貴南鐵路白土段線路方案研究

劉博文

（中鐵二院集團(tuán)有限責(zé)任公司，四川成都610000）

0 引言

在復(fù)雜山區(qū)地質(zhì)條件是鐵路選線最重要的控制因素之一，巖溶、危巖落石、巖堆、有害氣體、順層、人為坑洞、滑坡及錯(cuò)落等不良地質(zhì)，直接影響鐵路施工和運(yùn)營(yíng)安全，綜合考慮不良地質(zhì)，進(jìn)行地質(zhì)選線，降低工程風(fēng)險(xiǎn)非常關(guān)鍵。

貴南鐵路線路位于貴州省東南部和廣西壯族自治區(qū)西北部。貴南鐵路地形地貌險(xiǎn)峻，地質(zhì)復(fù)雜，巖溶發(fā)育，危巖落石嚴(yán)重。選線中綜合考慮不良地質(zhì)因素，對(duì)每一個(gè)工點(diǎn)進(jìn)行研究評(píng)價(jià)，使其風(fēng)險(xiǎn)降至最低。下面闡述貴南鐵路白土段方案研究思路。

1 方案研究

貴南鐵路白土段位于河池至永安段，線路出河池站經(jīng)過白土鄉(xiāng)、龍頭鄉(xiāng)到永安站，根據(jù)確定的東江設(shè)河池站方案，線路出河池站后跨龍江，沿龍江右岸向南至白土鄉(xiāng)，根據(jù)沿線地形地貌，同時(shí)結(jié)合白土煤礦區(qū)及危巖落石等，白土段以6.2km 的德慶隧道通過。

貴南鐵路白土段地處黔桂斜坡過渡段，測(cè)區(qū)為巖溶谷地地貌，地形較寬闊平坦，局部殘丘及峰叢分布，上覆第四系全新統(tǒng)充洪積層（Q4al+pl）松軟土、黏土、礫砂；下伏基巖為二疊系下統(tǒng)棲霞組（P1q）灰?guī)r、夾燧石條帶灰?guī)r，茅口組（P1m）灰?guī)r夾硅質(zhì)巖。段落位于白土旋轉(zhuǎn)構(gòu)造的西南端，覆蓋層厚度大，未見明顯構(gòu)造跡象，主要為單斜緩傾地層。地表水不發(fā)育，地表水主要以塘水，受大氣降水補(bǔ)給，隨季節(jié)變化。局部溝槽中有季節(jié)性溝水，低洼處遇連續(xù)性強(qiáng)降雨有積水。地下水主要為第四系黏土中的孔隙水和基巖裂隙水、巖溶水。

德慶隧道根據(jù)地勘鉆探揭示，德慶隧道有約3.3km 圍巖為土質(zhì)軟弱圍巖，土質(zhì)主要為礫砂土及含礫黏土，圍巖穩(wěn)定性差，可能發(fā)生坍塌，甚至冒頂現(xiàn)象，施工安全風(fēng)險(xiǎn)高，基于此重點(diǎn)進(jìn)行方案研究[1]。

1.1 平面方案研究

德慶隧道有約3.3km 圍巖為土質(zhì)軟弱圍巖，土質(zhì)主要為礫砂土及含礫黏土，圍巖穩(wěn)定性差，研究線路西移路橋方案。

德慶隧道方案：自河池站出站后向南，經(jīng)過永康、德里、白土鄉(xiāng)西側(cè)，過拉盤村進(jìn)入德興隧道，至方案研究終點(diǎn)。

橋路方案：為改善工程地質(zhì)條件，將線路西移到白土鄉(xiāng)一帶較開廣闊谷地行走，以橋梁路基工程通過，取消德慶隧道[2]。

比較路段長(zhǎng)18.727km，兩方案平面示意如圖1所示。

方案比較及推薦意見

1.1.1 主要工程數(shù)量及投資比較，見表1。

表1 工程數(shù)量及投資比較表

1.1.2 工程地質(zhì)條件比較

路橋方案根據(jù)鉆探揭示的地質(zhì)情況對(duì)工程影響較大，主要地質(zhì)情況如下：

（1）該段內(nèi)巖土界線陡升陡降，覆蓋層厚度差異巨大，鉆孔鉆至80～120m 未見基巖，上部多為黏性土，下部多為礫砂。

（2）段內(nèi)灰?guī)r巖溶強(qiáng)烈發(fā)育，鉆孔見洞率高，串珠狀溶洞發(fā)育，對(duì)橋墩臺(tái)基礎(chǔ)影響較大。另外鉆孔揭示到土洞，直徑1.4～11.8m。土洞發(fā)育及基巖巖溶強(qiáng)烈發(fā)育，導(dǎo)致橋梁樁基設(shè)計(jì)困難、樁基成樁難度大及深覆土層路基段巖溶整治困難。

（3）該區(qū)地下水位埋深較深，旱季多位于土石界線以下，雨季時(shí)地表匯水下滲會(huì)攜帶部分土體細(xì)顆粒，造成土體孔隙變大、局部可能形成新的土洞，對(duì)工程的影響表現(xiàn)為地表層局部塌陷或小段落巨厚層土體不均勻沉降。

綜上所述，路橋方案較德行隧道方案，長(zhǎng)度增加0.223km，投資減少1.8 億，但是地質(zhì)條件對(duì)橋梁影響較大，較德慶隧道方案施工風(fēng)險(xiǎn)更大。平面推薦采用德慶隧道方案，使工程風(fēng)險(xiǎn)降至最低，研究德慶隧道方案優(yōu)化。

1.2 縱斷面方案研究

平面線路西移，取消德慶隧道，采用路橋方案風(fēng)險(xiǎn)更高，因此研究德慶隧道方案優(yōu)化，使施工風(fēng)險(xiǎn)降至最低。

德慶隧道壓坡方案：為加大德慶隧道埋深，減少穿越土層段落，研究了在德慶隧道方案線位基礎(chǔ)上，德慶隧道出口段標(biāo)高降低10m 的方案?？v斷面如圖2所示。

路橋壓坡方案：鑒于路橋方案有段落存在土層覆蓋達(dá)120m，橋梁工程實(shí)施難度大，故研究了通過調(diào)整縱斷面，將上述兩段改為路基工程通過，部分段落通過加大橋跨等措施通過的方案。

為降低運(yùn)營(yíng)風(fēng)險(xiǎn)，同時(shí)將段落改為有砟軌道?？v斷面如圖3所示。

1.2.1 方案比較及推薦意見

（1）主要工程數(shù)量及投資比較，見表2。

表2 工程數(shù)量比較表

經(jīng)比較，德慶隧道壓坡方案較路橋壓坡方案線路長(zhǎng)度短0.223km，橋隧多0.29km，估算投資多926.6萬元。

（2）從工程地質(zhì)條件方面分析

1.2.2 德慶隧道壓坡方案

該方案在德慶隧道方案縱斷面的基礎(chǔ)上，壓坡降低標(biāo)高后，隧道洞身土質(zhì)圍巖段略有縮短，隧道地質(zhì)條件有所改善：土質(zhì)隧道段隧底條件有所改善，隧底具備巖溶注漿加固淺表層溶洞及土層孔隙的條件，解決巖溶發(fā)育段覆土不均勻沉降問題。壓坡后洞身圍巖為弱風(fēng)化灰?guī)r，條件明顯改善。壓坡后，隧道出口至白土特大橋段路基地基土層厚度一般小于35m，局部約40m，路基具備巖溶整治的條件[3]。

1.2.3 路橋壓坡方案

該方案局部段落土層厚度大于80～120m、下伏灰?guī)r溶強(qiáng)烈發(fā)育，橋梁樁基礎(chǔ)設(shè)計(jì)困難、巖溶發(fā)育的橋墩成樁難度大。即使通過調(diào)整縱斷面，巖溶強(qiáng)烈發(fā)育地段深覆土層不均勻沉降問題對(duì)線路運(yùn)營(yíng)的風(fēng)險(xiǎn)仍然較大。同時(shí)深覆土層路基段處理深部土洞難度大。

從工程地質(zhì)方面分析，可研壓坡方案工程地質(zhì)條件優(yōu)于初步設(shè)計(jì)壓坡橋改路方案。

1.2.4 德慶隧道壓坡方案

路基工程措施及風(fēng)險(xiǎn)方面：該方案主要路基工程為紅黏土（弱膨脹性）深路塹，最大挖深23m，采用路塹樁板墻收坡處理；段內(nèi)上覆20～60m 厚紅黏土，巖溶強(qiáng)烈發(fā)育，路基地基主要采用CFG 樁、鉆孔注漿處理。通過相應(yīng)的工程處理措施后，路基工程風(fēng)險(xiǎn)可控。

隧道工程措施及風(fēng)險(xiǎn)方面：德慶隧道靠近出口段落位于軟弱圍巖中，施工中存在洞頂塌方、隧底不均勻沉降風(fēng)險(xiǎn)。

隧道頂部埋深較淺且可下穿溶蝕破碎帶，通過降低標(biāo)高，可將隧道位于軟弱圍巖長(zhǎng)度由860m 減少至420m，隧底軟弱土層由35m 減小至12m。隧道通過軟弱圍巖地段，采用φ75 螺旋管棚進(jìn)行超前支護(hù)，隧底采用鋼花管注漿加固，并采用雙側(cè)壁導(dǎo)坑法減小施工風(fēng)險(xiǎn)；位于溶蝕破碎帶及串珠狀溶洞發(fā)育地段采用Vc 型襯砌。

通過以上措施，可有效避免工程及運(yùn)營(yíng)期間的風(fēng)險(xiǎn)。通過相應(yīng)的工程處理措施后，隧道工程風(fēng)險(xiǎn)可控[4]。

1.2.5 路橋壓坡方案

路基工程措施及風(fēng)險(xiǎn)方面：該方案兩段橋改路地段，覆蓋層黏土、礫砂層厚度大于80m，目前鉆探未見基巖。由于無砟軌道對(duì)于沉降控制嚴(yán)格，此兩段建議按有砟軌道設(shè)計(jì)，不考慮巖溶整治。部分段落改為有砟軌道后，路基工程風(fēng)險(xiǎn)可控。

橋梁工程措施及風(fēng)險(xiǎn)方面：線路經(jīng)過地段為溶蝕盆地，基巖起伏大，土石界線常分布有大大小小的土洞，鉆探揭示1.4～11.8m。該區(qū)地下水位埋深較深，多位于土石界線以下，雨季時(shí)地表匯水下滲會(huì)不停淘蝕，形成新的土洞，使已有的土洞不斷加大，形成負(fù)壓，在一定程度下造成地面塌陷。地表覆蓋土層厚度20～60m，附近鉆探至83m 處未揭示基巖。經(jīng)檢算，在土層內(nèi)做摩擦樁沉降不滿足要求，且土層易塌陷，樁基礎(chǔ)需置于穩(wěn)定的基巖層內(nèi)。本橋樁長(zhǎng)22～86m，最大樁長(zhǎng)為86m。樁基礎(chǔ)長(zhǎng)度普遍偏長(zhǎng)，施工難度較大。

由上可見，德慶隧道壓坡方案通過適當(dāng)?shù)墓こ檀胧┨幚砗蠊こ田L(fēng)險(xiǎn)可控，路橋壓坡方案工程處理難度大，風(fēng)險(xiǎn)較大，且部分段落需改為有砟軌道。從工程安全及運(yùn)營(yíng)風(fēng)險(xiǎn)方面分析，德慶隧道壓坡方案相對(duì)較好。

綜上所述，從工程投資、工程地質(zhì)條件及工程風(fēng)險(xiǎn)方面綜合分析，采用工程安全可靠，運(yùn)營(yíng)風(fēng)險(xiǎn)較小、投資略多的德慶隧道壓坡方案。

2 結(jié)語

線路選線，應(yīng)首先掌握主要控制因素，如突出的不良地質(zhì)問題，綜合分析，從總體到局部，為解決問題提出多個(gè)比選方案，逐一比較分析，選出最優(yōu)方案。

線路方案經(jīng)過地質(zhì)地形條件復(fù)雜地段，地質(zhì)資料的掌握直接影響線路方案的可行性，充足掌握地質(zhì)資料，繞避工程風(fēng)險(xiǎn)，再通過工程與投資分析，選出方案，效率更高。

貴南鐵路白土段尚未施工完畢，待施工過程中進(jìn)一步研究，為今后線路選線積累寶貴經(jīng)驗(yàn)。