成貴客運專線采空區(qū)地質(zhì)選線思路與實踐

楊 英

(中鐵二院工程集團有限責任公司， 成都 610031)

成貴客運專線采空區(qū)地質(zhì)選線思路與實踐

楊 英

(中鐵二院工程集團有限責任公司， 成都 610031)

成貴客運專線地質(zhì)條件極為復(fù)雜，采空區(qū)工程地質(zhì)問題突出，對線路走向影響較大。文章針對本線采空區(qū)特點進行分析，提出采空區(qū)地質(zhì)選線原則和思路，并應(yīng)用于宜賓至威信段的線路走向比選，選擇出最優(yōu)線路方案。通過對宜賓至威信段5個線路方案的地質(zhì)條件對比，尤其對影響方案關(guān)鍵因素的采空區(qū)開展專項地質(zhì)專題工作，圍繞采空區(qū)的繞或治進行了較大范圍的方案比較，為線路方案的決策奠定了基礎(chǔ)。經(jīng)研究分析，最終選擇了繞避大型采空區(qū)的經(jīng)長寧、興文方案(Ⅰ方案)，從而最大限度地降低了工程風險。

成貴客運專線； 采空區(qū)； 地質(zhì)選線； 實踐

目前國內(nèi)中東部等發(fā)達地區(qū)建成運營的高速鐵路已有一定規(guī)模，而正在建設(shè)規(guī)劃中的高速鐵路或客運專線大多處于復(fù)雜山區(qū)，地質(zhì)環(huán)境脆弱復(fù)雜，尤其西南山區(qū)較為典型，滑坡、崩塌、危巖落石、巖溶、采空區(qū)、瓦斯等不良地質(zhì)發(fā)育，其中采空區(qū)工程地質(zhì)問題尤為突出，其變形和不均勻沉降對高速鐵路運營的威脅和隱患巨大。因線路方案受技術(shù)標準、地形條件、環(huán)境敏感點、重大不良地質(zhì)、城市規(guī)劃等因素限制，局部地段又不得不穿過采空區(qū)，而采空區(qū)因私采、越界采等因素致其分布無規(guī)律，空間形態(tài)復(fù)雜，為此，在線路方案比選中，如何考慮采空區(qū)影響因素就變得十分重要。

1 線路概況

成貴客運專線位于四川、云南、貴州三省，是我國西部地區(qū)快速客運骨干網(wǎng)和西南至華南沿海及湘閩贛浙地區(qū)區(qū)際快速客運通道。西起四川省的樂山市，向東經(jīng)四川省的宜賓市、長寧縣、興文縣，云南省的威信縣、鎮(zhèn)雄縣，貴州省的畢節(jié)市、大方縣、黔西縣，東至貴陽市。樂山站(含)至貴陽東站(不含)正線建筑長度515.02 km(含貴陽樞紐相關(guān)配套工程)，其中橋隧總長427.521 km，占線路總長的83.3%。

2 地質(zhì)條件

2.1 地形地貌特征

成貴客運專線西起樂山市，經(jīng)宜賓、興文、威信、畢節(jié)、黔西，接軌于貴陽樞紐。沿線分布岷江、金沙江、長江、烏江、大婁山、云貴高原等山川河流。呈東南走向，區(qū)域由高程260～800 m的四川盆地過渡到高程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，云貴高原三個地貌單元。

2.2 工程地質(zhì)特征

2.2.1 總體特征

成貴客運專線地形地質(zhì)條件極為復(fù)雜，斷裂、褶曲構(gòu)造發(fā)育，構(gòu)造形跡多變，不良地質(zhì)、特殊巖土十分發(fā)育，工程地質(zhì)問題眾多，影響范圍廣泛。礦產(chǎn)資源為云貴川三省相對集中的地區(qū)，具有“礦藏多、采空區(qū)多、天然氣多(氣田氣、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、鹽巖發(fā)育”的“三多、四發(fā)育”特點。

2.2.2 礦權(quán)特點

全線按礦種有煤礦(為主要礦種)、鐵礦、硫礦、鋁土礦、高嶺土礦、石灰石等，按礦權(quán)類型有國家規(guī)劃礦權(quán)、探礦權(quán)、采礦權(quán)，按開采方式有地面開采、地下開采，按規(guī)模有大型國營礦區(qū)、小型集體或個人私采礦區(qū)。其中采礦權(quán)的分布及已采范圍、邊界、高程對方案的影響最大，全線與線路相關(guān)度較高的各種礦權(quán)多達百余個。

2.2.3 采空區(qū)特征

沿線采空區(qū)分布廣、規(guī)模大，空間形態(tài)特征復(fù)雜，地表塌陷變形嚴重。所經(jīng)三疊系須家河組(T3xj)、二疊系龍?zhí)督M(P2l)、長興組(P2c)、梁山組(P1l)、侏羅系自流井組(J1z)地層含煤，且多以大型煤礦開采為主。直接控制線路方案的煤礦有五通橋-犍為煤田(吉祥煤礦、桅桿壩煤礦、陶家河煤業(yè)有限公司、白鶴煤礦)、珙長煤田(大灣煤礦、大田灣煤礦、響水灘煤礦、新壩鄉(xiāng)煤礦)、筠連煤田、墨黑煤田(花家壩煤礦)、廟壩煤礦、大地坎煤礦、文明煤礦、龍?zhí)翂舞F礦、巖腳煤礦、法窩煤礦、高橋煤礦、宏富德煤礦、明華煤礦、四方井煤礦、新店東煤礦、許家灣煤礦等。除煤礦采空區(qū)外，珙長煤田有鐵礦及硫礦、大方有高嶺土礦、修文有鋁土礦礦區(qū)及采空區(qū)，采空區(qū)及尾礦壩的穩(wěn)定性也是影響線路方案的重要因素。

3 選線原則及工作思路

3.1 選線原則

本線礦產(chǎn)豐富，采空區(qū)眾多，分布范圍廣，對線路走向方案影響較大。為此，根據(jù)各類區(qū)域地質(zhì)資料、礦產(chǎn)地質(zhì)資料，結(jié)合本線采空區(qū)歷史悠久、采空較深、現(xiàn)有勘探方法難以查明等特點，分析了影響本線線路走向的采空區(qū)地質(zhì)因素，提出以下采空區(qū)地質(zhì)選線原則。

(1)線路應(yīng)繞避大型密集、難以查明、治理極困難的采空區(qū)，并設(shè)置在采空塌陷影響區(qū)范圍外一定距離通過。

(2)線路宜繞避密集分布的小窯采空區(qū)(私采)及年代久遠難以查明的古窯，必須通過時應(yīng)有可靠的工程措施；避免在人為坑洞集中地帶設(shè)置淺表工程。

(3)線路必須通過采空區(qū)時，應(yīng)繞避采空區(qū)地表變形活躍、移動盆地邊緣地帶和因地表移動、變形可能引起邊坡失穩(wěn)和山崖崩塌的地段。

(4)線路宜盡量繞避到采空密集和工程處理復(fù)雜的大型采空安全距離以外的地段通過。當繞避有困難時，線路應(yīng)盡量選擇在礦層薄、埋藏深、傾角緩和、垂直于礦層走向等有利條件處，以一般工程通過，應(yīng)避免采用橋、隧等大型工程。

(5)線路宜盡量繞避大型規(guī)劃礦區(qū)、探礦權(quán)礦區(qū)或經(jīng)過批準計劃開采的礦區(qū)，避免大范圍壓礦。如必須通過時，須與有關(guān)單位協(xié)商，選擇穿過礦體長度最短的部位通過，并按規(guī)定確定禁采范圍。

3.2 工作思路

根據(jù)上述選線原則，結(jié)合采空區(qū)多而廣的特點，在走向方案比選中，首先開展采空區(qū)專項地質(zhì)專題工作，并大范圍進行地質(zhì)比選，尋找可能繞避采空區(qū)的通道，逐一排除，對控制方案的采空點(必須經(jīng)過的走廊)進行洞口實測和必要的坑道實測(巷道、井下采空邊界、高程、洞徑測量)、物探、鉆探驗證，確定采空邊界及影響范圍。結(jié)合線路標準、所經(jīng)城市等因素確定線路大走向，在大走向確定的基礎(chǔ)上，采用收集資料、調(diào)查訪問、地質(zhì)調(diào)繪、實地測量、勘探測試等綜合地質(zhì)勘察方法，進行局部方案和工程類型比選。在查清采空區(qū)地質(zhì)條件，落實其它控制因素的基礎(chǔ)上，突出體現(xiàn)地質(zhì)選線的原則，通過綜合技術(shù)經(jīng)濟比較，選出滿足運輸要求的地質(zhì)條件相對較好、工程設(shè)置合理的線路方案。

4 案例：宜賓至威信段線路走向方案的比選

成貴客運專線宜賓至威信段采空區(qū)分布廣、規(guī)模大，采空區(qū)地質(zhì)問題突出。上述選線原則及思路在宜賓至威信爬升段線路走向方案的比選中應(yīng)用效果良好。

前期，為了更好地穩(wěn)定宜賓至威信段線路方案，開展了大范圍的加深地質(zhì)工作及煤系地層、采空區(qū)專項地質(zhì)專題工作。通過現(xiàn)場收集資料、調(diào)查訪問、地質(zhì)測繪、地表地下采空區(qū)巷道測量、物探、鉆探等方法，初步查明控制線路走向的采空區(qū)，煤層分布及煤層氣特征，在地質(zhì)選線過程中，充分應(yīng)用了加深地質(zhì)及專題研究工作的成果結(jié)論，在眾多不良地質(zhì)體中反復(fù)比選，逐步穩(wěn)定了線路方案。

4.1 方案概況

宜賓至威信段是線路由四川盆地上至云貴高原的過渡段，地面高程395～2 400 m，其間河谷切割較深，相對高差500～1 600 m。主要不良地質(zhì)為沿高縣、珙縣、長寧、興文分布的馬蹄形閉合煤層、采空區(qū)，有害氣體、巖溶、暗河、滑坡等。結(jié)合采空區(qū)、巖溶發(fā)育、地下水文、沿線經(jīng)濟點、環(huán)境敏感點等因素，主要研究了經(jīng)長寧、興文，經(jīng)蜀南竹海，經(jīng)興文、萬壽，經(jīng)高縣、經(jīng)珙縣5個方案。各方案示意如圖1所示。

圖1 宜賓至威信段線路方案示意圖

4.2 工程地質(zhì)條件

影響線路方案的地質(zhì)因素主要有煤礦采空區(qū)、巖溶和重力不良地質(zhì)(滑坡、崩塌、巖堆、危巖落石及泥石流)。各方案地質(zhì)條件對比如表1所示。

表1 地質(zhì)條件對比表

4.3 采空區(qū)概況

各方案采空區(qū)情況如表2所示。

表2 各方案采空區(qū)一覽表

4.4 方案比選結(jié)果

通過上述主要地質(zhì)因素的比較，Ⅱ方案、Ⅳ方案、Ⅴ方案均經(jīng)過較多大型采空區(qū)、規(guī)劃煤田，穿過可溶巖地區(qū)相對較長，重力不良地質(zhì)發(fā)育，其中Ⅴ方案經(jīng)過的賈村背斜是天然氣富集地帶，而且通過最長，風險最大，3個方案的地質(zhì)條件均差。Ⅰ方案繞避了大型煤礦采空區(qū)，穿越巖溶地區(qū)最少，受巖溶影響最小。Ⅲ方案線路最長，雖繞避大型采空區(qū)，但穿越巖溶地區(qū)相對Ⅰ方案為長，而且線路以橋隧為主，沿地層走向行進，巖層軟硬不均，工程風險較大，地質(zhì)條件較差。綜合比較，推薦地質(zhì)條件相對較好的經(jīng)長寧、興文方案(Ⅰ方案)。

從方案比較中可看出密集分布的大型采空區(qū)是決定線路方案的關(guān)鍵因素，必須繞避(如Ⅱ方案、Ⅳ方案、Ⅴ方案)。后在推薦的I方案中，通過綜合勘探手段詳細勘察進一步優(yōu)化，宜賓至威信段大型采空區(qū)均已繞避，控制線路方案的新壩鄉(xiāng)煤礦與響水灘煤礦之間的唯一通道得以成立，全段僅通過2處小煤窯采空區(qū)，大大降低了工程風險。

5 結(jié)束語

通過成貴客運專線采空區(qū)地質(zhì)選線實踐，得出以下結(jié)論：

(1)高速鐵路選線中，應(yīng)充分考慮地質(zhì)條件對線路走向的影響，尤其對控制線路方案的大型采空區(qū)進行技術(shù)方案論證時，應(yīng)綜合考慮工程的可靠性和經(jīng)濟性。

(2)高速鐵路選線中，密集成片分布的大型采空區(qū)對線路走向方案的影響極大，常因線路技術(shù)標準高，在一定區(qū)域成為控制線路走向的關(guān)鍵因素。

(3)對于采空區(qū)分布廣、規(guī)模大，空間形態(tài)復(fù)雜地區(qū)的鐵路選線，方案比選初期應(yīng)高度重視采空區(qū)的勘察以及采空區(qū)對線路的影響程度，遵循采空區(qū)地質(zhì)選線原則，繞避影響鐵路建設(shè)和運營的大型采空區(qū)，確保工程項目的可行性。

[1] TB 10012-2007/J124-2007 鐵路工程地質(zhì)勘察規(guī)范[S]. TB 10012-2007/J124-2007 Code for geology investigation of railway engineering[S].

[2] TB 10027-2012/J1407-2012 鐵路工程不良地質(zhì)勘察規(guī)程[S]. TB 10027-2012/J1407-2012 Code for unfavorable geological condition investigation of railway engineering[S].

[3] TB 10038-2012/J1408-2012 鐵路工程特殊巖土勘察規(guī)程[S]. TB 10038-2012/J1408-2012 Code for unfavorable geological condition investigation of railway engineering[S].

[4] 鐵道部第一勘測設(shè)計院主編.鐵路工程地質(zhì)手冊[M].北京：中國鐵道出版社，1999. Handbook of railway engineering geology. The first survey and Design Institute of the Ministry of railways[M].Beijing: China Railway Publishing House, 1999.

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[6] 中鐵二院工程集團有限責任公司.新建成貴鐵路樂山至白云段初步設(shè)計鑒修第四篇地質(zhì)[R].成都：中鐵二院工程集團有限責任公司，2013. China Railway Eryuan Engineering Group Co.,Ltd. Repair part four-geology about the preliminary design phase on section of Leshan to Baiyun of newly-built chengdu-guiyang railway on [R].Chengdu: China Railway Eryuan Engineering Group Co.,Ltd,2013.

[7] 樂重.鐵路綜合選線原則思考[J].高速鐵路技術(shù)，2015,6(3)：54-58. LE Zhong. Thoughts about Principle for Integrated Railway Routs Selection[J].High Speed Railway Technology, 2015,6(3)：54-58.

Thoughts and Practice on Geologic Route Selection in Goaf Area on Chengdu-Guiyang Passenger Dedicated Line

YANG Ying

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

The geological condition Chengdu-Guiyang passenger dedicated line is complex and engineering geological problems in goaf area are obvious, which intensively impacts on the line. After analyzing the characteristics of the goaf, the ideas and principles of route selection in goaf area are put forward. By comparison, the optimal route scheme for Yibin-Weixin section is made. Comparing geological conditions of the five line scheme in Yibin-Weixin section, especially carrying out special topic geological work in goaf affecting the line，the selection of treating or avoiding goaf is made on large area for the route decision. By the research and analysis, Scheme I which bypasses large mined out area through Changning and Xingwen is finally selected, thus maximally reduces the project risk.

Chengdu-Guiyang Passenger Dedicated Line; goaf; geological route selection; practice

2016-03-23

楊英(1965-)，女，教授級高級工程師。

1674—8247(2016)05—0056—04

U212.22

A