鄭亮亮

(中鐵第一勘查設(shè)計院集團(tuán)有限公司，陜西 西安 710043)

1 工程概況

新建的天水至隴南鐵路位于甘肅省東南部的天水、隴南兩市境內(nèi)，全長約215.3 km，其中橋梁29.56 km/42座，隧道165.80 km/29座，橋隧比90.8%。

沿線穿越黃土梁峁溝壑區(qū)、天水-西禮盆地中山區(qū)及秦嶺中山區(qū)，在地殼抬升隆起、構(gòu)造運動強(qiáng)烈的特殊地質(zhì)背景下，滑坡、泥石流災(zāi)害頻繁、集中、大面積發(fā)育，深大活動斷裂、高地應(yīng)力等地質(zhì)問題突出，整體具有明顯的“一頻、一高、二復(fù)雜”特征，即山地災(zāi)害頻發(fā)、地應(yīng)力高、地質(zhì)構(gòu)造環(huán)境復(fù)雜及軟巖大變形強(qiáng)烈等特征，為鐵路項目勘查帶來了不小的挑戰(zhàn)。

2 地質(zhì)特征

2.1 地形地貌

沿線通過黃土梁峁溝壑區(qū)、天水-西禮盆地中山區(qū)、秦嶺中山區(qū)。黃土梁峁溝壑區(qū)內(nèi)黃土溝壑縱橫，梁峁起伏，沖溝發(fā)育，滑坡、溜坍等不良地質(zhì)十分發(fā)育。天水-西禮盆地中山區(qū)河谷較為平坦、寬闊。秦嶺中山區(qū)山高谷深、溝壑極為發(fā)育。

2.2 地層巖性

線路通過地層主要包括第四系松散堆積層；第三系、白堊系、泥盆系、志留系的砂巖、泥巖、片巖、板巖、千枚巖、炭質(zhì)千枚巖等；下古生界的片麻巖等；以及印支期侵入巖；沿斷裂構(gòu)造分布的壓碎巖、斷層角礫等。

2.3 地質(zhì)構(gòu)造

線路穿越了秦嶺-昆侖緯向構(gòu)造體系和武都山字型構(gòu)造體系，發(fā)育一系列斷裂和構(gòu)造盆地，地質(zhì)構(gòu)造運動十分活躍，褶皺、斷裂發(fā)育。區(qū)域內(nèi)與線路相關(guān)的斷裂主要有10條，其中西秦嶺北緣斷裂、禮縣-羅家堡斷裂、兩當(dāng)-江洛斷裂、武都-康縣斷裂、康縣-略陽斷裂、迭部-白龍江斷裂、禮縣-江口斷裂等為全新世活動斷裂。

3 主要工程地質(zhì)問題

復(fù)雜山區(qū)鐵路通常具有“地質(zhì)條件復(fù)雜、構(gòu)造多、巖性復(fù)雜、不良地質(zhì)多，不同地段地質(zhì)條件差別較大、變化快”的特點。天水至隴南鐵路沿線構(gòu)造活動強(qiáng)烈，地質(zhì)災(zāi)害復(fù)雜多樣，在內(nèi)動力地質(zhì)作用下存在活動斷裂、高地應(yīng)力等地質(zhì)問題；在外動力地質(zhì)作用下存在危巖落石、滑坡、泥石流和巖堆等地質(zhì)問題，邊坡地質(zhì)災(zāi)害在全線分布不均勻，多分布在牛頭河河谷、天水-西禮盆地、徽成盆地等處。鐵路選線面臨復(fù)雜、嚴(yán)峻的工程地質(zhì)問題。

3.1 活動斷裂構(gòu)造眾多

沿線穿越秦嶺-昆侖緯向構(gòu)造體系和武都“山”字形構(gòu)造體系，地質(zhì)構(gòu)造運動十分活躍，全新世活動斷裂發(fā)育，主要有西秦嶺北緣斷裂、禮縣-羅家堡斷裂、康縣-略陽斷裂、禮縣-江口斷裂、光蓋山-迭部斷裂等，估算水平速率為0.35～2.3 mm/a；斷裂的寬度、位置、性質(zhì)及其活動性直接影響線路走向方案。

3.2 地應(yīng)力高

區(qū)內(nèi)新構(gòu)造運動強(qiáng)烈，活動斷裂發(fā)育，地應(yīng)力場復(fù)雜，整體地應(yīng)力偏高，存在構(gòu)造應(yīng)力相對集中的地質(zhì)環(huán)境條件，局部埋深較大的隧道可能遭遇高地應(yīng)力工程環(huán)境，特別是隧道埋深過大時，板巖、千枚巖等軟質(zhì)圍巖可能發(fā)生軟巖大變形；局部構(gòu)造應(yīng)力強(qiáng)烈的區(qū)域，破碎的硬質(zhì)巖也可能出現(xiàn)大變形現(xiàn)象。

3.3 表生不良地質(zhì)十分發(fā)育

黃土梁峁溝壑區(qū)及天水-西禮盆地中山區(qū)沖溝發(fā)育，切割較深，滑坡、溜坍極其發(fā)育，多分布于渭河、籍河、牛頭河等河谷兩岸，以第四系松散體滑坡為主，小型-中型泥石流溝發(fā)育。

秦嶺中山區(qū)巖性巖相多變，地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜，降水量大，河谷兩岸崩塌、滑坡及不穩(wěn)定斜坡等不良地質(zhì)十分發(fā)育，以第四系松散體滑坡及第三系泥巖滑坡為主，局部段落危巖、落石、崩塌現(xiàn)象突出，泥石流發(fā)育。

4 地質(zhì)選線原則

鑒于天水至隴南鐵路沿線地質(zhì)條件復(fù)雜，控制線路的工程地質(zhì)問題眾多，為指導(dǎo)鐵路線位的選擇，便于方案比選過程中開展針對性的工作，在現(xiàn)場調(diào)查并結(jié)合鉆探、物探成果的基礎(chǔ)上，制訂本段線路的選線原則。

4.1 活動斷裂發(fā)育地段地質(zhì)選線原則

線路應(yīng)盡量繞避活動斷裂。必須跨越活動斷裂時，應(yīng)選擇穩(wěn)定性相對較好地段或者巖質(zhì)較硬區(qū)域通過。線路不宜在活動斷層上盤迂回展線，工程盡可能設(shè)置于下盤。應(yīng)優(yōu)先選擇以路基、低橋形式通過，減小修復(fù)難度。特殊結(jié)構(gòu)、高墩、大跨橋梁不宜跨越活動性斷裂。

4.2 高地應(yīng)力區(qū)地質(zhì)選線原則

在高地應(yīng)力區(qū)，應(yīng)通過展線拔高線位或通過傍山隧道降低隧道埋深，線路走向盡量與區(qū)域最大主應(yīng)力方向平行或呈小角度，以減小隧道洞室開挖后的切向應(yīng)力；同時隧道應(yīng)優(yōu)先考慮走行于硬質(zhì)巖地區(qū)，在軟質(zhì)巖地區(qū)應(yīng)選擇構(gòu)造不發(fā)育或發(fā)育較弱、地下水不發(fā)育的地段通過，盡量走在應(yīng)力降低區(qū)或原巖應(yīng)力區(qū)。

4.3 表生不良地質(zhì)發(fā)育地區(qū)選線原則

本項目通過多個地貌單元，區(qū)內(nèi)地殼抬升劇烈，構(gòu)造作用強(qiáng)烈，在內(nèi)外動力作用下，滑坡、泥石流等不良地質(zhì)極其發(fā)育。線路應(yīng)盡可能繞避不良地質(zhì)發(fā)育區(qū)。繞避地質(zhì)條件復(fù)雜的巨、大型滑坡，避開地形凌亂，坡腳有地下水出露的山坡。對于個別線路難以繞避的不良地質(zhì)體，應(yīng)進(jìn)一步研究，采用勘探、測試及試驗方法，詳細(xì)查明該不良地質(zhì)體，獲取準(zhǔn)確的巖土工程參數(shù)，確定其穩(wěn)定性，并提出通過方式和治理措施，科學(xué)合理地設(shè)置相應(yīng)工程，以確保鐵路的安全。

5 線路走向方案比選

天水至隴南段走向方案考慮沿線禮縣、西和縣以及成縣等經(jīng)濟(jì)據(jù)點的選擇，以及沿線地質(zhì)構(gòu)造、不良地質(zhì)等工程地質(zhì)條件，在現(xiàn)場詳細(xì)勘測基礎(chǔ)上，研究了經(jīng)成縣方案(CK)、經(jīng)西和方案(C1K)、經(jīng)禮縣方案(C2K)和經(jīng)鹽官、小川方案(C3K)。各方案對比分析見表1。

表1 天水至隴南走向方案對比分析表

綜上所述，從斷裂構(gòu)造與活動斷裂、巖爆及軟巖變形、地表不良地質(zhì)等多個層面綜合比選，CK方案最優(yōu)。

6 結(jié) 論

天水至隴南鐵路位于秦嶺-昆侖緯向構(gòu)造體系和武都“山”字形構(gòu)造體系，地形起伏大，構(gòu)造運動強(qiáng)烈，活動斷裂構(gòu)造眾多，地應(yīng)力高，地表不良地質(zhì)十分發(fā)育。沿線地質(zhì)條件是制約鐵路選線的重要因素。本文通過對區(qū)域內(nèi)工程地質(zhì)條件的分析，得出了以下結(jié)論：

(1)影響本段鐵路選線的工程地質(zhì)問題，主要有構(gòu)造運動強(qiáng)烈，活動斷裂構(gòu)造眾多，地震烈度高，地應(yīng)力高，地表不良地質(zhì)十分發(fā)育。

(2)在現(xiàn)場調(diào)查及鉆探、物探成果分析的基礎(chǔ)上，提出了天水至隴南鐵路地質(zhì)選線的三項原則，在宏觀走向方案的選擇上應(yīng)該盡量走行于地質(zhì)構(gòu)造穩(wěn)定、地層巖性較好的地段，避開高烈度地震區(qū)和地震頻發(fā)地段。線路應(yīng)盡量以大角度、簡單工程穿越斷裂構(gòu)造帶和新構(gòu)造運動活躍區(qū)，尤其是全新世活動斷裂，以降低工程風(fēng)險。

(3)依據(jù)選線原則，對本線四處重點方案進(jìn)行了比選，通過分析具體的工程地質(zhì)條件，選定了地質(zhì)條件相對較好的CK方案，即天水經(jīng)成縣至隴南方案。