可溶巖地質(zhì)下鐵路勘察設(shè)計(jì)原則研究

陳建鋼

（中鐵二院地勘巖土設(shè)計(jì)研究院， 四川 成都 610031）

0 引言

隨著社會(huì)發(fā)展水平的不斷提升，鐵路設(shè)計(jì)和建設(shè)的范圍不斷擴(kuò)充，除了具有良好地質(zhì)的區(qū)域之外，在一些地形復(fù)雜地區(qū)，尤其西南地區(qū)的鐵路建設(shè)當(dāng)中，會(huì)有眾多制約其建設(shè)的影響因素，在這當(dāng)中，可溶巖就屬于比較常見(jiàn)的一種不良地質(zhì)，在可溶巖山區(qū)修建鐵路最關(guān)鍵的一點(diǎn)是要充分認(rèn)識(shí)到巖溶的特點(diǎn)和危害，只有從根本上重視起來(lái)才能夠強(qiáng)化工作人員的責(zé)任感，提高工程勘察設(shè)計(jì)的質(zhì)量。受巖溶地質(zhì)特點(diǎn)的影響，鐵路工程的設(shè)計(jì)和施工可能會(huì)存在一定不安全和質(zhì)量因素，但只要重視選線、勘察和設(shè)計(jì)各個(gè)環(huán)節(jié)的工作，就能夠有效地控制災(zāi)害的產(chǎn)生[2]。

1 可溶巖地質(zhì)山區(qū)鐵路的施工特點(diǎn)及不足

1.1 可溶巖與巖溶的差別及特點(diǎn)

分析可溶巖地區(qū)的特點(diǎn)得知，其會(huì)有較大面積的碳酸鹽巖裸露在表面上，一般為灰?guī)r、白云巖和白云巖灰?guī)r等。這些巖質(zhì)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，不容易風(fēng)化，很容易開(kāi)采，能夠在建筑領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用，其具有較大的礦產(chǎn)資源價(jià)值[3]。但除了以上這些優(yōu)點(diǎn)之外，其還有比較明顯的一個(gè)不足是在水化學(xué)作用下會(huì)因水溶蝕而出現(xiàn)地質(zhì)災(zāi)害，會(huì)在一定條件下對(duì)工程施工的安全造成影響。但其本身的造型結(jié)構(gòu)比較特殊，部分地區(qū)會(huì)將其作為旅游資源開(kāi)發(fā)利用，可以說(shuō)，巖體資源本身集聚災(zāi)害性和欣賞性于一體，站在不同的研究角度就會(huì)得出不同的結(jié)論，其本身的利和弊是共同存在且可以互相轉(zhuǎn)換的。受其特殊特性的影響，不能絕對(duì)地將巖體資源看成不良的災(zāi)害地質(zhì)，只要能夠加強(qiáng)檢查并在施工前后做出預(yù)防并結(jié)合針對(duì)性的措施做以整治，就能夠有效地避免問(wèn)題的出現(xiàn)[4]。作為巖溶形成的必要條件和主要內(nèi)在因素，可溶巖是巖溶形成的關(guān)鍵，巖溶的出現(xiàn)要以可溶巖的存在為第一前提。可溶巖受到水化或者水的機(jī)械侵蝕等情況形成巖溶，主要形成的地質(zhì)現(xiàn)象包括溶洞或者暗河等，從而會(huì)導(dǎo)致一些地質(zhì)問(wèn)題會(huì)對(duì)工程安全造成不良影響。根據(jù)對(duì)大量的資料研究分析可知，巖溶發(fā)育情況具有明顯的地域性特點(diǎn)，其雖然并不是完全連續(xù)但又相對(duì)集中，在整個(gè)巖溶極強(qiáng)發(fā)育區(qū)會(huì)同時(shí)存在發(fā)育和不發(fā)育的地段，由此形成較為安全的地帶[5]。

1.2 巖溶地質(zhì)鐵路工程的施工特點(diǎn)及不足

分析目前熔巖地質(zhì)鐵路工程施工的不足主要體現(xiàn)在基本的建設(shè)工作在拓展和延伸過(guò)程中對(duì)地下水的過(guò)量開(kāi)采所導(dǎo)致的地質(zhì)破壞，首先體現(xiàn)在對(duì)隧道的影響，如果隧道穿越巖溶地段，地質(zhì)災(zāi)害會(huì)直接影響施工，施工也會(huì)加劇水道河流以及地表的斷道和坍塌，這種破壞是快速且不可逆轉(zhuǎn)的；其次，體現(xiàn)在對(duì)橋梁施工的影響，橋梁施工的選址主要在斷裂比較集中的平坦地勢(shì)區(qū)域，這些地區(qū)的地下水活躍會(huì)促進(jìn)巖溶發(fā)育，從而導(dǎo)致的洞穴或溶洞會(huì)影響橋梁施工的質(zhì)量；再有，體現(xiàn)在對(duì)路基工程的影響。如果在工程施工的過(guò)程中不能依據(jù)路基的實(shí)際情況和地質(zhì)特點(diǎn)去預(yù)防地質(zhì)災(zāi)害對(duì)工程的影響，很容易會(huì)引發(fā)路基病害[6]。

2 巖溶地區(qū)鐵路勘測(cè)的步驟規(guī)劃

2.1 踏勘階段

踏勘階段作為巖溶地區(qū)鐵路勘測(cè)的第一個(gè)步驟，最主要的特點(diǎn)是設(shè)計(jì)施工人員通過(guò)自身的觀察和測(cè)算掌握熔巖的實(shí)際情況，了解具體的分布、種類(lèi)和可能出現(xiàn)的地質(zhì)災(zāi)害類(lèi)型，不僅要研究巖溶強(qiáng)發(fā)育區(qū)，對(duì)于巖溶地下水和暗河發(fā)育區(qū)也要展開(kāi)研究，總結(jié)出地表可能出現(xiàn)不穩(wěn)定現(xiàn)象和塌陷的區(qū)域，總結(jié)出后續(xù)施工中可能出現(xiàn)的突發(fā)事件及地質(zhì)問(wèn)題，設(shè)計(jì)出幾種不同的預(yù)案進(jìn)行分析判斷，實(shí)現(xiàn)對(duì)不良地質(zhì)線路的繞避最終選擇科學(xué)的施工方案[7]。

2.2 初測(cè)階段

初測(cè)之前加深地質(zhì)工作階段指的是在線路可能通過(guò)的最大范圍內(nèi)，確定線路所選擇方案會(huì)出現(xiàn)的不良地質(zhì)因素并提出初測(cè)方案和意見(jiàn)。在確定整體的方案方向后結(jié)合初測(cè)階段的勘察研究線路會(huì)經(jīng)過(guò)的可溶巖范圍區(qū)域、易發(fā)地段、地下水富集情況以及巖溶的影響狀況，進(jìn)而總結(jié)出更為具體的施工方案。

2.3 定測(cè)階段

確定施工線路方案后，要查明地質(zhì)的具體情況，主要包括溶洞的面積、分布、位置和形態(tài)等多項(xiàng)內(nèi)容，從這些方面分析隧道范圍內(nèi)的地下暗河的高程和流量特點(diǎn)，總結(jié)地質(zhì)特點(diǎn)和可能產(chǎn)生災(zāi)害的情況。通過(guò)科學(xué)有效的測(cè)定，掌握鐵路工程巖溶地質(zhì)的具體情況從而開(kāi)始工程的初步設(shè)計(jì)和施工規(guī)劃。

例如，渝懷鐵路的設(shè)計(jì)施工就充分驗(yàn)證了這一特點(diǎn)，渝懷鐵路作為四川和重慶對(duì)外鐵路運(yùn)輸?shù)臇|通道，其建設(shè)的地質(zhì)十分艱險(xiǎn)復(fù)雜，工程沿線的水庫(kù)坍塌、泥石流溝、瓦斯隧道等不良地質(zhì)相對(duì)較多，軟土、膨脹土等特殊沿途供電也力度較高，整個(gè)鐵路工程的建設(shè)難度相對(duì)較大。渝懷鐵路吸引區(qū)土地面積為5.23 萬(wàn)平方千米，總?cè)丝跀?shù)1,320 萬(wàn)，除重慶地區(qū)之外，其他沿線地區(qū)的經(jīng)濟(jì)相對(duì)落后，會(huì)經(jīng)有很多少數(shù)民族貧困地區(qū)。其水資源、礦產(chǎn)資源和旅游資源以及生物資源相對(duì)豐富，所以渝懷鐵路的建設(shè)對(duì)于川渝地區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)展和少數(shù)民族地區(qū)的經(jīng)濟(jì)提升和脫貧致富具有重要意義，在技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的選擇上，要能夠滿足社會(huì)經(jīng)濟(jì)和自然等情況。渝懷鐵路全線擬定正線數(shù)目為單線，但在設(shè)計(jì)工作中通過(guò)分析川渝和東南沿海地區(qū)客戶交流的流通重要性要為后續(xù)的發(fā)展留出空間，所以在控制資本的基礎(chǔ)上，對(duì)個(gè)別重點(diǎn)工程和即將增建的第二線會(huì)可能出現(xiàn)困難的車(chē)站兩段預(yù)留了復(fù)線工程。同時(shí)考慮到現(xiàn)有鐵路施工狀況分析此類(lèi)鐵路施工因坡度大其養(yǎng)護(hù)方面的工作量和資金投入較大，會(huì)直接加大運(yùn)營(yíng)管理的負(fù)擔(dān)，所以在設(shè)計(jì)工作中充分利用高橋長(zhǎng)隧較強(qiáng)的跨越和穿越能力來(lái)客服高層實(shí)現(xiàn)坡度的減緩。通過(guò)科學(xué)的對(duì)比分析，確定越嶺地段，選擇13‰加力坡同時(shí)輔以采用部分高橋和長(zhǎng)遂道以后能夠滿足地形的發(fā)展，會(huì)有效地控制高程狀況需要克服的情況。在初測(cè)時(shí)期對(duì)渝懷線進(jìn)行線路功能分析可知，其客運(yùn)量的大小直接決定了其以客運(yùn)為主要作用的運(yùn)輸定位，想要實(shí)現(xiàn)列車(chē)的速度提升，就要引入較大的最小曲線半徑，同時(shí)根據(jù)沿線的實(shí)際情況，分段式的選擇不同的最小曲線半徑，確保分區(qū)段的各個(gè)路段旅客列車(chē)設(shè)計(jì)行車(chē)速度各有差別，保證路段旅客列車(chē)設(shè)計(jì)行車(chē)速度達(dá)到140km/h 千米每小時(shí)的地段，能夠占到全線的30%以上，正是因?yàn)楦邩?biāo)準(zhǔn)的采用和路徑的縮短，川渝和東南沿海地區(qū)間列車(chē)經(jīng)過(guò)川渝線的時(shí)間，要比其他路徑的時(shí)間要快很多。

3 巖溶地區(qū)鐵路建設(shè)的選線問(wèn)題

3.1 在可溶巖大面積出露地區(qū)的地質(zhì)選線

巖溶地區(qū)的鐵路建設(shè)工作都會(huì)經(jīng)過(guò)嚴(yán)格的勘察和設(shè)計(jì)，但在具體施工過(guò)程中依然會(huì)出現(xiàn)因復(fù)雜地形等自然因素所造成的各類(lèi)地形地質(zhì)問(wèn)題，所以在施工過(guò)程中要盡量少經(jīng)過(guò)鹽酸鹽巖地區(qū)，以此來(lái)防止巖溶地質(zhì)災(zāi)害的出現(xiàn)。在線路的選擇上要避開(kāi)已經(jīng)發(fā)現(xiàn)的大面積覆蓋型巖溶的地表塌陷區(qū)，這些不良地質(zhì)因素會(huì)導(dǎo)致工程隱患，同時(shí)有效的繞避也能夠減少地基處理資源的投入，有效控制工程投入。

3.2 可溶巖局部出露地段的地質(zhì)選線

在實(shí)際施工工作的地質(zhì)選線工作進(jìn)行過(guò)程中可能會(huì)出現(xiàn)各類(lèi)問(wèn)題，首先在越嶺地帶抬高線路高程，規(guī)避水平徑流帶，盡量使得工程項(xiàng)目穿越于垂直徑流帶，實(shí)現(xiàn)工程項(xiàng)目的走向盡量保持在巖溶和地下水發(fā)育密度較低的垂直徑流帶，以此實(shí)現(xiàn)對(duì)災(zāi)害的預(yù)防、工程質(zhì)量的提升和造價(jià)的降低。在選線過(guò)程中，要控制長(zhǎng)隧道工程的數(shù)量和長(zhǎng)度，盡量確保隧道工程在可溶巖裸露的地段通過(guò)路塹形式從表面通過(guò)，這樣可以更好地掌握地質(zhì)狀況，降低施工難度。

在川渝地區(qū)修建高質(zhì)量的電氣化鐵路要充分分析其地勢(shì)特點(diǎn)和來(lái)進(jìn)行線路的選擇，渝懷現(xiàn)地形起伏大，其中有三次越嶺最大的越嶺在烏江和沅江的分水嶺，整個(gè)線路長(zhǎng)達(dá)150km，是整個(gè)線路地形最為復(fù)雜的位置，在設(shè)計(jì)過(guò)程中分別研究了園梁山方案和丁市龍?zhí)斗桨敢约岸∈懈升埛桨负脱睾鱼~仁4 個(gè)不同走向的越嶺方案，在實(shí)際研究的過(guò)程中結(jié)合整個(gè)路段的限坡進(jìn)行方案的差別分析。同時(shí)研究了采用6‰和13‰的加利坡的不同坡度方案對(duì)工程的影響情況，整個(gè)研究方案的研究長(zhǎng)度為2000km 以上。在設(shè)計(jì)的過(guò)程中首先結(jié)合小比例尺度的地形圖以及區(qū)域地質(zhì)圖和遙感拍攝結(jié)果，對(duì)于預(yù)先做好的研究方案進(jìn)行深入的分析，結(jié)合地質(zhì)工程和資金方面的特點(diǎn)決定了園梁山方案和丁市龍?zhí)斗桨竷蓚€(gè)不同走向的越嶺方案是相對(duì)具有較為明顯優(yōu)勢(shì)的方案，受工程的地質(zhì)環(huán)境和水文特點(diǎn)的影響，圓梁山隧道通過(guò)高水位富水區(qū)，所以要在該段進(jìn)行大范圍的加深地質(zhì)階段的工作，要通過(guò)大范圍的地質(zhì)測(cè)繪、深層物探、同位素分析等方式，進(jìn)行深入的研究和分析，對(duì)圓梁山隧道的地質(zhì)巖性構(gòu)造和水文情況有了明顯的認(rèn)知，由專(zhuān)家進(jìn)行復(fù)檢和審查最終得出在園梁山修建隧道的可行性。和園梁山方案相比，丁市龍?zhí)斗桨妇€路當(dāng)中的危巖落石及巖溶等不了不良地質(zhì)情況相對(duì)較多，整個(gè)方案的工程地質(zhì)條件要比園梁山方案差，同時(shí)線路的長(zhǎng)度約為8km 米且不能經(jīng)過(guò)中心城市黔江。相比于兩個(gè)方案的投資，圓梁山方案的整體可行性更高，所以結(jié)合宏觀地質(zhì)選線的的考量，最終選擇園梁山方案，在確定了線路方案之后分析整個(gè)隧道所穿越的高水位輸水區(qū)能夠得知要將減少小毛壩向斜頂部水平循環(huán)帶的巖溶水，同時(shí)分析影響隧道的主要地質(zhì)因素，結(jié)合施工過(guò)程中地域的斷層分布狀況來(lái)確定線路的平面位置防止施工過(guò)程會(huì)出現(xiàn)斷層情況，要通過(guò)這一操作來(lái)避免水平循環(huán)帶巖溶水。在斷層和隧道的連通下，在施工的過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生突水突泥，同時(shí)可以有效地緩解隧道襯砌結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的水壓力。線路在選擇的過(guò)程中以技術(shù)和重大線路方案為標(biāo)準(zhǔn)，強(qiáng)化整個(gè)線路的輸送能力，來(lái)滿足鐵路設(shè)計(jì)和施工的主要目的，在山區(qū)越嶺的選線過(guò)程中，可以融入遙感技術(shù)來(lái)加強(qiáng)地質(zhì)的前期區(qū)測(cè)工作，將地質(zhì)條件作為線路方案選擇和比較的根本，要結(jié)合橋隧工程來(lái)繞開(kāi)不良地質(zhì)防治行車(chē)安全隱患的出現(xiàn)。

4 結(jié)束語(yǔ)

巖溶作為不良地質(zhì)，較為容易引發(fā)工程建設(shè)問(wèn)題，要在設(shè)計(jì)和施工過(guò)程中加強(qiáng)思想認(rèn)識(shí)，明確可溶巖對(duì)于巖溶的重要影響作用，要從根本上區(qū)分兩者的差別，從思想上明確認(rèn)知，客觀準(zhǔn)確地區(qū)分兩者，以此來(lái)加強(qiáng)對(duì)鐵路建設(shè)工程勘察和設(shè)計(jì)工作的認(rèn)識(shí)，在總結(jié)巖溶工程地質(zhì)問(wèn)題的基礎(chǔ)上強(qiáng)化鐵路工程地質(zhì)選線方面的認(rèn)識(shí)和能力，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)工程設(shè)計(jì)和建筑質(zhì)量的提升。