區(qū)及巷道，但是存在不同程度壓礦現(xiàn)象。如圖2為線(xiàn)路與三個(gè)主要礦區(qū)關(guān)系。

圖2 線(xiàn)路與桑植主要三個(gè)礦區(qū)平面位置

3.2 特殊巖土

本段特殊巖土主要為軟土、松軟土，人工填土及膨脹巖。軟土及松軟土主要分布在澧水河階地表層、山間洼地、水田及斜坡地帶，大多呈薄層狀或透鏡體狀分布;人工填土主要為路基填料、公路填土及棄渣等，膨脹巖為分布于張家界附近的白堊系泥巖、泥質(zhì)砂巖，經(jīng)初測(cè)、定測(cè)取樣化驗(yàn)，具有弱膨脹性，對(duì)工程有一定影響，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)根據(jù)工程類(lèi)型、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)等，采取必要的處理措施。

4 地質(zhì)選線(xiàn)原則及方案對(duì)比

4.1 地質(zhì)選線(xiàn)原則

結(jié)合上述存在的地質(zhì)問(wèn)題和本地區(qū)地質(zhì)主要特點(diǎn)，按規(guī)范中有關(guān)不良地質(zhì)和特殊巖土的選線(xiàn)原則，結(jié)合橋隧工程情況，從安全、經(jīng)濟(jì)、可行的角度出發(fā)，在方案比選時(shí)重點(diǎn)進(jìn)行以下幾個(gè)方面考慮。

對(duì)于巖溶，由于全區(qū)巖溶普遍較為發(fā)育，無(wú)法繞避，只能通過(guò)最佳的方式通過(guò)巖溶地區(qū)，考慮到本地區(qū)巖溶特點(diǎn)，在選擇方案時(shí)，結(jié)合地形條件及巖溶發(fā)育規(guī)律，盡量抬高線(xiàn)路行走高程，避免在巖溶強(qiáng)烈發(fā)育區(qū)及低洼地帶通行。對(duì)于路基，大的洼地、谷地等盡量以路基通過(guò)，并選擇在洼地較高處通過(guò)，避免在巖溶集中發(fā)育區(qū)通過(guò)，避免高挖、高填;對(duì)于容易處理的巖溶，盡量選擇路基通過(guò)，對(duì)于不易處理的巖溶以橋代路。對(duì)于橋梁，在通過(guò)洼地時(shí)避免正穿，而選擇斜坡處通過(guò)，在滿(mǎn)足水文等條件下，盡量降低起橋高度，減少橋梁長(zhǎng)度。對(duì)于隧道工程，盡量選擇在山脊或穿越洼地底部較高處通過(guò)，盡量避開(kāi)地表巖溶強(qiáng)烈發(fā)育地段，如大的巖溶洼地、溶洞、落水洞，盡量使隧道洞身處于垂直滲流帶內(nèi)，減少涌水、突泥等地質(zhì)災(zāi)害。

本段滑坡、巖堆、危巖落石、溜塌、順層等不良地質(zhì)較為發(fā)育，在線(xiàn)路選線(xiàn)過(guò)程中，對(duì)于大的不良地質(zhì)體滑坡等應(yīng)該進(jìn)行繞避，無(wú)法繞避的應(yīng)用最佳的方式通過(guò)，比如對(duì)滑坡集中分布較多段應(yīng)該以隧道形式通過(guò)，避免露頭。

對(duì)煤礦、鐵礦和鉛鋅礦等采空及巷道，通過(guò)收集資料、調(diào)查、物探等手段，查清其分布范圍、特征和影響，使線(xiàn)路從安全廊道內(nèi)通過(guò)，在選線(xiàn)時(shí)應(yīng)對(duì)采空區(qū)進(jìn)行繞避，無(wú)法繞避的，盡量避開(kāi)其主采空區(qū)，從礦區(qū)最短的地方通過(guò)。對(duì)于壓礦段或者距離較近的礦區(qū)，應(yīng)限制其開(kāi)采。

該區(qū)地層巖性主要成條帶狀走向分布，斷層帶內(nèi)、褶皺核部、巖性接觸帶附近巖體破碎且富水，對(duì)隧道等工程影響較大，線(xiàn)路應(yīng)該以大角度、次數(shù)少穿過(guò)斷層，褶皺核部及巖性接觸帶，且應(yīng)該把線(xiàn)路置于地層單一，巖性簡(jiǎn)單的向斜、背斜一翼，避免線(xiàn)路通過(guò)巖體破碎、富水的構(gòu)造核部或沿構(gòu)造線(xiàn)展線(xiàn)。

本地區(qū)地下水、地表水發(fā)育，降雨豐富，地下水對(duì)隧道工程的影響較大，選線(xiàn)時(shí)應(yīng)盡量把線(xiàn)路設(shè)置在水文地質(zhì)條件簡(jiǎn)單的嶺脊或者巖溶水不發(fā)育地段，避免將隧道工程設(shè)置在地下水排泄區(qū)及從暗河下方通過(guò)，盡量以橋梁通過(guò)暗河。

志留系頁(yè)巖巖質(zhì)軟，圍巖穩(wěn)定性差，邊坡穩(wěn)定性差，選線(xiàn)應(yīng)盡量把線(xiàn)路放于圍巖穩(wěn)性好的硬質(zhì)巖層中，且不易在頁(yè)巖地段進(jìn)行深挖及半填半挖，挖方邊坡應(yīng)進(jìn)行適當(dāng)防護(hù)。

白堊系礫巖、砂巖及泥巖，成巖作用差，其中泥巖具有弱膨脹性，線(xiàn)路通過(guò)時(shí)不應(yīng)進(jìn)行高挖深填。

4.2 局部線(xiàn)路方案比選

該區(qū)線(xiàn)路選擇主要受地質(zhì)條件控制，影響線(xiàn)路地質(zhì)因素主要為:(1)巖溶發(fā)育，(2)滑坡分布，(3)采空區(qū)及人為坑洞，(4)穿越褶皺、斷層的次數(shù)。本次方案經(jīng)過(guò)多次、大面積比選，最終確定了DK貫通方案。圖3為晏家堡至桑植段方案比選示意。

圖3 晏家堡至桑植段方案比選示意

5 結(jié)論

本線(xiàn)路通過(guò)河谷及中低山區(qū)，地層結(jié)構(gòu)復(fù)雜，不良地質(zhì)發(fā)育，尤其巖溶，工程地質(zhì)條件較差。在地質(zhì)復(fù)雜的山區(qū)進(jìn)行選線(xiàn)，應(yīng)更多的考慮工程地質(zhì)條件，抓住影響方案的關(guān)鍵問(wèn)題，本段選線(xiàn)在充分利用既有區(qū)域地質(zhì)資料、初測(cè)資料的基礎(chǔ)上，進(jìn)行了詳細(xì)的工程地質(zhì)和水文地質(zhì)調(diào)查，運(yùn)用綜合地質(zhì)勘查手段，通過(guò)對(duì)巖溶、滑坡，采空等問(wèn)題的分析和研究，繞避了大的不良地質(zhì)體及大部分采空區(qū)，改善了線(xiàn)路條件。經(jīng)過(guò)大面積比選，選定了工程條件較好的DK方案，極大的降低了施工風(fēng)險(xiǎn)和運(yùn)營(yíng)安全隱患，取得了良好的社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益。

［1］ 中鐵第一勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)公司．新建黔張江至張家界至常德鐵路初步設(shè)計(jì)第四篇(地質(zhì))［Z］．西安:中鐵第一勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)公司，2011

［2］ 中鐵第一勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)公司．新建黔張江至張家界至常德鐵路二隊(duì)地質(zhì)匯報(bào)材料［Z］．西安:中鐵第一勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)公司，2011

［3］ 鐵道第二勘察設(shè)計(jì)院．鐵路工程地質(zhì)手冊(cè)［M］．北京:中國(guó)鐵道出版社，1999

［4］ 鐵道第一勘察設(shè)計(jì)院．鐵路工程地質(zhì)勘察規(guī)范［S］．北京:中國(guó)鐵道出版社，2007

［5］ 鐵道第二勘察設(shè)計(jì)院．鐵路工程不良地質(zhì)勘察規(guī)范［S］．北京:中國(guó)鐵道出版社，2001

［6］ 桑植縣國(guó)土資源局．各礦規(guī)劃礦界及開(kāi)采圖［Z］．桑植:桑植國(guó)土資源局，2009