吳 洋 于成龍

(1.中鐵二院北方勘察設(shè)計(jì)有限責(zé)任公司，山東 濟(jì)南 250012； 2.山東高速工程檢測有限公司，山東 濟(jì)南 250002)

1 概述

濟(jì)南至萊蕪高速鐵路位于山東省中部，線路西起濟(jì)南市濟(jì)南東客站，向東經(jīng)章丘區(qū)，而后向南經(jīng)雪野、萊蕪區(qū)，終于鋼城區(qū)鋼城東站。新建鐵路正線全長115 km。屬雙線高速鐵路，設(shè)計(jì)行車速度350 km/h，最小曲線半徑7 000 m，最大坡度20‰。濟(jì)南東—章丘段為本線主要的山嶺段落。

2 地質(zhì)環(huán)境條件

2.1 地形、地貌特征

濟(jì)萊鐵路依次經(jīng)過山前傾斜平原區(qū)、魯中低山丘陵隆起區(qū)、泰萊凹陷東側(cè)剝蝕區(qū)。地勢中間高兩頭低，北部平坦開闊，中部山區(qū)溝谷縱橫、地勢起伏，南部萊蕪境內(nèi)低山剝蝕、水土流失形成溝壑地貌。

2.2 地層巖性

濟(jì)南東—章丘段經(jīng)過地層主要以奧陶系、寒武系灰?guī)r、頁巖為主。

2.3 地質(zhì)構(gòu)造

在大地構(gòu)造上，工程場區(qū)位于華北斷塊之魯西地塊內(nèi)的魯中隆起區(qū)。地殼表層屬典型的地臺(tái)式結(jié)構(gòu)，結(jié)晶基底由太古代下部的泰山群變質(zhì)巖組成?；字瞎派练e蓋層發(fā)育，主要由寒武系、奧陶系、石炭系地層組成。

3 地質(zhì)災(zāi)害類型及特征

本段線路走行于傾斜平原與低山丘陵區(qū)，不良地質(zhì)災(zāi)害普遍，同時(shí)具有其地域特點(diǎn)。濟(jì)南礦產(chǎn)資源豐富，煤炭、鐵等開采具有悠久歷史，采空區(qū)廣布；濟(jì)南為著名泉城，沿線巖溶泉水資源豐富，鐵路建設(shè)對(duì)泉水生態(tài)有一定影響。在對(duì)線路進(jìn)一步優(yōu)化比選后，仍存在較大影響的地質(zhì)災(zāi)害問題如下。

3.1 采空區(qū)

本段為濟(jì)東主要的煤、黏土礦礦產(chǎn)資源開發(fā)區(qū)，地下開采礦產(chǎn)資源開發(fā)歷史悠久，長期的礦產(chǎn)資源開采，形成了數(shù)量眾多的采空區(qū)，存在著嚴(yán)重的安全和環(huán)境隱患。

濟(jì)東煤田含煤地層為二疊系、石炭系的太原組和山西組，同時(shí)存伴生黏土礦。太原組、山西組巖性主要由泥質(zhì)巖、粉砂巖、細(xì)砂巖和石灰?guī)r及煤層組成，總厚度約為230 m，可采煤4層～8 層，可采煤層總厚度3.5 m～5.5 m，一般開采深度50 m～800 m，局部煤層出露。采煤方法早期為殘柱式采煤法，現(xiàn)一般為走向長壁或短臂式采煤法，爆破落煤，全部垮落法管理頂板，村下壓煤一般留設(shè)保護(hù)煤柱或者采用條帶法開采。區(qū)內(nèi)主要煤礦有埠村煤礦、東徐馬煤礦、李福煤礦等大小100余個(gè)煤礦企業(yè)，開采時(shí)間主要從1970年—2006年，2016年區(qū)內(nèi)最后一個(gè)大礦——埠村煤礦進(jìn)行了閉坑停采，至此沿線煤礦基本全部關(guān)停。總體看，區(qū)內(nèi)煤層層數(shù)多，但厚度小、變化大，不穩(wěn)定。濟(jì)東煤田開采區(qū)與線路方案示意圖見圖1。

區(qū)內(nèi)分別研究了CK推薦方案(方案一)，沿飛躍大道—大東繞方案(方案二)，飛躍大道—專用線方案(方案三)，飛躍大道—明埠路方案(方案四)四個(gè)方案。

其中除CK方案外，其余三方案在通過西棗園煤礦、武家山鐵礦區(qū)，向東經(jīng)歷城煤礦、東徐馬煤礦后，大東繞方案(方案二)折向南，避開了章丘西部主要煤礦采空區(qū)，于曹范村接入推薦方案；其余兩方案繼續(xù)向東，經(jīng)民泰、李福煤礦后，煤礦專用線方案(方案三)折向南經(jīng)埠村煤礦主采空區(qū)，后引入推薦方案；明埠路方案(方案四)繼續(xù)向東經(jīng)瑯溝煤礦拐向南經(jīng)鑫岳六號(hào)煤礦、埠村煤礦、埠村1號(hào)煤礦后接入推薦方案。

通過采空區(qū)段主要存在廢棄礦井、地面沉降、塌陷、地裂縫等問題，現(xiàn)場調(diào)查及收集資料，沿線采空及塌陷段落見表1。

表1 線路通過采空區(qū)一覽表 km

綜合上述，僅從穿越采空區(qū)范圍考慮，沿飛躍大道—大東繞、飛躍大道—專用線、飛躍大道—明埠路三個(gè)方案通過采空區(qū)段落總長均大于10 km，通過或鄰近采空塌陷區(qū)長度0.455 km～1.132 km，通過區(qū)采煤2層～6層，采深50 m～800 m不等，工程治理難度大，工程地質(zhì)條件差。CK推薦方案繞避了所有采空區(qū)，距最近章靈丘鐵礦，位于移動(dòng)盆地邊界線以外，對(duì)工程影響小，工程地質(zhì)條件相對(duì)較好。

3.2 巖溶

本段沿線地形地質(zhì)條件復(fù)雜，構(gòu)造運(yùn)動(dòng)以緩慢上升為主。魯中隆起地質(zhì)構(gòu)造總體上是一個(gè)以新太古代泰山巖群為基底，以古生代地層為主體的北傾單斜構(gòu)造。單斜構(gòu)造單元中發(fā)育多組斷裂構(gòu)造，將其分割成相對(duì)獨(dú)立的單斜斷塊?？扇軒r地層出露齊全，從寒武系、奧陶系均有分布。巖性多以灰?guī)r、白云巖、碎屑巖類為主，地表巖溶形態(tài)多發(fā)育為溶洞、巖溶洼地、溶蝕槽谷、巖溶泉等，局部地表植被較為茂盛，巖溶水富存豐富，泉群較為發(fā)育。沿線巖溶中等發(fā)育為主。

3.2.1巖溶發(fā)育程度

本段出露的可溶巖地層主要以古生界奧陶系、寒武系為主，線路沿線廣布。從地層看馬家溝組八陡段(O2mbd)和北庵莊段(O1mb)、五陽山段(O1mw)主要巖性為灰?guī)r、豹斑灰?guī)r、泥晶灰?guī)r，奧陶系下統(tǒng)三山子組(O1js)主要巖性為厚層白云巖，寒武系中統(tǒng)張夏組(2jz)主要以鮞?；?guī)r為主；以上地層可溶巖純度較高，巖溶發(fā)育程度高。奧陶系(O)、寒武系中統(tǒng)張夏組灰?guī)r(2jz)屬中等巖溶發(fā)育區(qū)，面巖溶率2%～3%，局部強(qiáng)烈發(fā)育區(qū)，面巖溶率大于5%以上；寒武系其他組地層為巖溶弱發(fā)育區(qū)，面巖溶率1%～2%。

3.2.2巖溶發(fā)育形態(tài)

沿線地表巖溶以禿山、干谷、溶溝、溶槽為主，地下巖溶以溶洞、巖溶泉為特征。山區(qū)土壤植被稀少，缺少雨水的經(jīng)常性溶蝕作用，因此山區(qū)地表僅在順層緩坡局部地帶發(fā)育有片狀石芽、溶溝等巖溶景觀。在灰?guī)r陡坡的不同高程殘留部分古代巖溶遺存的干溶洞。

濟(jì)南被譽(yù)為“泉城”，泉水是濟(jì)南的象征。推薦線路主要穿越郭店單斜即白泉泉域，比選線路局部穿越明水單斜即明水泉域。區(qū)域內(nèi)的主要泉群有白泉泉群、玉河泉泉群、百脈泉泉群。

3.2.3選線原則

區(qū)內(nèi)水文地質(zhì)條件復(fù)雜，溶洞、巖溶干谷等巖溶形態(tài)及巖溶泉、斷層泉等發(fā)育，線路通過時(shí)，施工易引起危害及造成環(huán)境工程地質(zhì)問題，應(yīng)避免穿越地表漏斗、溶蝕洼地發(fā)育區(qū)。

影響巖溶地區(qū)線路選擇的因素很多，必須多方面進(jìn)行分析，在滿足它們特定要求的基礎(chǔ)上，擬定所有可能的線路方案，進(jìn)行技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較，權(quán)衡利弊后決定取舍。就地質(zhì)條件而言，在碳酸鹽巖地區(qū)雖然有巖溶危害，但一經(jīng)查清并妥善處理，對(duì)線路的安全還是有保障的。而非碳酸鹽巖地區(qū)也有不少工程地質(zhì)問題，如軟質(zhì)巖隧道圍巖強(qiáng)度低、穩(wěn)定性差，易發(fā)生圍巖變形且容易遺留病害。同時(shí)本段沿線采空區(qū)分布廣泛，穩(wěn)定性差，采空區(qū)對(duì)線路安全的影響大于一般的巖溶發(fā)育地區(qū)。線路通過巖溶地區(qū)，巖溶越發(fā)育，洞穴及巖溶水的危害越大，克服障礙越困難，工程處理費(fèi)用越高，越宜要求避重就輕。因此綜合選線原則的確定對(duì)于本段的線路方案選擇至關(guān)重要。

濟(jì)南東客站—章丘段線路方案主要分為推薦方案(沿京滬高速方案)、沿世紀(jì)大道方案、沿石濟(jì)客專線方案，如圖2所示。

重大線路方案巖溶地質(zhì)條件比較表見表2。

經(jīng)比選推薦方案(沿京滬高速方案)、沿世紀(jì)大道方案通過可溶巖地區(qū)較長，可溶巖隧道較多、存在巖溶塌陷、影響泉水等巖溶水文地質(zhì)問題；沿石濟(jì)客專方案可溶巖隧道較短，巖溶水文地質(zhì)問題相對(duì)較輕。從巖溶水文地質(zhì)條件分析，沿石濟(jì)客專線方案相對(duì)較好。

但由于受采空區(qū)等因素的影響控制，經(jīng)過綜合論證對(duì)比，本段推薦方案確定仍采用沿高速公路方案。因此推薦方案的線路優(yōu)化就更為重要。

表2 重大線路方案巖溶地質(zhì)條件比較表

本段推薦線路由于通過范圍內(nèi)的巖溶區(qū)較長，隧道較多。因此盡量選擇泉群分布區(qū)的外側(cè)傍山通過，盡量降低隧道的長度，并抬升線路標(biāo)高，從而降低對(duì)經(jīng)過泉群的影響。

以隧道通過巖溶中等發(fā)育可溶巖地區(qū)，同時(shí)避免穿越巖溶水水平循環(huán)帶及深部滯流帶、避開暗河及大型泉點(diǎn)，選擇在垂直滲流帶中短距離通過。

3.2.4推薦意見

通過上述比較，沿京滬高速方案，完全繞避了采空區(qū)，大大降低了地質(zhì)災(zāi)害的風(fēng)險(xiǎn)。此外，通過對(duì)線路的建議優(yōu)化，本段隧道均為傍山隧道，均位于垂直滲流帶中，并降低了隧道的長度，同時(shí)獲得了濟(jì)南泉水保護(hù)辦部門的認(rèn)可。

4 結(jié)語

濟(jì)萊高鐵位于齊魯腹地，沿線地形地質(zhì)條件復(fù)雜，生態(tài)環(huán)保要求嚴(yán)苛。沿線采空區(qū)、巖溶(水)問題較為突出。在充分總結(jié)汲取二院山區(qū)鐵路綜合選線技術(shù)經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，按照地區(qū)生態(tài)保護(hù)要求，加強(qiáng)了對(duì)泉水的保護(hù)，線路方案的選擇在結(jié)合采空區(qū)影響基礎(chǔ)上，結(jié)合較為適宜的定線原則，選取了巖溶地質(zhì)條件相對(duì)較長但整體風(fēng)險(xiǎn)相對(duì)較小的方案。經(jīng)線路方案優(yōu)化比選，推薦的線路方案完全繞避了大型的采空區(qū)，同時(shí)短隧道、抬標(biāo)高、快通過泉點(diǎn)發(fā)育區(qū)，降低了對(duì)泉群的影響，地質(zhì)選線效果顯著。