復(fù)雜山區(qū)鐵路選線與工程地質(zhì)的若干問(wèn)題探討

陳 繼

(中國(guó)中鐵二院工程集團(tuán)有限責(zé)任公司)

1 鐵路選線基本原則

1.1 堅(jiān)持地質(zhì)選線的原則，規(guī)避風(fēng)險(xiǎn)

(1)在復(fù)雜的山區(qū)，特別是在西南地區(qū)特殊的地質(zhì)環(huán)境下進(jìn)行鐵路選線，要全面對(duì)礦區(qū)規(guī)劃、油(氣)田分布及開(kāi)采情況等資料進(jìn)行搜集。對(duì)沿線的地質(zhì)資料、地質(zhì)災(zāi)害問(wèn)題進(jìn)行深入研究，避開(kāi)有毒氣體，繞開(kāi)不良地形，減輕工程風(fēng)險(xiǎn)。

(2)注重局部方案比選。在鐵路選線中要注意對(duì)不良地質(zhì)的規(guī)避，金屬和煤礦采空區(qū)要盡量采取繞避措施，這些地方一旦被工程建設(shè)擾動(dòng)，在動(dòng)活載作用下，加上西南降雨頻繁，容易產(chǎn)生塌陷、滑坡、泥石流等地質(zhì)災(zāi)害，其工程處理相當(dāng)困難，也不利于礦產(chǎn)資料的開(kāi)發(fā)和利用。對(duì)于難以規(guī)避的情況，要選擇年代較近的采礦區(qū)，開(kāi)采深度較淺的，容易查清開(kāi)采范圍及深度的，以低橋和矮路基通過(guò)，同時(shí)加強(qiáng)工程處理措施，最大限度的降低工程造價(jià)和風(fēng)險(xiǎn)。

(3)盡量規(guī)避巖溶地區(qū)。在復(fù)雜山區(qū)，往往巖溶發(fā)育，鐵路的建設(shè)難免會(huì)經(jīng)過(guò)巖溶地段，而巖溶發(fā)育情況難尋其規(guī)律，且形態(tài)各異，有的發(fā)育成多層巨大溶腔甚至多層暗河，極不穩(wěn)定，在施工和運(yùn)營(yíng)工程中極易造成涌水、突泥和地表塌陷等地質(zhì)災(zāi)害，在選線過(guò)程中要繞避巖溶發(fā)育帶，盡量靠近河谷，抬高線路標(biāo)高，縮短隧道長(zhǎng)度，盡早穿越可溶巖地段。無(wú)法規(guī)避時(shí)，應(yīng)選擇巖溶發(fā)育相對(duì)較弱的地段，盡力減少施工和運(yùn)營(yíng)風(fēng)險(xiǎn)。當(dāng)穿越暗河時(shí)，要將線路標(biāo)高置于暗河上方足夠的高度，切忌線路走行于水平循環(huán)帶之下。

(4)盡量避免危巖落石。在鐵路選線過(guò)程中，經(jīng)過(guò)危巖落石發(fā)育地段，工程量增加不大的情況下，應(yīng)盡量將線位內(nèi)移以隧道通過(guò)，難以做到時(shí)，應(yīng)以明洞方案通過(guò)，不留安全隱患，為鐵路運(yùn)營(yíng)創(chuàng)造良好的條件。

1.2 合理確定最大坡度，有效的降低工程風(fēng)險(xiǎn)

在選線的過(guò)程中，依據(jù)《高速鐵路規(guī)范》，區(qū)間正線的最大坡度一般不宜大于20‰，困難條件下，經(jīng)技術(shù)經(jīng)濟(jì)比選，可采用不大于30‰的坡度設(shè)計(jì)，有利于抬高線路標(biāo)高，減小水壓，有利于長(zhǎng)隧道內(nèi)“人字坡”的設(shè)置，減少施工的難度，控制施工工期，縮短隧道長(zhǎng)度，降低施工及運(yùn)營(yíng)的風(fēng)險(xiǎn)，有利于降低橋高、墩高，減少工程的投資，確保施工及運(yùn)營(yíng)的安全性。

1.3 重點(diǎn)橋隧工程優(yōu)先選址

在復(fù)雜的山區(qū)進(jìn)行鐵路選線，不可回避的是復(fù)雜橋梁和長(zhǎng)隧道的工程，橋隧建設(shè)成本的控制已成為復(fù)雜山區(qū)鐵路建設(shè)的一個(gè)難點(diǎn)，其影響也是巨大的。因此，在選線的過(guò)程中，要堅(jiān)持“重大工程優(yōu)先選址”的原則。對(duì)于重大工程進(jìn)行多方案的比選和深入研究，考察重大工程的地質(zhì)條件、環(huán)境、水文等因素，進(jìn)行全面比較，以此來(lái)保證工程的可靠性。在此過(guò)程中，一定要實(shí)地踏勘，收集詳細(xì)資料，組織多專業(yè)和多層次的方案會(huì)審及論證，切記一味依賴圖紙，獨(dú)斷專行。

1.4 處理好與基礎(chǔ)設(shè)施的關(guān)系

在鐵路的選線設(shè)計(jì)與建設(shè)過(guò)程中，難免要與公路、機(jī)場(chǎng)、采礦區(qū)、水利設(shè)施、城市規(guī)劃等發(fā)生干擾，這些關(guān)系的協(xié)調(diào)處理，是保證鐵路建設(shè)經(jīng)濟(jì)性、技術(shù)性、安全性以及可靠性的前提。所以，這就需要做好以下工作:要積極與有關(guān)部門溝通，獲取相關(guān)信息，多方位的考慮問(wèn)題，對(duì)不利因素合理進(jìn)行規(guī)避，有利條件要盡量結(jié)合考慮。對(duì)重大問(wèn)題達(dá)成一致意見(jiàn)，合理處理相關(guān)關(guān)系，照顧各方利益，同時(shí)也注重與規(guī)劃的結(jié)合，合理布線并設(shè)置站點(diǎn)，以更有利于帶動(dòng)經(jīng)濟(jì)發(fā)展。

2 鐵路選線中的工程地質(zhì)問(wèn)題

2.1 鐵路選線工程應(yīng)注意的幾個(gè)因素

地形與地貌;巖土的組合;動(dòng)力工程地質(zhì)問(wèn)題;水文地質(zhì);氣象和地溫;工程的活動(dòng)方式和規(guī)模;天然建筑材料等等。

2.2 工程地質(zhì)選線的對(duì)象

(1)高山深谷區(qū)。在西南山區(qū)，高山峽谷地形十分常見(jiàn)。高山峽谷區(qū)的重力地質(zhì)相當(dāng)發(fā)育，風(fēng)化侵蝕作用也相當(dāng)強(qiáng)烈，經(jīng)常表現(xiàn)為滑坡、泥石流、崩塌現(xiàn)象，對(duì)鐵路建設(shè)及運(yùn)營(yíng)形成了嚴(yán)重威脅。

(2)地質(zhì)斷裂帶。在復(fù)雜的山區(qū)，地質(zhì)活動(dòng)十分頻繁。因此，要加強(qiáng)對(duì)處于地震環(huán)境中鐵路工程的調(diào)查研究，對(duì)橋墩和隧道進(jìn)出口及斜坡路基進(jìn)行研究，在動(dòng)力學(xué)方面取得新的突破。

3 復(fù)雜山區(qū)地質(zhì)選線應(yīng)注重的主要內(nèi)容

3.1 巖溶地區(qū)

巖溶是西南山區(qū)常見(jiàn)的一種不良地質(zhì)現(xiàn)象，它對(duì)于鐵路選線有著很大的影響。需要我們對(duì)巖溶地區(qū)的地質(zhì)構(gòu)造和分布情況進(jìn)行深入探查，全面分析，對(duì)發(fā)育有暗河的應(yīng)結(jié)合巖層走向，查清排泄面，綜合評(píng)價(jià)考慮巖溶可能會(huì)對(duì)鐵路選線的影響，從而找出最佳路線方案。

3.2 滑坡

滑坡是一種比較常見(jiàn)的地質(zhì)現(xiàn)象，在進(jìn)行鐵路選線時(shí)，要綜合考慮滑坡的產(chǎn)生原因和地質(zhì)特征。對(duì)滑坡地區(qū)的巖性、地層、水性進(jìn)行深入調(diào)查，對(duì)促成滑坡的內(nèi)因和外因進(jìn)行綜合分析。如遇大規(guī)模的滑坡應(yīng)予以規(guī)避。如果實(shí)在無(wú)法規(guī)避，或者規(guī)避的代價(jià)太大，就需要進(jìn)行深入探查，在確保穩(wěn)定和安全的基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)出線路方案。

3.3 泥石流

泥石流是復(fù)雜山區(qū)較為常見(jiàn)的地質(zhì)現(xiàn)象，它對(duì)鐵路產(chǎn)生的危害也是極其嚴(yán)重的?？赏ㄟ^(guò)航拍技術(shù)進(jìn)行探查驗(yàn)證，對(duì)易產(chǎn)生泥石流的地段進(jìn)行深入的分析，掌握其形成的原因，條件以及破壞強(qiáng)度，從而選出可靠的線路方案。

3.4 崩塌、巖堆

在坡度較陡的山區(qū)，經(jīng)常會(huì)形成崩塌、落石現(xiàn)象，其下部也必然會(huì)有巖堆的存在。遇見(jiàn)這類地質(zhì)現(xiàn)象，在鐵路選線中，大型巖堆首先應(yīng)考慮繞避，難以繞避時(shí)，優(yōu)先選擇以隧道方案通過(guò)。

3.5 地質(zhì)構(gòu)造

山區(qū)的地質(zhì)構(gòu)造極為復(fù)雜，在這些地方進(jìn)行鐵路選線，就必須進(jìn)行地質(zhì)構(gòu)造勘探，以評(píng)價(jià)線路方案的可靠性，同時(shí)了解地質(zhì)構(gòu)還是對(duì)線路控制的重要手段。通過(guò)地質(zhì)構(gòu)造的勘探能夠?qū)⒅T多地質(zhì)因素聯(lián)系在一起，有利于綜合考慮。

4 關(guān)于復(fù)雜山區(qū)鐵路選線工程地質(zhì)的案例

4.1 隧道經(jīng)過(guò)活動(dòng)的斷裂區(qū)域

在5.12 汶川大地震的震中龍溪單線路段的雙峒公路隧道，其中右峒長(zhǎng)度為3 691 m，左峒為3 658 m，單向的坡度是2%，其進(jìn)口位于都江堰龍溪鎮(zhèn)，出口位于映秀鎮(zhèn)，隧道貫穿整個(gè)茶坪山南段。在地震發(fā)生之前，隧道便已經(jīng)貫通，同時(shí)完成了二襯襯砌工作。隧道穿過(guò)龍門山的斷層，汶川地震震斷了隧道。

隧道的進(jìn)出口端的F8 活動(dòng)斷層使得層段隧道峒身的二襯襯砌受到嚴(yán)重的破壞，其他地方的隧道峒身二襯襯砌基本上保持完好。

這次地震對(duì)山區(qū)巖體的破壞主要是因彈性波于臨空面進(jìn)行釋放，而隧道的截面尺寸跟巖體尺寸對(duì)比非常小，所以滿足不了彈性波釋放的效應(yīng)。巖體的深處斷層位移量遠(yuǎn)小于表面，地震造成的隧道位移小于10 cm，這可能是因該斷層活動(dòng)的力學(xué)效應(yīng)臨空面相對(duì)較小，所以其釋放出的效應(yīng)不大。因彈性波于半無(wú)限的臨空面進(jìn)行釋放，其對(duì)斜坡的破壞較為嚴(yán)重，假設(shè)通過(guò)活動(dòng)斷層的隧道進(jìn)出口選在矮坡以及緩坡的地方，彈性波釋放以及斜坡效應(yīng)會(huì)很大程度的降低，即使是像在汶川大地震這種強(qiáng)烈的振動(dòng)力學(xué)效應(yīng)下，隧道工程仍可以滿足低破壞的救災(zāi)要求。

4.2 在復(fù)雜山區(qū)跨溝隧道的進(jìn)口和出口問(wèn)題

成蘭鐵路太平溝段利用橋梁跨溝兩側(cè)接連的方式通過(guò)，太平溝的出口為岷江，岷江作為一條活動(dòng)斷層，其中的太平溝是斷層溝，其走向在20 世紀(jì)的30年代因岷江的疊溪地震中斷裂平行。太平溝的左側(cè)隧道出口是斷層壁，這條隧道于龍?zhí)稖线M(jìn)入到斷裂層長(zhǎng)達(dá)10 km，出峒和橋連接，在鉆探時(shí)可發(fā)現(xiàn)，溝內(nèi)的斷層泥有幾十米，且有承壓水涌出。

考慮抗災(zāi)這類地形適合運(yùn)用矮墩短跨的橋梁結(jié)構(gòu)形式。所以，選線時(shí)應(yīng)考慮到線路的標(biāo)高和溝底的標(biāo)高差不能太大，隧道的進(jìn)出口可選擇在緩坡、矮坡的斜坡段。

［1］朱穎.復(fù)雜艱險(xiǎn)山區(qū)鐵路選線與總設(shè)計(jì)論文集［M］. 中國(guó)鐵道出版社，2010.

［2］吳光，肖道坦，蔣良文，等.復(fù)雜山區(qū)高等級(jí)鐵路選線工程地質(zhì)的若干問(wèn)題［J］.西南交通大學(xué)學(xué)報(bào)，2010.

［3］王毅.渝懷鐵路選線設(shè)計(jì)［J］.鐵道標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)，2003，(Z1).

［4］林世金.困難山區(qū)鐵路設(shè)計(jì)體會(huì)［J］. 鐵道科學(xué)報(bào)，2007.