某復(fù)雜山區(qū)鐵路工程地質(zhì)選線實(shí)踐

薛 峰

(中鐵第四勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司，湖北武漢 430063)

1 概述

當(dāng)一條鐵路的基本走向和技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)確定以后，地形地質(zhì)條件將成為線路位置選擇和建筑物布置的決定性因素［1］。某山區(qū)重載鐵路其中一段線路穿越采空區(qū)、巖溶等不良地質(zhì)發(fā)育區(qū)域，工程地質(zhì)條件極為復(fù)雜，工程地質(zhì)選線成為線路選線工作的主導(dǎo)，地質(zhì)因素成為影響線路方案的主要因素，控制線路走向，在方案比選中起到?jīng)Q定性作用。

2 地質(zhì)背景

2．1 地形地貌

測區(qū)以剝蝕丘陵間丘間谷地為主，地面標(biāo)高70 m～400 m，地勢較陡，丘坡自然坡度一般20°～40°，地表植被發(fā)育，受構(gòu)造影響，丘體多呈狹長帶狀，走向?yàn)镹E～SW，丘頂呈尖棱狀，灰?guī)r地區(qū)局部丘體呈渾圓狀。

2．2 地層巖性

測區(qū)出露地層主要為二疊系下統(tǒng)茅口組(P1m)和二疊系上統(tǒng)龍?zhí)督M(P2l)。

1)二疊系下統(tǒng)茅口組(P1m):灰、深灰色厚層灰?guī)r、燧石結(jié)核灰?guī)r夾鈣質(zhì)頁巖，灰黑色含炭鈣質(zhì)頁巖、串珠狀瘤狀含燧石結(jié)核灰?guī)r夾薄層或透鏡狀泥質(zhì)灰?guī)r，厚層狀灰?guī)r巖質(zhì)堅(jiān)硬，巖溶較發(fā)育。

2)二疊系上統(tǒng)龍?zhí)督M(P2l):淺灰、深灰、灰黑色砂巖、粉砂巖、泥巖、頁巖夾煤層，灰黃色長石石英砂巖夾粉砂巖及煤層，巖質(zhì)軟弱，節(jié)理裂隙發(fā)育，巖體破碎。

2．3 地質(zhì)構(gòu)造

測區(qū)隸屬于揚(yáng)子準(zhǔn)地臺(tái)一級(jí)大地構(gòu)造單元，以北東東向構(gòu)造、北東向華夏系構(gòu)造與東西向構(gòu)造為主，地質(zhì)構(gòu)造類型主要為褶皺及斷裂。

3 工程地質(zhì)選線原則

結(jié)合測區(qū)內(nèi)工程地質(zhì)條件，確定合理的地質(zhì)選線原則。工程地質(zhì)選線的理想目標(biāo)是使路線方案選在不良地質(zhì)發(fā)育弱、特殊巖土分布少的區(qū)域內(nèi)，最大限度地依附、利用地形和地質(zhì)條件，尋找對(duì)現(xiàn)有地形和地質(zhì)條件擾動(dòng)最少、何種構(gòu)筑物最適應(yīng)的方案，以減少對(duì)其進(jìn)行整治和改造為目的。

3．1 工程地質(zhì)選線總原則

1)宏觀地質(zhì)選線。初測階段，通過收集相關(guān)地質(zhì)資料，掌握區(qū)域地質(zhì)條件，決定線路走向，為線路尋找合適的地質(zhì)走廊，此過程即為“宏觀地質(zhì)選線”。

2)微觀地質(zhì)選線。線路大概走向確定以后，通過工程地質(zhì)勘察，查明沿線工程地質(zhì)條件，最后綜合分析線位地質(zhì)條件，選出最佳方案，此過程為“微觀地質(zhì)選線”。

3．2 分類工程地質(zhì)選線原則

1)越嶺區(qū)。越嶺線路宜避開地質(zhì)構(gòu)造軸線，尤其應(yīng)避免沿大的斷層破碎帶、地下水發(fā)育的地帶通過;應(yīng)選擇在相對(duì)穩(wěn)定、地層完整的地帶通過;在通過大的斷層破碎帶時(shí)，線路應(yīng)垂直或大角度穿越。

2)采空區(qū)。對(duì)正在開采或經(jīng)過批準(zhǔn)開采的礦區(qū)，線路繞避至其采空影響范圍外一定距離，在安全地帶通過;對(duì)于穿越煤層段落的線路，線路方案應(yīng)盡量繞避歷史久遠(yuǎn)的采空區(qū)、無規(guī)劃開采的小型私人煤礦［2］;當(dāng)線路繞避困難時(shí)，對(duì)埋藏淺的小型坑洞應(yīng)開挖回填，對(duì)不易開挖的坑洞應(yīng)進(jìn)行勘探查明坑洞情況，經(jīng)處理后通過。

3)巖溶區(qū)。線路應(yīng)盡量避開可溶巖地段［3］，避免順可溶巖與非可溶巖接觸帶;應(yīng)繞避巖溶強(qiáng)烈發(fā)育區(qū)、構(gòu)造發(fā)育帶、地面塌陷及土洞密集區(qū)，以及巖溶水富集區(qū)和巖溶水排泄帶;越嶺地段線路應(yīng)選擇在巖溶負(fù)地形之間、地下分水嶺附近，并盡量采用短隧道通過，避免采用長大深埋隧道，線路高程宜在垂直滲流帶中［4］，無條件時(shí)，可在深部緩流帶通過。

4)危巖落石、堆積體區(qū)。線路應(yīng)繞避危巖密集分布、可能產(chǎn)生大規(guī)模崩塌或者治理難度極大的危巖、落石地段，當(dāng)落石及潛在的崩塌體規(guī)模小、危巖邊界條件或者個(gè)體清楚、防治方案技術(shù)可行、經(jīng)濟(jì)合理時(shí)，線路可以選擇在有利部位通過。應(yīng)繞避穩(wěn)定性差、大型堆積體和錯(cuò)落群;避開地形零亂，坡腳有地下水出露的山坡。

4 工程地質(zhì)選線關(guān)鍵地質(zhì)因素

在綜合分析沿線區(qū)域地質(zhì)資料和工程地質(zhì)條件的基礎(chǔ)上，篩選出影響線路工程地質(zhì)選線的關(guān)鍵地質(zhì)因素。

4．1 區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造線

測區(qū)地質(zhì)構(gòu)造發(fā)育，地質(zhì)構(gòu)造帶一般巖體破碎，富水且常伴生不良地質(zhì)體，工程地質(zhì)條件差，故線路應(yīng)盡量避開地質(zhì)構(gòu)造線密集區(qū)域，無法繞避時(shí)應(yīng)選擇垂直通過或與主構(gòu)造線方向大角度相交。沿線地質(zhì)構(gòu)造線主要沿北東向和北北東向展布，故線路總體走向應(yīng)沿南東向或南北向。

4．2 地層分布

線路應(yīng)盡量繞避碳酸鹽巖、含煤地層等不良巖層，無法繞避時(shí)，應(yīng)選擇狹窄處或相對(duì)有利部位通過。

4．3 不良地質(zhì)發(fā)育區(qū)

1)采空區(qū)。沿線主要礦產(chǎn)為煤礦、鐵礦、石灰?guī)r礦。主要比選方案穿越四處煤帶，其中對(duì)線路方案有影響的煤礦共計(jì)11座，另有數(shù)量眾多的私采小煤窯，由于年代久遠(yuǎn)，且無相關(guān)記錄，調(diào)查取證困難。鐵礦兩處，其中一處距離線路較遠(yuǎn)，且為露天開采，對(duì)線路影響較小，另一處距離線路較近，且為洞采，對(duì)線路影響較大。沿線石灰?guī)r礦密布，均為露天開采，影響較小。

2)巖溶。測區(qū)可溶巖線路長，根據(jù)地質(zhì)調(diào)繪、水文地質(zhì)調(diào)查與勘探成果，巖溶較發(fā)育，可見溶洞、巖溶泉、溶槽、落水洞、巖溶洼地、天坑等巖溶地貌或巖溶現(xiàn)象，鉆探揭示，覆蓋型巖溶地段線巖溶率約為14．13%，鉆孔遇洞率41．3%，最大溶洞高11．2 m。

3)有害氣體。主要為煤層瓦斯，賦存于二疊系龍?zhí)督M煤系地層和炭質(zhì)頁巖中。初測孔內(nèi)瓦斯測試結(jié)果表明，屬二級(jí)瓦斯地段。

4)危巖落石、堆積體。二疊系灰?guī)r地段，受構(gòu)造、風(fēng)化、氣候作用，節(jié)理裂隙發(fā)育，巖性破碎，易產(chǎn)生剝落，坡面形成陡崖、孤石構(gòu)成危巖巖體，坡腳形成堆積體。

4．4 既有地質(zhì)災(zāi)害點(diǎn)

從地方國土部門收集了測區(qū)地質(zhì)災(zāi)害防治規(guī)劃資料，并將地質(zhì)災(zāi)害隱患點(diǎn)按坐標(biāo)放置到線路平面上，線路應(yīng)盡可能繞避并遠(yuǎn)離地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)區(qū)段。

5 工程地質(zhì)選線實(shí)踐

5．1 宏觀選線

控制宏觀地質(zhì)選線的關(guān)鍵地質(zhì)因素為區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造線與重大不良地質(zhì)，如大型采空區(qū)、巖溶強(qiáng)烈發(fā)育區(qū)、大型滑坡、堆積體等。

預(yù)可研階段，根據(jù)宏觀地質(zhì)信息，選取了三個(gè)主要的供必選方案，即方案一、方案二、方案三。從圖1可以看出，三個(gè)方案均與主要地質(zhì)構(gòu)造線呈大角度相交或垂直，均繞避了大的采煤帶和鐵礦采區(qū)，且灰?guī)r越嶺地段，均選擇從分水嶺附近通過，具備成為“地質(zhì)走廊”的基本條件。初測階段，通過進(jìn)一步資料收集后發(fā)現(xiàn)，方案二穿越兩處小煤窯私采區(qū)，繞避困難，且中間一隧道從一大型巖溶洼地下方通過，工程地質(zhì)條件較差;方案三所經(jīng)區(qū)域?yàn)榈刭|(zhì)災(zāi)害密集發(fā)育區(qū)(主要為巖溶地面塌陷、崩塌、滑坡)，工程地質(zhì)條件差;方案一徹底繞避了采空區(qū)，從上述巖溶洼地上游側(cè)分水嶺處通過，且沿線地質(zhì)災(zāi)害點(diǎn)較為稀疏，為地質(zhì)災(zāi)害弱發(fā)育區(qū)。因此，綜合以上分析結(jié)果，推薦方案一。

圖1 主要比選方案地質(zhì)條件示意圖

5．2 微觀地質(zhì)選線

影響微觀工程地質(zhì)選線的主要地質(zhì)因素為次級(jí)構(gòu)造線和一般不良地質(zhì)，如小型采空區(qū)、堆積體、危巖落石等。

上述宏觀工程地質(zhì)選線，確定了線路的基本走向，后來依據(jù)工程地質(zhì)勘察成果，對(duì)方案一局部線路進(jìn)行進(jìn)一步優(yōu)化，隧道進(jìn)出口均繞避了危巖落石和堆積體，灰?guī)r隧道避開了巖溶水強(qiáng)烈發(fā)育區(qū)段，并結(jié)合路基工點(diǎn)進(jìn)行工程地質(zhì)橫斷面選線，工程地質(zhì)復(fù)雜地段建議進(jìn)行橋路或隧路比較，為線路方案提供了精確的地質(zhì)走向。

6 結(jié)語

復(fù)雜地質(zhì)條件山區(qū)鐵路，工程地質(zhì)選線尤為重要。在充分收集區(qū)域地質(zhì)資料、礦區(qū)資料的基礎(chǔ)上，通過遙感、大面積地質(zhì)調(diào)繪和勘探等綜合勘探方法［5］，開展詳細(xì)的工程地質(zhì)選線工作。在選線實(shí)踐之前，結(jié)合區(qū)域地質(zhì)特征，制定工程地質(zhì)選線原則，并篩選出影響工程地質(zhì)選線的關(guān)鍵地質(zhì)因素，根據(jù)地質(zhì)資料收集的程度，分階段、按程序，由宏觀至微觀，最終完成工程地質(zhì)選線。工程地質(zhì)選線成果有待施工后進(jìn)行檢驗(yàn)。本文可供山區(qū)鐵路勘察設(shè)計(jì)參考。

［1］ 顧湘生．鐵路巖溶工程地質(zhì)勘察技術(shù)［M］．武漢:中國地質(zhì)大學(xué)出版社，2012:250-251．

［2］ 毛邦燕，吳俊猛，喻洪平，等．滬昆客專黃果樹至北盤江段地質(zhì)選線方案研究［J］．鐵道工程學(xué)報(bào)，2011(10):19-24．

［3］ TB 10027-2012/J 1407-2012，鐵路工程不良地質(zhì)勘察規(guī)程［S］．

［4］ 韋隨慶，郭建湖．武廣鐵路客運(yùn)專線南嶺越嶺地段工程地質(zhì)選線思路與實(shí)踐［J］．鐵路標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)，2010(1):25-27．

［5］ 黃三強(qiáng)．地質(zhì)選線在贛龍鐵路擴(kuò)能改造工程選線中的應(yīng)用［J］．鐵道勘察，2010(6):69-72．