張雨露，鄧 睿，杜宇本

(中鐵二院工程集團(tuán)有限責(zé)任公司，四川 成都 610031)

1 工程概況

擬建芒市至猴橋鐵路自在建大理至瑞麗鐵路芒市西站引出，折向西北，途經(jīng)梁河縣、騰沖市，止于中緬交界的猴橋口岸，線(xiàn)路總體走向?yàn)榻媳毕颉Ｈ€(xiàn)為單線(xiàn)，線(xiàn)路全長(zhǎng)147.404 km，設(shè)計(jì)速度為160 km/h，梁河(車(chē)站)至騰沖(車(chē)站)段正線(xiàn)長(zhǎng)約31 km。

線(xiàn)路位于青藏高原南東緣之橫斷山脈南西端。地勢(shì)北部高，南部低，由北向南傾斜。地貌發(fā)育主要受構(gòu)造控制，梁河—騰沖段線(xiàn)路通過(guò)盆地，低中山，地形起伏較大。梁河盆地為斷陷盆地，最低高程約 1 100 m；騰沖盆地為典型的火山堰塞湖盆地，最大高程約 1 630 m。梁河境內(nèi)線(xiàn)路附近主要河流為大盈江。

線(xiàn)路位于騰沖—梁河弧形構(gòu)造帶內(nèi)，地質(zhì)構(gòu)造極為復(fù)雜，新構(gòu)造運(yùn)動(dòng)活躍且強(qiáng)烈，具有繼承性和新生性，主要表現(xiàn)為地殼隆升、火山活動(dòng)、地?zé)峄顒?dòng)和斷裂活動(dòng)。沿線(xiàn)構(gòu)造以斷裂為主，褶皺主要表現(xiàn)為次級(jí)小褶皺，斷裂主要為大盈江活動(dòng)斷裂F1、古永—中和街活動(dòng)斷裂F2(圖1)。

圖1 沿線(xiàn)構(gòu)造體系

2 主要工程地質(zhì)問(wèn)題

擬建芒猴鐵路工程地質(zhì)條件具有“三高四活躍”的特點(diǎn)[1]，梁河至騰沖段不良地質(zhì)主要有活動(dòng)斷裂、高地溫、高地應(yīng)力、滑坡、泥石流、地震液化等，其中影響方案選擇的主要工程地質(zhì)問(wèn)題為活動(dòng)斷裂、高地溫及梁河盆地高階地上的更新統(tǒng)沖積砂層。

2.1 活動(dòng)斷裂

梁河至騰沖段沿線(xiàn)新生代以來(lái)地震活動(dòng)頻繁、強(qiáng)烈。大盈江活動(dòng)斷裂F1是騰沖地塊內(nèi)部一條十分顯著的NE向斷裂帶，以左旋走滑活動(dòng)為主。斷裂北端始于騰沖以西，沿梁河盆地、盈江盆地邊緣延伸，經(jīng)曼線(xiàn)街、芭蕉寨、西帕河，止于八莫盆地，全長(zhǎng)約140 km。斷裂走向NE40°～75°，主體傾向NW，傾角較陡[2]。全線(xiàn)斷裂的活動(dòng)速率為1.2～2.5 mm/年[3]。

古永—中和街活動(dòng)斷裂F2南起騰沖縣城的西北部，向北經(jīng)和順鎮(zhèn)、熱海社區(qū)、中和鄉(xiāng)、猴橋鎮(zhèn)一直延伸至中緬邊境地區(qū)。斷裂總體走向近NS，傾向W，傾角較陡，長(zhǎng)約70 km，自晚新生代以來(lái)以右旋走滑活動(dòng)為主。

沿線(xiàn)地震烈度為Ⅷ度。梁河一帶歷史上曾在1757年和1899年發(fā)生2次5級(jí)地震。2011年以來(lái)沿?cái)嗔研≌鸹顒?dòng)頻繁，先后發(fā)生了一系列3級(jí)以上地震。

綜上，該線(xiàn)路受活動(dòng)斷裂影響明顯，未來(lái)發(fā)生中、強(qiáng)地震及其誘發(fā)的地質(zhì)災(zāi)害將對(duì)鐵路地表工程產(chǎn)生較嚴(yán)重的不利影響。

2.2 高地溫

云南省具有較高的區(qū)域地?zé)岜尘?，?jù)調(diào)查騰沖的溫泉(群)達(dá)到91個(gè)，類(lèi)型復(fù)雜，規(guī)模宏大，溫泉出露集中[4]。溫泉的成因與巖漿噴發(fā)和侵入、巖石的變質(zhì)作用及斷裂活動(dòng)密切相關(guān)。含水層中放射性元素的蛻變、儲(chǔ)熱層特征、蓋層性質(zhì)、地震活動(dòng)及地?zé)嵩鰷貙?duì)熱水的形成有一定的影響。

梁河縣及騰沖市境內(nèi)溫泉的分布主要受騰沖弧形構(gòu)造的控制，溫泉多沿?cái)嗔殉雎?，具有多而密的特?見(jiàn)圖2)。線(xiàn)路附近典型的高溫溫泉有梁河龍窩溫泉(97 ℃)、大坪子溫泉(87 ℃)、荷花熱水塘(100 ℃)和騰沖熱水塘(145 ℃)。

圖2 沿線(xiàn)溫泉分布

對(duì)于隧道內(nèi)溫度高于72 ℃的高地溫和高溫?zé)崴?汽)目前國(guó)內(nèi)外尚無(wú)成熟的處理措施。根據(jù)TB 10027—2012 《鐵路工程不良地質(zhì)勘察規(guī)程》[5]，依據(jù)溫度高低將沿線(xiàn)地溫帶劃分為高溫帶、中溫帶、低溫帶(見(jiàn)圖2)。復(fù)雜且活躍的地下水熱活動(dòng)，以及水熱活動(dòng)區(qū)內(nèi)導(dǎo)熱構(gòu)造的發(fā)育將給隧道工程帶來(lái)極大影響。

2.3 更新統(tǒng)沖積砂層

梁河盆地是受大盈江活動(dòng)斷裂控制的斷陷盆地，盆地呈NE走向，長(zhǎng)30 km，寬6～8 km。盆地內(nèi)主要為第四系沖積、洪積砂層、礫石層夾粉質(zhì)黏土、褐煤等，厚約300 m。盆地兩岸Ⅰ～Ⅳ級(jí)階地不對(duì)稱(chēng)，海拔 1 100～1 300 m，周邊山區(qū)海拔約2 200 m。

線(xiàn)路主要穿過(guò)中更新統(tǒng)地層，厚約80 m，廣泛分布于大盈江河谷兩岸Ⅲ級(jí)階地[6]。據(jù)鉆探揭示，中更新統(tǒng)地層以中細(xì)砂為主，局部為礫砂、粗砂夾粉質(zhì)黏土、粉土及褐煤。線(xiàn)路局部穿過(guò)上更新統(tǒng)礫石、砂層夾少量炭質(zhì)黏土，以及下更新統(tǒng)礫石、砂層。更新統(tǒng)砂層在降雨影響下穩(wěn)定性降低，多處形成小面積的坍塌及溜坍，堆積于坡腳。砂層隧道在水下隧道、城市地鐵中廣泛存在，主要采用盾構(gòu)法開(kāi)挖。由于砂層具有含水率高、滲透系數(shù)大、穩(wěn)定性差、易受施工擾動(dòng)等特點(diǎn)，開(kāi)挖過(guò)程中易出現(xiàn)開(kāi)挖面失穩(wěn)、地面沉降、塌陷等風(fēng)險(xiǎn)[7-8]。因此，該地層路基挖方邊坡穩(wěn)定性差，隧道圍巖穩(wěn)定性差，施工難度大。

3 地質(zhì)選線(xiàn)原則

根據(jù)沿線(xiàn)主要工程地質(zhì)問(wèn)題，參考類(lèi)似條件下大瑞鐵路、川藏鐵路的地質(zhì)選線(xiàn)原則[9-11]，確定該段鐵路工程地質(zhì)選線(xiàn)原則如下：

1)線(xiàn)路應(yīng)盡量避開(kāi)或遠(yuǎn)離活動(dòng)斷裂，無(wú)法繞避時(shí)應(yīng)與之大角度相交，并采用簡(jiǎn)易工程通過(guò)，如低矮路堤、簡(jiǎn)支梁矮橋、小隧道，嚴(yán)禁高墩、大跨、特殊結(jié)構(gòu)橋梁。

2)線(xiàn)路應(yīng)盡量采用路基、橋梁等明線(xiàn)工程通過(guò)地?zé)岙惓^(qū)。若必須采用隧道，則應(yīng)以傍山淺埋短隧為宜，以避免隧道施工過(guò)程中發(fā)生高地溫地質(zhì)災(zāi)害，減小工程處理難度。

3)線(xiàn)路應(yīng)盡量避免以隧道形式通過(guò)第四系中更新統(tǒng)沖積砂層，橋梁、路基工程通過(guò)時(shí)應(yīng)加強(qiáng)支擋防護(hù)措施，減小擾動(dòng)。

因有活動(dòng)斷裂要求降低線(xiàn)路標(biāo)高，以低矮工程通過(guò)。因存在高地溫和中更新統(tǒng)砂層又要求線(xiàn)路盡量抬升標(biāo)高，以淺埋短隧或明線(xiàn)工程通過(guò)。如何在較短距離內(nèi)同時(shí)滿(mǎn)足這2個(gè)原則，是本次線(xiàn)路方案選擇的難點(diǎn)。

4 線(xiàn)路方案比選

4.1 梁河至荷花段地質(zhì)選線(xiàn)方案

根據(jù)上述地質(zhì)選線(xiàn)原則，該段在控制線(xiàn)路標(biāo)高的基礎(chǔ)上進(jìn)行了選線(xiàn)研究，重點(diǎn)分析了梁河?xùn)|側(cè)站位方案C1K、梁河西側(cè)低站位方案C2K、梁河西側(cè)高站位方案C3K，見(jiàn)圖3。3種方案對(duì)比見(jiàn)表1。

由圖3和表1可知：C1K方案大盈江橋受活動(dòng)斷裂影響大，兩隧道高地溫風(fēng)險(xiǎn)均相對(duì)較小，新寨隧道進(jìn)口穿越砂層長(zhǎng)度相對(duì)較短；C2K方案隧道1受活動(dòng)斷裂影響較小，但高地溫風(fēng)險(xiǎn)大，隧道穿越砂層總長(zhǎng)度較大；C3K方案隧道1及橋梁受活動(dòng)斷裂影響較小，但穿越的次級(jí)構(gòu)造最多，隧道1高地溫風(fēng)險(xiǎn)最大，且圍巖穩(wěn)定性較差。就目前線(xiàn)路走向和工程設(shè)置，C1K方案工程地質(zhì)條件優(yōu)于C2K及C3K方案。

圖3 梁河至荷花段地質(zhì)選線(xiàn)方案示意

影響因素梁河?xùn)|側(cè)站位方案C1K梁河西側(cè)低站位方案C2K梁河西側(cè)高站位方案C3K線(xiàn)路走向線(xiàn)路經(jīng)小松樹(shù)隧道(長(zhǎng)6 705 m)進(jìn)入梁河縣城后,在老沙壩設(shè)梁河站(標(biāo)高1 110 m),出站后跨過(guò)大盈江(長(zhǎng)2 690.9 m),向北經(jīng)新寨隧道(長(zhǎng)5 125 m)后到達(dá)荷花線(xiàn)路經(jīng)隧道1(長(zhǎng)6 075 m)進(jìn)入梁河縣城后,跨過(guò)大盈江(長(zhǎng)2 123.7 m),沿河西走行,于芒杏村南側(cè)設(shè)梁河站(標(biāo)高1 086 m),后向北經(jīng)隧道2(長(zhǎng)5 295 m)后到達(dá)荷花線(xiàn)路經(jīng)隧道1(長(zhǎng)7 070 m)至下茂福村跨過(guò)大盈江后,經(jīng)隧道2(長(zhǎng)9 995 m)折向梁河縣河西鄉(xiāng)后設(shè)梁河站(標(biāo)高1 200 m),最終到達(dá)荷花活動(dòng)斷裂線(xiàn)路局部沿F1近似平行延伸;大盈江特大橋跨越F1,橋高較大,受活動(dòng)斷裂影響大線(xiàn)路以隧道1跨越F1線(xiàn)路以隧道1及低矮橋梁大角度跨越F1高地溫小松樹(shù)隧道出口段穿越F1,F1連接龍窩溫泉(溫泉距離隧道約4 338 m),高地溫風(fēng)險(xiǎn)相對(duì)較小;新寨隧道進(jìn)口與大坪子溫泉直線(xiàn)距離約2 257 m,高地溫風(fēng)險(xiǎn)相對(duì)較小隧道1出口段穿越F1,F1連接龍窩溫泉(溫泉距離隧道約2 315 m),高地溫風(fēng)險(xiǎn)大隧道1出口段穿越F1,F1連接龍窩溫泉(溫泉距離隧道約5 366 m),附近次級(jí)斷裂十分發(fā)育,導(dǎo)熱可能性大,高地溫風(fēng)險(xiǎn)最大更新統(tǒng)砂層新寨隧道進(jìn)口段穿砂層段落較短(230 m)隧道1出口段穿砂層105 m,隧道2進(jìn)口段穿砂層210 m砂層對(duì)線(xiàn)路方案無(wú)影響

以C1K方案梁河車(chē)站為起點(diǎn)，又研究了大盈江西側(cè)緊坡取直高橋方案C4K及大盈江東側(cè)方案C5K，參見(jiàn)圖3。3個(gè)方案中C1K與C4K方案通過(guò)的地層巖性及構(gòu)造相似，C5K方案還通過(guò)第三系泥巖、砂巖及喜山期玄武巖、安山巖，方案對(duì)比見(jiàn)表2。由圖3和表2可知：C1K方案大盈江橋受活動(dòng)斷裂影響大，隧道高地溫風(fēng)險(xiǎn)相對(duì)較大，隧道通過(guò)砂層長(zhǎng)度較短；C4K方案線(xiàn)路較短，大盈江橋高大于C1K方案大盈江橋高，受活動(dòng)斷裂影響更大，但隧道高地溫風(fēng)險(xiǎn)相對(duì)較?。籆5K方案橋梁受活動(dòng)斷裂影響明顯，且隧道高地溫風(fēng)險(xiǎn)極大，隧道通過(guò)砂層長(zhǎng)度最大，圍巖穩(wěn)定性差。就目前線(xiàn)路走向和工程設(shè)置，C1K方案工程地質(zhì)條件優(yōu)于C4K及C5K方案。

4.2 荷花至騰沖段地質(zhì)選線(xiàn)方案

基于梁河—荷花段地質(zhì)線(xiàn)路方案比選結(jié)果，研究了荷花至騰沖段的騰沖高站位低橋方案C6K、騰沖低站位方案C7K，以及高橋取直方案C8K。3個(gè)方案通過(guò)的地層巖性及構(gòu)造相似，地質(zhì)條件相對(duì)比較簡(jiǎn)單，方案對(duì)比見(jiàn)表3和圖4。可知：C6K方案以路基形式通過(guò)活動(dòng)斷裂，工程受影響較小；C7K方案位于活動(dòng)斷裂上盤(pán)，橋梁工程受高地溫影響較??；C8K方案以高橋跨越F2,受活動(dòng)斷裂影響大，橋梁受高地溫影響較小。就目前線(xiàn)路走向和工程設(shè)置，C6K方案工程地質(zhì)條件優(yōu)于C7K及C8K方案。

表2 C1K，C4K，C5K方案對(duì)比

表3 C6K，C7K，C8K方案對(duì)比

圖4 荷花至騰沖段地質(zhì)選線(xiàn)方案示意

5 結(jié)論

1)梁河至騰沖段沿線(xiàn)工程地質(zhì)條件極為復(fù)雜，新構(gòu)造運(yùn)動(dòng)活躍，地震頻發(fā)，水熱活動(dòng)強(qiáng)烈，導(dǎo)致活動(dòng)斷裂、高地溫及第四系更新統(tǒng)沖積砂層成為影響線(xiàn)路方案選擇的主要因素。

2)在現(xiàn)場(chǎng)地質(zhì)勘察及相關(guān)專(zhuān)題研究的基礎(chǔ)上，確定了梁河至騰沖段在復(fù)雜地質(zhì)條件下地質(zhì)選線(xiàn)原則。

3)建議選擇工程地質(zhì)條件相對(duì)較優(yōu)的C1K及C6K方案，即在梁河?xùn)|側(cè)設(shè)站后，向西以低橋跨越大盈江活動(dòng)斷裂，再向北以隧道經(jīng)過(guò)較短砂層到達(dá)荷花后，以路基形式大角度跨越古永—中和街活動(dòng)斷裂，于中和鎮(zhèn)設(shè)騰沖站。

4)由于沿線(xiàn)工程地質(zhì)條件的復(fù)雜性，推薦方案仍然存在一定不足，需加深專(zhuān)題工作對(duì)線(xiàn)路方案進(jìn)一步調(diào)整和優(yōu)化。

[1]杜宇本，蔣良文.大瑞鐵路大保段主要工程地質(zhì)問(wèn)題及地質(zhì)選線(xiàn)[J].鐵道工程學(xué)報(bào)，2010，27(4):23-28.

[2]常祖峰，陳剛，余建強(qiáng).大盈江斷裂晚更新世以來(lái)活動(dòng)的地質(zhì)證據(jù)[J].地震地質(zhì)，2011，33(4)：877-888.

[3]中國(guó)地質(zhì)科學(xué)院地質(zhì)力學(xué)研究所.新建芒市(保山)至猴橋鐵路沿線(xiàn)活動(dòng)斷裂特征及工程影響評(píng)價(jià)專(zhuān)題研究成果報(bào)告[R].北京:中國(guó)地質(zhì)科學(xué)院地質(zhì)力學(xué)研究所，2017.

[4]云南省地質(zhì)局.地質(zhì)圖說(shuō)明書(shū)(騰沖幅1:20萬(wàn))[Z].昆明：云南省地質(zhì)局，1979.

[5]中華人民共和國(guó)鐵道部.TB 10027—2012 鐵路工程不良地質(zhì)勘察規(guī)程[S].北京：中國(guó)鐵道出版社，2012.

[6]中國(guó)人民解放軍〇〇九三三部隊(duì).區(qū)域水文地質(zhì)普查報(bào)告(騰沖幅1∶20萬(wàn))[R].成都：中國(guó)人民解放軍〇〇九三三部隊(duì)，1980.

[7]邱龑?zhuān)瑮钚掳?，徐前衛(wèi)，等.富水砂層隧道開(kāi)挖面穩(wěn)定性及其風(fēng)險(xiǎn)的分析[J].中國(guó)鐵道科學(xué)，2015，36(6):55-62.

[8]吉小明,呂緯.含水砂層隧道圍巖失穩(wěn)破壞機(jī)制及控制研究現(xiàn)狀綜述[J].巖土力學(xué),2009,30(增2):291-296.

[9]李光偉,杜宇本,蔣良文，等.大瑞鐵路高黎貢山越嶺段主要工程地質(zhì)問(wèn)題與地質(zhì)選線(xiàn)[J].地質(zhì)力學(xué)學(xué)報(bào),2015,21(1):73-86.

[10]宋章，張廣澤，蔣良文，等.川藏鐵路工程地質(zhì)特征及地質(zhì)選線(xiàn)原則[J].鐵道建筑，2017，57(2):142-145.

[11]劉玲.川藏鐵路康定至昌都段線(xiàn)路走向方案研究[J].鐵道建筑，2016,56(4):129-133.