梁 棟

(中鐵第一勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司，陜西西安 710043)

新建黔(江)張(家界)常(德)鐵路是我國(guó)中長(zhǎng)期鐵路規(guī)劃中補(bǔ)充和完善區(qū)域鐵路網(wǎng)，促進(jìn)地方經(jīng)濟(jì)發(fā)展，體現(xiàn)國(guó)家民族政策，促進(jìn)民族團(tuán)結(jié)的重要鐵路建設(shè)項(xiàng)目。黔張常鐵路走行于武陵山區(qū)，連接了渝東南、鄂西南、湘西北地區(qū)，是重慶黔江至湖南常德的重要運(yùn)輸通道。線路全長(zhǎng)380 km，其中土落坪洼地至龍鳳西段長(zhǎng)約21 km。穿越該段巖溶發(fā)育區(qū)的方案是全線的主要控制方案，方案的最終選擇將直接影響全線的建設(shè)質(zhì)量、工期和投資。目前，國(guó)內(nèi)外巖溶地區(qū)鐵路結(jié)合地質(zhì)、工程設(shè)置的綜合選線比選研究仍較少，有必要進(jìn)行深入探討和研究。

1 自然條件

1.1 地形地貌

本段沿線屬低中山區(qū)地貌，山巒重疊，峭壁林立，群山起伏，溝谷深幽，植被極為發(fā)育。段內(nèi)武陵山區(qū)大堡梁嶺頂高程1 200 m，起點(diǎn)土落坪高程800 m，終點(diǎn)龍鳳西高程500 m。高差達(dá)300 m。區(qū)域內(nèi)國(guó)道、省道蜿蜒曲折，交通極為不便。

1.2 地震參數(shù)

根據(jù)《中國(guó)地震動(dòng)參數(shù)區(qū)劃圖》(GB18306—2001)，測(cè)區(qū)地震動(dòng)峰值加速度值為0.05g，地震動(dòng)反應(yīng)譜特征周期0.35 s。

2 該段工程地質(zhì)概況及控制因素

2.1 地質(zhì)概況

本段沿線所經(jīng)山體大多由可溶巖構(gòu)成，寬厚雄奇，總體走向呈北北東向和北東向，山脈與河谷相間分布。線路在土落坪至革勒車段范圍內(nèi)地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜，寒武系，奧陶系，二疊系，三疊系中的灰?guī)r、白云巖、泥灰?guī)r等碳酸鹽類可溶巖大面積出露，巖溶強(qiáng)烈發(fā)育。巖溶區(qū)大型巖溶洼地、落水洞、漏斗、溶洞、暗河及大泉發(fā)育。本段線路位于來鳳向斜西北翼，斷裂構(gòu)造較為發(fā)育。線路在革勒車至龍鳳西段為志留系下統(tǒng)龍馬溪群組頁(yè)巖夾砂巖，中統(tǒng)羅惹坪組頁(yè)巖，區(qū)內(nèi)滑坡、錯(cuò)落發(fā)育。

2.2 控制因素

本區(qū)段控制線路走向的主要因素有巖溶、斷裂構(gòu)造、滑坡、水庫(kù)等。

3 線路方案研究

本段內(nèi)地形起伏變化劇烈，革勒車鄉(xiāng)所在地地勢(shì)低洼，地面高程與周邊山地高差百米以上，屬典型的武陵山脈中山區(qū)地貌，土落坪與龍鳳西高差較大。為滿足龍鳳西的設(shè)站條件，線路需從土落坪引出后足坡而下，這使得鐵路布線與暗河的交叉不可避免，查明線路與暗河交叉處的地下暗河高程以及與線路高程的相對(duì)關(guān)系，對(duì)確定線路走向和橋隧工程設(shè)置非常重要。

結(jié)合區(qū)域地質(zhì)資料，通過遙感解析以及前期的大面積地質(zhì)調(diào)查測(cè)繪、工程物探和鉆探，查明本段分布有2條大的暗河、6條斷裂，同時(shí)查明了各暗河的高程。在對(duì)該區(qū)域地形地貌、地質(zhì)情況有較深認(rèn)識(shí)的情況下，結(jié)合革勒車橋位等主要控制點(diǎn)，研究了3個(gè)線路方案并進(jìn)行比選，如圖1所示。

圖1 巖溶發(fā)育段地質(zhì)選線方案示意

3.1 線路方案

方案Ⅰ:金光水庫(kù)北側(cè)隧道方案

線路自土落坪以4.03 km長(zhǎng)隧道穿大堡梁后于金光水庫(kù)北側(cè)(上游)足坡而下，在革勒車鄉(xiāng)北側(cè)設(shè)橋，跨過岔河后以橋隧引線至比較終點(diǎn)龍鳳西。該方案線路長(zhǎng)度21.49 km，橋隧總長(zhǎng)19.34 km，線路通過可溶巖長(zhǎng)度10.3 km，巖溶隧道4座，長(zhǎng)8.6 km。

方案Ⅱ:金光水庫(kù)南側(cè)低高程橫洞方案

該方案由土落坪以較低高程、3.86 km長(zhǎng)隧道穿大堡梁后，以橋的形式于金光水庫(kù)下游1 km處通過，然后以橋跨越革勒車鄉(xiāng)，到達(dá)方案比較終點(diǎn)。線路長(zhǎng)度21.5 km，橋隧總長(zhǎng)19.54 km，巖溶隧道4座，長(zhǎng)8.3 km。

方案Ⅲ:金光水庫(kù)南側(cè)高高程反坡平導(dǎo)方案

該方案由土落坪以較高高程、3.75 km長(zhǎng)隧道穿大堡梁后，在金光水庫(kù)下游以橋跨越革勒車鄉(xiāng)，到達(dá)方案比較終點(diǎn)。線路長(zhǎng)度21.3 km，橋隧總長(zhǎng)19.54 km，巖溶隧道4座，長(zhǎng)7.38 km。

3.2 工程地質(zhì)條件分析

控制點(diǎn)之一的大堡梁隧道位于來鳳向斜西翼，產(chǎn)狀 N55°W/60°～70°S，軸向 N30°E，軸面傾向 NW。斷裂構(gòu)造較為發(fā)育，通過地層為寒武系上統(tǒng)灰?guī)r、灰?guī)r夾白云巖，奧陶系下統(tǒng)灰?guī)r。入口位于土落坪洼地邊緣，洼地地表高程為800 m左右，各方案本座隧道均位于可溶巖中。線路在54 km附近與1號(hào)暗河相交，暗河在此處高程約為800 m，巖層產(chǎn)狀N60°E∠7°SE。1號(hào)暗河主要由暗河周圍地表徑流匯集補(bǔ)給，線路北側(cè)山體有封閉洼地，地表徑流匯集部分流入暗河，是暗河的主要補(bǔ)給源。線路南側(cè)山體為單面坡，無封閉洼地，地表徑流直接匯入下游河中，對(duì)暗河無補(bǔ)給，各方案線路高程均在暗河之下。與暗河相交處，方案Ⅰ隧道頂距暗河底45 m，方案Ⅱ隧道頂距暗河底40 m，方案Ⅲ隧道頂距暗河底30 m。方案Ⅰ隧道位于垂直滲流帶中長(zhǎng)度為700 m，方案Ⅱ隧道位于垂直滲流帶中長(zhǎng)度為1 060 m，方案Ⅲ隧道位于垂直滲流帶中長(zhǎng)度為1 240 m。由于方案Ⅲ在隧道內(nèi)高程較高，該方案隧道位于垂直滲流帶的長(zhǎng)度略長(zhǎng)于方案Ⅱ。

方案Ⅱ以橋過林家坪張性兼扭性斷裂F3，方案Ⅰ和方案Ⅲ均以隧道過該斷層。通過該斷層的工程設(shè)置方案Ⅱ優(yōu)于方案Ⅰ和方案Ⅲ。

各方案與2號(hào)暗河相交時(shí)都以橋跨越。此暗河對(duì)線路影響不大。

方案Ⅰ的2號(hào)隧道行走于金光水庫(kù)北側(cè)，隧道埋深120 m，洞身設(shè)計(jì)高程低于常年蓄水位。本段巖溶、落水洞、漏斗發(fā)育，水庫(kù)漏水嚴(yán)重，經(jīng)過多次水泥灌漿治理，才勉強(qiáng)蓄水。水庫(kù)蓄水通過巖層裂隙或溶洞與地下聯(lián)通，工程存在較大風(fēng)險(xiǎn)。

方案Ⅱ與方案Ⅲ的2號(hào)隧道山體上無封閉洼地，地表徑流流入岔河，雖在可溶巖地層，但巖溶不發(fā)育，無巖溶水影響。方案Ⅱ與方案Ⅲ的2號(hào)隧道工程地質(zhì)特性明顯優(yōu)于方案Ⅰ。

3.3 工程設(shè)置及工程投資分析

(1)隧道施工條件分析

方案Ⅰ大堡梁隧道施工組織采用進(jìn)口+進(jìn)口平導(dǎo)兩個(gè)工區(qū)設(shè)計(jì)。在隧道出口右側(cè)25 m設(shè)置一座平導(dǎo)。擔(dān)負(fù)正洞施工中的超前地質(zhì)預(yù)報(bào)、逃生通道、異常處理通道等。施工工期為45個(gè)月。

方案Ⅱ在大堡梁隧道中部設(shè)置1 320 m的橫洞輔助施工，增加施工工作面。通過合理的施工組織以及超前地質(zhì)預(yù)報(bào)等措施，確保施工安全及施工工期。施工工期為33個(gè)月。

方案Ⅲ從大堡梁隧道進(jìn)口左側(cè)設(shè)1 000 m的反坡平導(dǎo)兩工作面施工，滿足工期要求。施工工期為35個(gè)月。

三個(gè)方案大堡梁隧道的地質(zhì)情況基本相當(dāng)，雖與暗河交叉處線路高程均位于推測(cè)暗河高程之下。但方案Ⅱ較方案Ⅰ、方案Ⅲ輔助坑道條件好，施工工期最短。

(2)橋梁設(shè)置分析

各方案革勒車橋位工程情況見表1。

表1 革勒車橋位工程設(shè)置比較

從表1分析可知，革勒車橋方案Ⅰ高墩數(shù)量較少，橋高低;方案Ⅱ橋最短，高墩段落長(zhǎng)度短;方案Ⅲ橋高大，高墩多，工程巨大。

(3)工程投資分析

各方案巖溶隧道長(zhǎng)度相當(dāng)，巖溶治理費(fèi)用相差不大。但革勒車橋位整體較高，在保證工程可行，各方案均采用最優(yōu)化的橋跨布置形式的情況下，高墩大跨仍造成各方案造價(jià)差別較大。綜合比較段落各工點(diǎn)設(shè)置情況，方案Ⅰ造價(jià)較方案Ⅱ低2 300萬(wàn)。方案Ⅲ較方案Ⅱ高5 000萬(wàn)。

3.4 比選結(jié)果

通過以上比選分析，在探明暗河與線路的相對(duì)位置關(guān)系后。方案Ⅱ以明線過斷層，革勒車橋位最優(yōu)。方案Ⅲ雖以線路高高程獲得了在巖溶隧道中略長(zhǎng)的垂直滲流帶，隧道條件有所改善，但工程代價(jià)太大。方案Ⅰ在穿越2號(hào)隧道時(shí)存在明顯的工程風(fēng)險(xiǎn)，予以舍棄。因此選擇工點(diǎn)設(shè)置合理、工程可行、造價(jià)適中的方案Ⅱ作為推薦方案。

4 研究結(jié)論

通過對(duì)三種具體方案優(yōu)劣的詳細(xì)對(duì)比研究，得到了關(guān)于穿越巖溶地區(qū)工程地質(zhì)選線方案設(shè)計(jì)時(shí)的一些指導(dǎo)性結(jié)論:

(1)在山區(qū)選線勘測(cè)中，特別是巖溶地區(qū)，工程地質(zhì)對(duì)線路位置的確定、方案的取舍起著決定性的作用，必須重視工程地質(zhì)選線這一環(huán)節(jié)，才能避免或減少選線失誤。

(2)巖溶地區(qū)地質(zhì)選線應(yīng)處理好局部與整體的關(guān)系。巖溶發(fā)育地段，一般線路以繞避為主，或選擇在巖溶發(fā)育較弱的地區(qū)通過為宜。但有時(shí)受重大工程或控制性工程位置的技術(shù)要求限制，致使路基、橋涵、隧道等工程完全避開巖溶是不可能的。穿越巖溶區(qū)有時(shí)從局部看可能是不理想的或不經(jīng)濟(jì)的，但從整段線路總體來看，則可能是經(jīng)濟(jì)合理的。故巖溶區(qū)地質(zhì)選線，必須通過綜臺(tái)勘探手段查明巖溶分布范圍、發(fā)育特征、發(fā)展趨勢(shì)，研究可行的整治措施。然后進(jìn)行多方案多措施比選，確定工程可行、經(jīng)濟(jì)合理的線路方案。

[1]何振寧.區(qū)域工程地質(zhì)與鐵路選線[M］.北京:中國(guó)鐵道出版社，2002

[2]景積倉(cāng).西安至成都客運(yùn)專線秦嶺山區(qū)地質(zhì)選線研究[J］.鐵道工程學(xué)報(bào)，2011(10):14-18

[3]黃樹標(biāo).可溶巖地質(zhì)問題及鐵路勘察設(shè)計(jì)原則淺議[J］.鐵道標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)，2008(5):22-24

[4]孫永發(fā).合武鐵路大別山地區(qū)工程地質(zhì)選線[J］.鐵道標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)，2011(4):19-21

[5]鐵道部第一勘察設(shè)計(jì)院.鐵路工程設(shè)計(jì)技術(shù)手冊(cè)－線路[M］.北京:中國(guó)鐵道出版社，1994

[6]中華人民共和國(guó)鐵道部.TB10012—2007 鐵路工程地質(zhì)勘察規(guī)范[S］.北京:中國(guó)鐵道出版社，2007

[7]中華人民共和國(guó)建設(shè)部.GB50021—2001 巖土工程勘察規(guī)范[S］.北京:中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2002

[8]常士驃，張?zhí)K民.工程地質(zhì)手冊(cè)[M］.第四版.北京:中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2006

[9]中華人民共和國(guó)鐵道部.TB10027—2001 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

[10］鐵道部第一勘察設(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