成貴鐵路繞避地下水水平循環(huán)帶線路方案研究

汪鋒華 高崇華

(中鐵二院工程集團有限責任公司， 成都 610031)

成貴鐵路繞避地下水水平循環(huán)帶線路方案研究

汪鋒華 高崇華

(中鐵二院工程集團有限責任公司， 成都 610031)

巖溶地質(zhì)災害是西南山區(qū)鐵路選線的重要控制因素之一。該地區(qū)巖溶形態(tài)多樣，既有溶隙、巖溶洼地、落水洞、漏斗等垂向巖溶形態(tài)，也有溶洞、暗河等水平巖溶形態(tài)。由于受構(gòu)造作用影響，巖體破碎，加之測區(qū)雨量充沛，受泥質(zhì)巖類的相對隔水層的夾持，從而有利于地下水的補給和對可溶巖成分的溶蝕、溶解作用，造成了該區(qū)巖溶強烈發(fā)育。本文以成貴鐵路從四川盆地至云貴高原的低、中山區(qū)斜坡過渡段隧道工程為例,通過對線路繞避地下水水平循環(huán)帶方案研究，綜合平面選線、最大縱坡選擇、巖溶危害與工程風險、工程投資、隧道施工工藝等方面進行分析、比選,確定合理的線路方案。

成貴鐵路； 山區(qū)； 巖溶區(qū)； 水平循環(huán)帶； 選線思路

1 概述

1.1 項目概述

成貴鐵路西端通過成綿樂城際鐵路引入成都樞紐與西成、成渝客運專線相通，中部在宜賓與規(guī)劃的綿遂內(nèi)宜城際和渝昆等快速鐵路相接，東端在貴陽樞紐與貴廣鐵路及長昆客運專線相連。

1.2 地形地貌及主要地質(zhì)特征

成貴鐵路位于四川、云南、貴州三省，呈西北至東南走向，區(qū)域由海拔高程260～800 m的四川盆地過渡到海拔高程800～2 400 m的云貴高原，總體為西北低東南漸高的趨勢；經(jīng)過丘陵，低、中山，云貴高原3個地貌單元沿線第四系廣布。巖性以砂巖、泥巖、灰?guī)r、白云巖、煤系地層為主。地質(zhì)條件極為復雜，為云貴川三省資源相對集中的地區(qū)，具有“礦藏多、采空區(qū)多、天然氣多(凝析氣、煤層氣)，地質(zhì)構(gòu)造發(fā)育、巖溶發(fā)育、重力不良地質(zhì)發(fā)育、巖鹽發(fā)育”的“三多、四發(fā)育”特點。

2 繞避地下水水平循環(huán)帶選線研究

2.1 沿線可溶巖分布情況

沿線可溶巖主要分布于興文至貴陽段，長為198.81 km，占全線的38.6%，其中強烈發(fā)育長度為130.145 km，約占線路長度的25.27%，其他地區(qū)巖溶為中等發(fā)育至弱發(fā)育。巖溶形態(tài)多樣，既有溶隙、巖溶洼地、落水洞、漏斗等垂向巖溶形態(tài)，也有溶洞、暗河等水平巖溶形態(tài)。由于受構(gòu)造作用影響，巖體破碎，加之測區(qū)雨量充沛，受泥質(zhì)巖類相對隔水層的夾持，從而有利于地下水的補給和對可溶巖成分的溶蝕、溶解作用，造成了該區(qū)巖溶強烈發(fā)育。

2.2 位于水平循環(huán)帶隧道簡況

成貴鐵路共有75座隧道通過可溶巖，可溶巖段落累計長99.562 km，其中巖溶強烈發(fā)育隧道59座，巖溶強烈發(fā)育段落累計長67.967 km；有21座隧道局部地段位于水平循環(huán)帶，位于水平循環(huán)帶的可溶巖累計長36.841 km，占隧道總長的16.4%；季節(jié)變動帶內(nèi)隧道共2座，累計長1.537 km。水平循環(huán)帶隧道集中在興文至威信、威信至鎮(zhèn)雄、大方至西溪河、鴨池河至衛(wèi)城4段范圍。本次重點研究興文至威信段繞避水平循環(huán)帶選線方案。

2.3 線路方案研究

2.3.1 巖溶地段選線原則

(1)盡可能繞避巖溶地帶；

(2)無法繞避時，盡量靠近排泄面，縮短線路長度，以最短線路穿越巖溶地帶；

(3)盡可能抬高線路高程，使隧道位于水平循環(huán)帶以上，減小靜水壓力對隧道施工及襯砌的影響；

(4)穿越巖溶及水平循環(huán)帶時，長大隧道盡可能采用人字坡。

2.3.2 線路方案研究

該段為四川盆地進入云貴高原的斜坡過渡地帶，線路高程差約1 130 m。區(qū)域內(nèi)地層巖性以砂巖、泥巖、頁巖、灰?guī)r及白云巖互層為主；主要不良地質(zhì)為滑坡、采空區(qū)、巖溶、暗河、危巖落石、有害氣體等。該段暗河系統(tǒng)高程較高，地下水位較高。本段范圍共有7座隧道，局部地段共計14.636 km處于地下水水平循環(huán)帶，其中應山巖隧道和玉京山隧道處于地下水水平循環(huán)帶的長度較長，工程風險相對較大。為減小線路穿越地下水水平循環(huán)帶的長度，抬高線路標高，減小隧道襯砌水壓力，本次從平面及坡度上進行了研究。

(1)平面方案研究

本段線路穿越的地層巖性以砂巖、泥巖、頁巖、灰?guī)r及白云巖互層為主，要大范圍減小穿越地下水水平帶隧道的長度，首先考慮從線路平面上繞避灰?guī)r地帶，將線路走行于砂泥巖地層中，由此，研究了南廣河中游方案、古佛山長隧、礦區(qū)東側(cè)方案和古佛山長隧、礦區(qū)西側(cè)方案。

由表1可知， 南廣河中游方案繞避了危巖落石、滑坡等不良地質(zhì)，線路長度短，最長隧道僅7.514 km，投資??；雖穿越的可溶巖范圍稍長，但都以大角度穿過巖層，符合以最短線路穿過可溶巖地層的選線原則，優(yōu)勢明顯，故采用南廣河中游方案。

表1 古佛山長隧礦區(qū)東、西側(cè)方案地質(zhì)情況對比表

(2)縱斷面方案研究

本段施工難度最大、風險最高的工點是應山巖隧道、玉京山隧道。本次研究在保證南廣河特大橋、花家壩特大橋可實施的情況下盡量抬升線路高程，分別對新壩至南廣河、南廣河至威信進行抬坡以及大坡度方案研究。

①新壩至南廣河抬坡方案研究

該段位于水平循環(huán)帶的隧道為老房子隧道出口段，應山巖隧道、任家山隧道中部，天蓬隧道進口段?？刂泣c為應山巖進口、天蓬隧道進口處淺埋及應山巖隧道水平循環(huán)帶長度為4.9 km。隧道淺埋段溝槽內(nèi)不良地質(zhì)較多，巖體破碎，分布有多個滑坡體，并有泥石流災害，覆蓋層較厚，宜盡量深埋；同時考慮應山巖隧道的施工難度，隧道長度，宜按“人”字坡設置,如圖1所示。

圖1 新壩至南廣河抬坡方案示意圖

抬坡方案雖縮短橋隧總長及可溶巖水平循環(huán)帶長度，但增加50 m以上高橋1座且應山巖隧道、天蓬隧道進口段淺埋處最小埋深僅18 m，施工及運營風險高，故抬坡方案經(jīng)過研究后予以放棄。

②南廣河至威信段30‰坡度方案

本段位于水平循環(huán)帶的隧道主要是埂上隧道進口段和玉京山隧道局部地段，而玉京山隧道D1K 283+200～D1K 283+900左側(cè)527～728 m處為扎西水庫范圍，其壩頂標高為1 228 m。要縮短水平循環(huán)帶長度，抬升標高，需采用30‰坡度。線路受花家壩煤礦采空區(qū)、南廣河橋位控制，設于箕火村的花家壩特大橋為曲線高墩大跨橋，根據(jù)規(guī)范要求，曲線橋上不能設置伸縮調(diào)節(jié)器，其墩高不能超過110 m。在保證花家壩特大橋不設置伸縮調(diào)節(jié)器的前提下，采用30‰坡度，縮短玉京山隧道長度，抬高線路標高，減小水壓力，減小工程風險,如圖2所示。

由表2～4可知，采用30‰坡度方案可縮短隧道長度和下穿可溶巖地段長度，平均減小扎西水庫范圍的隧道水壓力0.45 MPa，可減短抗水壓襯砌長度，優(yōu)化施工組織，縮短瓦斯通風長度，減少投資及工程風險。

圖2 25‰和30‰坡度方案示意圖

項目單位25‰坡度方案30‰坡度方案線路長度km15.3715.37橋涵花家壩特大橋(橋長/墩高/主跨)m/m/式樣651/80/(44+4-80+44)連續(xù)梁703/96/(44+4-80+44)連續(xù)梁橋梁合計座/m3/9124/1339隧道合計座/m3/143534/13925橋隧總長km15.26515.214橋隧占線路比%99.3298.99投資估算(靜態(tài))萬元170653170286

表3 重點隧道工程情況變化一覽表

表4 玉京山隧道工程措施及施工風險比較表

綜上所述，新壩至威信段采用30‰坡度方案，橋隧總長減短并縮短了可溶巖的長度及通過威信扎西水庫范圍的隧道水壓力，有效緩解巖溶水、扎西水庫等不利因素，且列車通過威信站的運行速度與區(qū)間運行時間基本一致，故本段最大坡度采用30‰坡度方案。

3 結(jié)束語

通過對成貴鐵路巖溶隧道選線方案研究及施工過程中反饋信息的分析總結(jié)，山區(qū)巖溶地區(qū)選線基本指導原則歸納總結(jié)如下:

(1)需對區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造、巖溶地下水環(huán)境、地下暗河體系進行系統(tǒng)地分析研究，確定區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造情況，找出地下水的活動規(guī)律以及地下暗河與地表水環(huán)境的相互關系。

(2)越嶺地段線路標高應盡量抬高，以便線路于山頂溶蝕槽谷地帶出露，縮短隧道長度，使線路置于相對安全的巖溶水季節(jié)變動帶之上。

(3)線路應避免在可溶巖與非可溶巖接觸帶延伸，必要時應以大角度通過。

(4)穿越巖溶及水平循環(huán)帶的長大隧道盡可能采用人字坡。

(5)原則上隧道施工均采用順坡施工，同時根據(jù)施工期間排水需要、工期要求以及超前地質(zhì)預測等綜合考慮設置順坡平導或橫洞等輔助坑道。

(6)隧道通過巖溶及水平循環(huán)帶地段，如無地表水環(huán)境要求，均采取“以排為主”的原則施工；如有地表水環(huán)境要求，則采用“以堵為主，限量排放”的原則施工，施工過程中，對有地表水環(huán)境要求對應隧道洞身段落采用超前帷幕注漿、超前周邊注漿或開挖后徑向注漿等超前注漿措施進行堵水，隧道二次襯砌采用可承受一定水壓的加強襯砌。

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Research on route scheme of Chengdu-Guiyang Railway Passing round Groundwater Level Cycling Zone

WANG Fenghua GAO Chonghua

(China Railway Eryuan Engineering Group Co．，Ltd.，Chengdu 610031，China)

Karst geological hazard is one of the key controlling factors of railway line selection in southwestern mountainous area, where there are kinds of karst features, not only vertical karst shapes, such as solution cracks, karst depressions, sinkholes, dolines, but also horizontal karst features, for example, karst caves and underground rivers. Due to the effect of tectogenesis, the rock is very fragmented, in addition, plenty of rainfall and clamped by the relative impermeable layer of pelite, it is beneficial to groundwater recharge and the dissolution of soluble rock, which cause strong development of karst stratum in this area.This paper takes tunnel projects in the slope transition section from Sichuan basin to Yunnan-Guizhou Plateau of Chengdu-Guiyang railway for example, study how to avoid the groundwater horizontal cycling zone, accompany withbased on the analysis, comparison and selection of railway location, selection of maximum longitudinal slope, karst hazard, engineering risk and investment and tunnel construction technology etc, finally the best railway route scheme to avoid the groundwater horizontal cycling zone is determined.

Chengdu-Guiyang Railway; mountainous area; karst area; level cycling zone; idea of route selection

2015-06-08

汪鋒華(1983-)，男，工程師。

1674—8247(2016)01—0056—04

U231.1

A