南昆鐵路威舍至岔江段擴(kuò)能改造工程地質(zhì)選線研究

張雨露，賈 杰，李 東，唐偉華，邱曉東

(中鐵二院工程集團(tuán)有限責(zé)任公司，四川 成都 610031)

1 工程概況

既有南昆鐵路東起南寧站，向西經(jīng)威舍至昆明站，線路運(yùn)營長度887.439 km。此次南昆鐵路擴(kuò)能改造工程的威舍至昆明段主要位于貴州、云南兩省境內(nèi)，線路東起南昆鐵路威舍站，西端引入昆明樞紐，全長293.3 km。與南昆鐵路南寧至威舍段貫通，所通過的威紅、水柏鐵路與滬昆鐵路、內(nèi)昆鐵路相連，共同構(gòu)成云南、川西和貴州西部地區(qū)與南部沿海地區(qū)客貨交流的重要鐵路通道。線路地理位置如圖1所示。

圖1 南昆鐵路威舍至昆明段區(qū)域構(gòu)造

本文以既有南昆鐵路威舍至岔江段擴(kuò)能改造工程為研究對象，該區(qū)段內(nèi)滑坡、巖溶、危巖落石等不良地質(zhì)現(xiàn)象發(fā)育，工程地質(zhì)條件復(fù)雜[1-2]，且線路穿越貴州興義國家地質(zhì)公園和布魯革省級風(fēng)景名勝區(qū)。故查清沿線范圍內(nèi)的地層巖性、地質(zhì)構(gòu)造、水文地質(zhì)條件及不良地質(zhì)現(xiàn)象是威舍至岔江段線路選線的關(guān)鍵。

2 區(qū)域地質(zhì)特征

2.1 地形地貌

南昆鐵路威舍至昆明段擴(kuò)能改造工程沿線地處云南高原東側(cè)的黔西南及滇東中、低山地及高原丘陵區(qū)，山脈走向受構(gòu)造格局控制，威舍至召夸多呈北東向，以后逐漸變?yōu)榻媳毕?。地勢西北高、東南低，向東南傾斜，相對切割深度自東向西逐漸減弱。沿線地形、地貌表現(xiàn)為中、低山地、低山丘陵及盆地等形態(tài)。構(gòu)造、溶蝕及侵蝕作用是形成沿線地貌形態(tài)的主要營力。

威舍至岔江段線路屬構(gòu)造-侵蝕、溶蝕峽谷地貌，地面高程 1 200～1 800 m，相對高差200～600 m，地形起伏大，橫坡較陡，碳酸鹽巖沿黃泥河分布區(qū)呈巖溶峽谷，兩岸呈峰林谷地、峰叢洼地地貌，巖溶泉、暗河較為發(fā)育，碎屑巖地區(qū)斜坡欠穩(wěn)定，滑坡發(fā)育。

2.2 地層巖性

2.3 地質(zhì)構(gòu)造與地震

威舍至岔江段處于云南“山”字形構(gòu)造雨汪旋卷構(gòu)造帶東翼，構(gòu)造線以北東向?yàn)橹?，分布一系列北東向弧形褶皺和斷裂，褶皺強(qiáng)烈，斷裂密集。研究線路主要通過龍?zhí)侗承焙团f發(fā)乃背斜，其中龍?zhí)侗承陛S部走向N60°E，舊發(fā)乃背斜軸部走向N75°W，兩翼巖層產(chǎn)狀相反；而線路通過的斷裂則主要有小岔河斷層、龍?zhí)稊嗔?、小臘甲斷裂、箐上斷裂、龍脖子斷層及哈木格斷裂，斷裂影響范圍內(nèi)的巖體破碎，區(qū)段內(nèi)新構(gòu)造運(yùn)動不強(qiáng)烈，查GB 18306—2015《中國地震動參數(shù)區(qū)劃圖》(1/400萬)表明，研究區(qū)段地震動峰值加速度為0.05g，地震動反應(yīng)譜特征周期為0.45 s，地震基本烈度為Ⅵ度。

2.4 水文地質(zhì)特征

威舍至岔江段線路地表水主要為南盤江主要支流的黃泥河河水及山間溝槽流水。地下水則根據(jù)不同的貯水介質(zhì)及水在其中的賦存形式劃分為第四系孔隙水、基巖裂隙水和巖溶水3種類型。第四系孔隙水主要賦存于第四系松散層中，主要由大氣降水補(bǔ)給，水量隨季節(jié)變化，埋深不等；基巖裂隙水主要受入滲條件控制；而巖溶水主要賦存于研究區(qū)段內(nèi)的三疊系中厚層、厚層灰?guī)r中，為補(bǔ)給型巖溶水，富水性普遍較強(qiáng)，水量較為豐富，易形成管道暗河或巖溶裂隙水，再以巖溶泉或暗河形式，在河谷中排泄，這為地下水的賦存、徑流和排泄創(chuàng)造了極為有利的條件。根據(jù)區(qū)域地質(zhì)資料及現(xiàn)場調(diào)查，考慮沿線三疊系中統(tǒng)法郎組夾炭質(zhì)灰?guī)r的化學(xué)侵蝕及鹽類結(jié)晶破壞環(huán)境，將其作用等級定為H1,Y1[3]。

2.5 不良地質(zhì)現(xiàn)象

威舍至岔江段內(nèi)的不良地質(zhì)現(xiàn)象主要為滑坡、巖溶和危巖落石。其中滑坡分布范圍較廣，多分布于斜坡表層，破壞形式以雨水沖刷下的坍滑為主，一般規(guī)模較小，均為土質(zhì)，易處理，對線路影響較小。但個別規(guī)模較大，如龍脖子滑坡，應(yīng)繞避或以隧道形式穿過。巖溶主要分布于碳酸鹽巖類地區(qū)。危害的主要形式為暗河、溶洞、地面塌陷等，通過隧道存在涌水突泥風(fēng)險。危巖落石則主要分布于陡峻的斜坡地帶，巖體受構(gòu)造節(jié)理切割控制，在外營力作用下發(fā)生崩落，危及過往車輛及行人的生命及財(cái)產(chǎn)安全。

3 影響線路選擇的主要因素

通過詳細(xì)的地質(zhì)調(diào)繪，影響南昆鐵路威舍至岔江段線路選擇的主要地質(zhì)因素有龍脖子大型滑坡、巖溶暗河和危巖落石，同時還受環(huán)境保護(hù)區(qū)等外界條件的影響[3]。

3.1 龍脖子滑坡

龍脖子滑坡位于黃泥河右岸，既有南昆鐵路從滑坡對岸通過。滑坡地貌上呈圈椅狀，前緣擠壓黃泥河約120 m，主軸方向N74°W，長約780 m，寬約470 m，平均厚50 m，體積約183×104m3，為巨型滑坡?；聟^(qū)地層巖性為三疊系中統(tǒng)法郎組上段(T2fb)砂巖、頁巖及泥巖，下段(T2fa)灰?guī)r、炭質(zhì)灰?guī)r，薄～中厚層狀，巖層產(chǎn)狀傾向黃泥河，傾角約50°，滑體上巖層產(chǎn)狀紊亂,如圖2所示。

圖2 龍脖子滑坡剖面

滑坡總體上為基巖順層滑坡，由于巖層產(chǎn)狀變化大，局部有切層現(xiàn)象。滑體物質(zhì)以碎、塊石土為主，滑帶為碎石角礫夾黏土，下伏基巖為三疊系中統(tǒng)法郎組上段砂巖、頁巖及泥巖。其形成的原因主要為陡傾順層巖質(zhì)邊坡前緣不斷受黃泥河沖刷及剝蝕形成臨空面，上覆巖體沿軟弱結(jié)構(gòu)面逐漸向下滑移，從而形成滑坡。目前滑坡處于基本穩(wěn)定狀態(tài)，但由于滑體物質(zhì)力學(xué)性質(zhì)軟弱，邊界尚有位移空間，若擴(kuò)能改造線路由此通過，受開挖擾動影響，滑坡臨空條件加大，滑體有進(jìn)一步失穩(wěn)的可能性。

3.2 巖溶暗河

經(jīng)調(diào)查，威舍至岔江段內(nèi)出露地層主要為三疊系碳酸鹽巖，如灰?guī)r、白云巖，上覆土層較薄，為裸露型巖溶。巖溶中等～強(qiáng)烈發(fā)育，地表溶隙、溶溝、溶槽等溶蝕地貌多見，黃泥河為本段侵蝕基準(zhǔn)面，兩岸發(fā)育眾多暗河，沿河排泄，典型的如補(bǔ)衣暗河、植白暗河(見圖3)。

圖3 部分巖溶暗河

巖溶分布地段對線路影響較大，線路所處位置位于巖溶垂直滲流帶及季節(jié)交替帶，部分位于水平徑流帶。長大隧道易出現(xiàn)涌水突泥危害，路基地段則應(yīng)根據(jù)巖溶發(fā)育位置、規(guī)模及地下巖溶特征，結(jié)合工程情況，采取相應(yīng)加固整治措施。

3.3 危巖落石與巖堆

線路通過地段為構(gòu)造強(qiáng)烈、斷裂及構(gòu)造節(jié)理發(fā)育、陡峻的斜坡地帶，巖體被構(gòu)造節(jié)理切割，加之地表溶蝕作用，而使陡壁處部分巖體形成危巖，在外營力作用下發(fā)生落石，堆積于陡崖坡腳，逐步形成巖堆，規(guī)模大小不一。對可能威脅線路的危巖落石應(yīng)采取清除、攔截、支擋、刷坡、排水、嵌補(bǔ)防治措施，較長的路塹段落設(shè)置棚洞，隧道口則接長明洞。規(guī)模較大或成群發(fā)育的巖堆體，線路應(yīng)繞避。

3.4 其他影響因素

威舍至岔江段線路與貴州興義國家地質(zhì)公園和布魯革省級風(fēng)景名勝區(qū)相鄰，選線時應(yīng)按環(huán)保法規(guī)及政策的要求進(jìn)行合理的繞避以及采取必要的工程措施。同時研究區(qū)段內(nèi)含既有線和燦昆高速公路，選線時應(yīng)考慮擴(kuò)能改造線路對既有鐵路及高速公路的工程安全風(fēng)險，避免對其造成不利影響。

4 威舍至岔江段地質(zhì)選線原則

威舍至岔江段地形、地質(zhì)條件復(fù)雜，不良地質(zhì)條件發(fā)育，橋隧工程集中，線路選擇應(yīng)結(jié)合線路特點(diǎn)綜合考慮[4-8]。受地質(zhì)因素控制的選線原則主要有以下幾點(diǎn)：

1)線路應(yīng)盡可能避開或遠(yuǎn)離活動斷裂及深大斷裂，在無法避開的情況下，線路宜短距離、大角度且以簡單工程類型通過斷裂帶。

2)線路應(yīng)繞避或以大角度通過巖溶強(qiáng)烈發(fā)育地帶，且應(yīng)以大角度與暗河相交，避免與暗河平行走行，并保證暗河安全頂、底板厚度。峰林谷地及峰叢洼地線路宜繞避埡口并高于巖溶水的洪水位。

3)線路應(yīng)避開較大的不良地質(zhì)體及長大段落的特殊巖土，在不能完全避開的情況下，宜短距離通過。

4)對危巖落石嚴(yán)重發(fā)育以及對線路危害極大的段落應(yīng)繞避或設(shè)隧道通過，隧道選線時應(yīng)遵循早進(jìn)晚出的原則。對無法繞避的局部零星危巖地段應(yīng)爆破、清除大塊孤石，同時增設(shè)攔擋工程，隧道進(jìn)出口接長明洞。

5 線路方案比選

本段既有線沿黃泥河兩岸行走，線路較不順直，且線路穿越貴州興義國家地質(zhì)公園和布魯革省級風(fēng)景名勝區(qū)。制訂了3套右線繞行方案和沿既有線增建二線方案。詳細(xì)方案如圖4所示。

圖4 威舍至岔江段線路方案示意

5.1 右線繞行方案

3套右線繞行方案分別為另設(shè)岔江站、兩跨黃泥河繞避龍脖子滑坡以及引入既有岔江站。

另設(shè)岔江站方案起于K504+000，經(jīng)小岔河村繞至以國村東側(cè)，以14.829 km長隧經(jīng)下補(bǔ)衣、龍脖子、金竹塘、上車灣，出隧道后跨汕昆高速公路和喜舊汗河接上既有線，在喜舊汗河上設(shè)新岔江越行站。該方案增建二線長度23.245 km。

兩跨黃泥河繞避龍脖子滑坡方案起于K504+000，經(jīng)小岔河村繞至以國村東側(cè)，然后以隧道經(jīng)下補(bǔ)衣，出隧道后在黃泥河普梯水電站下游100 m處跨黃泥河，沿既有線右側(cè)南行至既有革居站再次跨黃泥河，以隧道經(jīng)螞蟻溝、金竹塘、上車灣，出隧道后跨汕昆高速公路和喜舊汗河接上既有線，在喜舊汗河上設(shè)新岔江越行站。該方案增建二線長度23.419 km。

引入既有岔江站方案起點(diǎn)至龍脖子段的走向與另設(shè)岔江站方案一致，經(jīng)金竹塘之后切岔江站進(jìn)站前的曲線，接上既有線。二線由既有線K524+300處換邊至左側(cè)，出岔江站后繼續(xù)沿既有線左側(cè)前行，在K528+400處接上另設(shè)岔江站方案的左線繞行段。該方案增建二線長度24.019 km。

5.2 沿既有線增建二線方案

沿既有線增建二線方案先在K504+100—K511+000段右線繞行，然后在K509+400處沿既有線開始左線繞行，最終引入既有岔江站。該方案增建二線長度26.392 km。

5.3 方案優(yōu)缺點(diǎn)分析及推薦意見

沿既有線增建二線方案灰?guī)r地段發(fā)育危巖落石，工程整治困難，線路通過K523+300處犀牛塘古滑坡，工程易引起滑坡復(fù)活，既有岔江站北側(cè)陡崖發(fā)育危巖落石，南側(cè)為站前廣場滑坡，地質(zhì)條件較差，同時K522—K528段增建二線位于既有鐵路與燦昆高速公路之間，施工對斜坡擾動后易造成失穩(wěn)，導(dǎo)致既有鐵路、高速公路安全風(fēng)險高。右線繞行方案避開了龍?zhí)洞鍘r溶泉、龍脖子滑坡，上跨補(bǔ)衣暗河，但下補(bǔ)衣隧道發(fā)育植白暗河，隧道洞身位于巖溶水垂直滲流帶及季節(jié)變動帶，存在涌水突泥風(fēng)險。其中兩跨黃泥河方案一跨黃泥河大橋威舍端坡面順層，部分巖體倒懸，二跨黃泥河大橋威舍端滑坡發(fā)育，滑坡后緣為既有革居站，安全風(fēng)險較大；引入既有岔江站方案K525—K528段地質(zhì)條件與沿既有線增建二線方案相同，對既有鐵路、高速公路的干擾較大，安全風(fēng)險高。綜合地質(zhì)條件比選后推薦右線繞行另設(shè)岔江站方案。

6 結(jié)論

本文結(jié)合南昆鐵路擴(kuò)能改造工程威舍至岔江段內(nèi)工程地質(zhì)、水文地質(zhì)條件及不良地質(zhì)現(xiàn)象，通過分析4種線路方案的優(yōu)缺點(diǎn)，提出了威舍至岔江段線路的推薦改造方案。主要結(jié)論如下：

1)威舍至岔江段影響線路選擇的主要地質(zhì)因素有龍脖子大型滑坡、巖溶暗河和危巖落石，同時也受到既有線路、燦昆高速公路、風(fēng)景名勝區(qū)等其他因素的影響。

2)沿既有線增建二線方案工程地質(zhì)條件較差，右線繞行方案避開了龍?zhí)洞鍘r溶泉、龍脖子滑坡，上跨補(bǔ)衣暗河等不良地質(zhì)現(xiàn)象，工程地質(zhì)條件相對較好。經(jīng)綜合地質(zhì)條件比選后推薦右線繞行另設(shè)岔江站方案。

3)在云南地區(qū)復(fù)雜的地質(zhì)環(huán)境下，線路選擇須遵循地質(zhì)選線原則，綜合考慮各種地質(zhì)因素、環(huán)境條件及其他外界因素，以提高線路的安全性、合理性及經(jīng)濟(jì)性。