西渝高鐵旗桿山越嶺段工程地質(zhì)選線(xiàn)

汪鋒華

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

1 概況

西安至重慶高速鐵路位于我國(guó)西部陜西、四川、重慶境內(nèi)，是第一條穿越大巴山腹地的高速鐵路，地形地質(zhì)條件極為復(fù)雜。線(xiàn)路北起西安市，南至重慶市，全長(zhǎng)617.67 km，橋隧總長(zhǎng)542.56 km，占線(xiàn)路總長(zhǎng)87.9%。

旗桿山為大巴山支脈，系北部漢江和南部嘉陵江的地表分水嶺。鐵路所經(jīng)區(qū)域?qū)俑呱綅{谷區(qū)，地形起伏大，地質(zhì)災(zāi)害嚴(yán)重地制約了鐵路選線(xiàn)與重大工程設(shè)置的可行性。本文結(jié)合西渝高鐵旗桿山區(qū)地質(zhì)勘查成果，對(duì)該區(qū)域主要工程地質(zhì)問(wèn)題進(jìn)行分析，比選研究了旗桿山西線(xiàn)越嶺、中線(xiàn)越嶺、東線(xiàn)越嶺方案[1]。

2 自然特征

2.1 地形地貌

區(qū)域?qū)購(gòu)?qiáng)烈切割之中高山地形，山高谷深，山坡陡峻，河谷狹窄，山脊一般狹長(zhǎng)平緩，起伏較小，局部有陡峭孤峰，海拔600～2400 m，相對(duì)高差300～1500 m。受地質(zhì)構(gòu)造影響，山脈走向大致沿北西向弧形展布，河谷形態(tài)呈“V”型。該區(qū)出露大量可溶巖地層，溶溝、溶槽、石芽、殘丘、巖溶洼地、漏斗、落水洞、豎井、溶洞、暗河、峽谷等喀斯特地貌廣泛分布。線(xiàn)路克服巨大嶺谷間相對(duì)高差，縱坡呈“W”型。

線(xiàn)路所經(jīng)地區(qū)屬亞熱帶濕潤(rùn)季風(fēng)氣候區(qū)，由于大巴山屏障作用，氣候具有“冬暖、春旱、夏熱、秋雨”的特點(diǎn)；年平均降雨量1203 mm，5—9月為雨季，占全年降雨量的70%～90%，這期間也是山洪、泥石流、滑坡、崩塌等自然災(zāi)害高發(fā)期，且具有連續(xù)降雨強(qiáng)度大、單點(diǎn)暴雨集中的特點(diǎn)。

2.2 主要工程地質(zhì)問(wèn)題

西渝高鐵工程地質(zhì)條件具有“三多”（礦藏多、采空區(qū)多、天然氣多）和“三發(fā)育”（地質(zhì)構(gòu)造發(fā)育、巖溶發(fā)育、重力不良地質(zhì)發(fā)育）的特點(diǎn)。主要工程地質(zhì)問(wèn)題為巖溶水及富水構(gòu)造、重力不良地質(zhì)、高地應(yīng)力、構(gòu)造破碎帶[2]。

2.3 區(qū)內(nèi)既有工程情況

城開(kāi)高速公路在大巴山區(qū)域與西渝高鐵走行于同一廊道。高速公路旗桿山隧道長(zhǎng)7636 m，左右線(xiàn)雙洞分修，設(shè)斜井一座（全長(zhǎng)1860 m），2021年8月正洞及斜井已全部貫通。據(jù)現(xiàn)場(chǎng)了解及資料查詢(xún)，修建過(guò)程中相繼發(fā)生了18處巖溶處理，其中較大突泥涌水事故發(fā)生了6次。

3 線(xiàn)路方案比選

鑒于旗桿山復(fù)雜的地形地質(zhì)條件，該山是典型的裸露型溶蝕山脈，巖溶強(qiáng)烈發(fā)育，隧道開(kāi)挖易發(fā)生突水涌泥、高壓水?dāng)D壓破壞以及溶洞、暗河處理等工程地質(zhì)問(wèn)題。鐵路工程如何通過(guò)巖溶水及富水構(gòu)造、采空區(qū)及重力不良地質(zhì)成為選線(xiàn)需要考慮的重要問(wèn)題。在地質(zhì)勘查過(guò)程中充分汲取復(fù)雜山區(qū)陡峭河谷、巖溶地段鐵路地質(zhì)選線(xiàn)技術(shù)的精髓[3]，筆者開(kāi)展了西線(xiàn)、中線(xiàn)、東線(xiàn)3個(gè)越嶺方案（圖1）比選。

圖1 旗桿山越嶺方案

3.1 線(xiàn)路方案概述

3.1.1 西線(xiàn)越嶺方案

線(xiàn)路翻越大巴山后進(jìn)入重慶市境內(nèi)，沿S202省道向西南引線(xiàn)靠近城口縣城設(shè)站，出站后跨任河沿在建城開(kāi)高速公路南下，以9.92 km的隧道穿旗桿山，跨前河至比較終點(diǎn)。新建線(xiàn)路長(zhǎng)59.43 km，橋隧總長(zhǎng)58.83 km，工程投資約154.83億元。

3.1.2 東線(xiàn)越嶺方案

為利用旗桿山向斜核部地勢(shì)變化，考慮隧道自向斜核部下方的非可溶巖地層穿越以減少巖溶水影響，該方案線(xiàn)路穿大巴山后，于城口縣北屏鄉(xiāng)附近設(shè)城口站，出站后向東南繞行，跨任河以9.77 km的隧道穿旗桿山，再跨前河以13.06 km的明通隧道引線(xiàn)至比較終點(diǎn)。新建線(xiàn)路長(zhǎng)61.14 km，橋隧總長(zhǎng)60.28 km，工程投資約157.84億元。

3.1.3 中線(xiàn)越嶺方案

鑒于東、西兩越嶺方案穿越可溶巖段均較長(zhǎng)，本文同時(shí)研究了取直穿越旗桿山，盡量縮短線(xiàn)路長(zhǎng)度的中線(xiàn)方案。該方案自東線(xiàn)方案城口站引出后，向南跨任河以11.98 km的隧道取直穿旗桿山，跨前河，再以11.98 km的明通隧道至比較終點(diǎn)。新建線(xiàn)路長(zhǎng)56.64 km，橋隧總長(zhǎng)55.84 km，工程投資約150.40億元。

3.2 方案比選

3.2.1 水文地質(zhì)條件

旗桿山越嶺段可溶巖地層分布相對(duì)廣泛，加之?dāng)鄬悠扑閹А⒐?jié)理密集帶等導(dǎo)水構(gòu)造發(fā)育，水文地質(zhì)條件十分復(fù)雜。預(yù)測(cè)旗桿山越嶺段工程水文地質(zhì)條件如表1、圖2所示。

表1 旗桿山越嶺段工程水文地質(zhì)條件

圖2 旗桿山巖溶水系統(tǒng)水文地質(zhì)條件

研究認(rèn)為，東線(xiàn)越嶺方案線(xiàn)路穿越小橋溝導(dǎo)水?dāng)鄬樱ㄆ揭茢鄬悠扑閹捈s100 m，斷距最大達(dá)800 m，兼有正斷層性質(zhì)，斷層錯(cuò)斷了龍洞河巖溶水系統(tǒng)補(bǔ)給區(qū)與母龍洞巖溶水系統(tǒng)徑流區(qū)，為導(dǎo)水?dāng)鄬樱?，長(zhǎng)距離穿過(guò)富水破碎帶，旗桿山隧道拱頂距離據(jù)推測(cè)可溶巖與非可溶巖界線(xiàn)約2 m，不可控因素較多；中線(xiàn)方案穿越公龍洞暗河、龍洞河暗河的徑流區(qū)，長(zhǎng)段落穿過(guò)巖溶水系統(tǒng)，水文地質(zhì)條件極復(fù)雜，風(fēng)險(xiǎn)極高；西線(xiàn)越嶺方案并行在建城開(kāi)高速旗桿山隧道，地質(zhì)情況相對(duì)清晰，水文地質(zhì)條件較優(yōu)。

3.2.2 重力不良地質(zhì)

旗桿山越嶺段落屬于大巴山腹地，嶺高谷深，斜坡、陡崖上方巖土體臨空條件良好，降雨充沛，崩塌、危巖落石、巖堆、滑坡、泥石流等表生不良地質(zhì)發(fā)育。

如表2所示，東、西線(xiàn)穿越危巖落石數(shù)量相當(dāng)，中線(xiàn)越嶺方案最少；西線(xiàn)越嶺方案完全繞避了滑坡，東線(xiàn)及中線(xiàn)越嶺方案均穿越了滑坡，且東線(xiàn)越嶺方案穿越4處滑坡；西線(xiàn)穿越巖堆少于東線(xiàn)及中線(xiàn)越嶺方案；穿越泥石流較中線(xiàn)及東線(xiàn)越嶺方案多一處。整體而言，西線(xiàn)越嶺方案優(yōu)于東線(xiàn)及中線(xiàn)越嶺方案。

表2 重力不良地質(zhì)分布情況 單位：處

3.2.3 高地應(yīng)力

三方案軟巖大變形、巖爆段落長(zhǎng)度如表3所示。西線(xiàn)越嶺方案軟巖大變形長(zhǎng)度最短，硬巖巖爆段落較長(zhǎng)，軟巖大變形相較輕微巖爆工程地質(zhì)問(wèn)題更為突出。故從高地應(yīng)力方面分析，西線(xiàn)越嶺方案較優(yōu)。

表3 軟巖大變形、巖爆長(zhǎng)度 單位：m

3.2.4 構(gòu)造破碎帶

如表4所示，西線(xiàn)越嶺方案經(jīng)過(guò)上規(guī)模的斷層、背斜、向斜共計(jì)41處，中線(xiàn)越嶺方案共計(jì)43處，東線(xiàn)越嶺方案共計(jì)58處。西線(xiàn)越嶺方案優(yōu)于中線(xiàn)、東線(xiàn)越嶺方案。

表4 構(gòu)造數(shù)量

同時(shí)由于東線(xiàn)越嶺方案斷裂、褶皺更為發(fā)育，且在旗桿山向斜段走在志留系軟巖中，圍巖西線(xiàn)越嶺方案最優(yōu)。越嶺段圍巖級(jí)別對(duì)比如表5所示。

表5 越嶺段圍巖級(jí)別對(duì)比

3.3 方案比選意見(jiàn)

該段方案主要受控于沿線(xiàn)發(fā)育的高壓富水可溶巖地層分布。經(jīng)初步勘察，東線(xiàn)方案位于公、母龍洞暗河系統(tǒng)排泄區(qū)，穿越可溶巖段落最短，水頭最低，但本段線(xiàn)路小角度穿越小橋溝導(dǎo)水?dāng)鄬?，且隧道較長(zhǎng)段落位于可溶巖與非可溶巖接觸帶附近，發(fā)生涌突水風(fēng)險(xiǎn)高，隧道建設(shè)存在疏干公、母龍洞巖溶水的風(fēng)險(xiǎn)；中線(xiàn)方案下穿公龍洞暗河系統(tǒng)徑流區(qū)，雖然巖溶段落較短，但巖溶水文地質(zhì)條件最復(fù)雜，涌突水風(fēng)險(xiǎn)極高；西線(xiàn)方案位于公龍洞暗河補(bǔ)給區(qū)，靠近公龍洞與白水洞兩個(gè)地下暗河系統(tǒng)分水嶺附近，地下水水量較小，線(xiàn)路并行在建高速公路旗桿山隧道，地質(zhì)情況較為明晰，重力不良地質(zhì)、軟巖大變形段落及圍巖條件較優(yōu)。經(jīng)綜合比選，西線(xiàn)方案水文地質(zhì)條件較優(yōu)，風(fēng)險(xiǎn)較為可控。

4 結(jié)語(yǔ)

西渝高鐵旗桿山越嶺段地處南大巴山平壩—覃家河大斷裂附近。區(qū)內(nèi)地形地質(zhì)條件極為復(fù)雜，巖溶水及富水構(gòu)造、重力不良地質(zhì)、采空區(qū)、高地應(yīng)力、構(gòu)造破碎帶構(gòu)成了控制線(xiàn)路方案的主要工程地質(zhì)問(wèn)題。本文在充分總結(jié)汲取西南山區(qū)深切河谷與高壓富水巖溶鐵路地質(zhì)選線(xiàn)經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上[4]，提出了旗桿山越嶺段地質(zhì)選線(xiàn)定線(xiàn)技術(shù)原則，選取了線(xiàn)路并行在建高速公路旗桿山隧道，地質(zhì)情況較為明晰，重力不良地質(zhì)、軟巖大變形段落及圍巖條件較優(yōu)，工程風(fēng)險(xiǎn)可控的西線(xiàn)越嶺方案。