南寧至崇左鐵路危巖落石地段選線研究

周 宏

(廣西交通投資集團有限公司，廣西 南寧 530022)

0 引言

危巖失穩(wěn)崩塌是常見的地質(zhì)災(zāi)害。目前，危巖的量化計算依然是難以解決的問題，危巖的失穩(wěn)掉落還缺乏明確的判斷依據(jù)。因此，鐵路選線時應(yīng)對危巖落石地段進行重點研究，摸清危巖落石分布情況，盡可能繞避危巖落石地段。不能繞避時，應(yīng)綜合比選危巖落石對隧道、路基、橋梁等工程的影響，擇優(yōu)選擇受影響最小的線路方案。

南崇鐵路位于廣西西南部，區(qū)域內(nèi)危巖落石分布廣泛。受選線通道制約，隧道洞口、橋梁和路基常面臨危巖落石風(fēng)險。高陡邊坡高差大、坡面陡，危巖落石在下落過程中動能大、破壞能力強，如跌落至路基面或橋面，與高速運行的列車相撞，將產(chǎn)生嚴重的后果。

危巖落石還具有不均一性和難預(yù)測性，處理難度大，給鐵路施工運營帶來極大風(fēng)險。為減小危巖落石對鐵路施工及運營期間造成的危害，達到“減災(zāi)防災(zāi)、確保安全”的目的，必須采取有效措施和防治方案進行整治。南崇鐵路采取對危巖清除或加固、對落石攔截和引導(dǎo)以及設(shè)置明洞等綜合措施進行危巖落石整治，取得了較好的效果。

1 工程概況

1.1 線路概況

南崇鐵路為中越國際通道的重要一段，位于廣西西南部，東起南寧樞紐南寧站，經(jīng)吳圩機場、扶綏、渠舊(預(yù)留)至崇左南站，遠期延伸至憑祥到越南。線路全長119.294 km，設(shè)計時速為250 km/h[1-3]。

1.2 地形地貌特征及危巖落石發(fā)育特點

線路位于桂西南地區(qū)，地勢東北低、西南高。南寧—吳圩路段屬于南寧盆地及剝蝕低山丘陵地貌，高程為70～120 m；吳圩—蘇圩路段屬于溶蝕平原地貌，高程為110～130 m；蘇圩—扶綏路段屬于剝蝕丘陵地貌，高程為150～200 m；扶綏—崇左南屬于溶蝕孤峰、平原地貌，高程為100～300 m。

全線通過碳酸鹽巖地段長81.8 km，占線路總長的68.6%。沿線危巖落石分布廣泛，坡面陡峻，陡坡表面植被稀少，主要以低矮灌木為主，坡腳多落石分布，單邊長度直徑為0.5～5 m。巖性以弱風(fēng)化的灰?guī)r、白云巖為主，垂直節(jié)理裂隙較發(fā)育，受風(fēng)化卸荷作用多張開，陡崖表面巖體被多組結(jié)構(gòu)面切割成塊體狀，坡面多臨空形成危巖，危及線路。

2 危巖落石地段勘察設(shè)計總體思路

2.1 地質(zhì)選線

貫徹“地質(zhì)選線”原則，繞避大規(guī)模崩塌體地段[4]。南崇鐵路危巖落石嚴重，選線應(yīng)突出考慮危巖落石因素。線路應(yīng)繞避地形陡峻、巖層受結(jié)構(gòu)面切割嚴重、危石密集分布、可能產(chǎn)生大規(guī)模崩塌體或治理難度極大的危巖、落石和崩塌地段，且不應(yīng)在不穩(wěn)定的陡崖下設(shè)置長距離線路。

2.2 提高危巖落石勘測精度

開展詳細的地質(zhì)調(diào)繪，查明可能產(chǎn)生落石及崩塌路段的規(guī)模、滾落方向、影響范圍等；逐點調(diào)查危巖落石及崩塌體的發(fā)展史、產(chǎn)生原因、發(fā)育階段及當(dāng)?shù)胤乐谓?jīng)驗等。

2.3 采取綜合整治措施

危巖落石整治措施總體分為：對危巖清除或加固、對落石攔截和引導(dǎo)以及設(shè)置明洞三類。設(shè)計時結(jié)合地形地質(zhì)條件和洞外工程情況，綜合采用以上三類措施，將施工及運營風(fēng)險降低到可接受程度，達到“工程可行、風(fēng)險可控、經(jīng)濟合理”的目的。

(1)位于線路上方、對線路有危害的危巖體，應(yīng)優(yōu)先進行清除；清除難度過大的，應(yīng)采用支頂、嵌補、錨固等措施進行加固，從源頭上降低風(fēng)險。

(2)結(jié)合地形地貌、坡面植被、危巖體分布、落石軌跡分析結(jié)果等因素，采用在坡面上設(shè)置主動防護網(wǎng)、被動防護網(wǎng)、簾式防護網(wǎng)、攔石墻、落石槽等措施，攔截落石；或通過引導(dǎo)改變落石軌跡和運動狀態(tài)，降低落石能量，在下落過程中降低對線路的影響。

(3)對于危巖落石發(fā)育的隧道洞口，應(yīng)優(yōu)先采用接長明洞(棚洞)的處治措施，明洞襯砌應(yīng)進行加強，并使其具有一定的抗落石沖擊的能力；明洞結(jié)構(gòu)設(shè)計應(yīng)綜合考慮落石沖擊力、基礎(chǔ)懸空高度等因素，確保在落石沖擊下的整體穩(wěn)定性。

3 危巖落石地段選線研究

南崇鐵路穿越危巖落石廣泛發(fā)育地段，應(yīng)堅持“地質(zhì)選線、因地制宜、避重就輕”原則[5]。在選線中盡量繞避地形陡峻、危巖大范圍發(fā)育的地段；盡量遠離有整體崩塌可能性、無法整治或整治代價較大、影響運營安全的危巖落石點；無法繞避的地段，按其發(fā)育程度避重就輕，減少危巖落石工點，盡量選擇受危巖落石影響危害程度相對較低的方案，從而降低施工和運營風(fēng)險[6]。

3.1 選線研究的主要思路

3.1.1 平面繞避重大危巖落石點

DK61+800～DK93+500段扶綏南站出站后至渠舊南路段線位比選?？裳性O(shè)計本段線路從扶綏南站引出后，經(jīng)既有渠黎站南側(cè)，上跨南友高速公路渠黎互通，往西穿越危巖落石嚴重發(fā)育地段，其中CK71+000～CK87+300段為危巖落石較嚴重區(qū)段，部分工點情況如下：

(1)CK74+900段傍山段明洞及橋梁

危巖落石發(fā)育，山腳下有塊頭較大落石，線路上方巖體節(jié)理破碎。線路斜交出洞，受危巖落石影響范圍長，且處于直接落石區(qū)，風(fēng)險極高。

(2)CK75+860段傍山橋

線路左側(cè)山體內(nèi)有大溶洞，為渠黎鎮(zhèn)取水點，山體破碎，危巖落石嚴重。線路以橋梁通過，坡腳距線路最小距離僅20 m，落石處理困難。安全隱患較大。

(3)CK78+500段隧道出口

山體高且陡峭，危巖落石嚴重發(fā)育，坡腳崩塌體落石數(shù)量多且塊徑大，工程處理代價大。

(4)CK79+800段隧道進口

山體高且陡峭，危巖落石嚴重發(fā)育，坡腳崩塌落石數(shù)量多且塊徑大，工程處理代價大。

(5)CK83+270段隧道出口

隧道出口垂直節(jié)理發(fā)育，山頂有貫通裂縫，危巖落石非常嚴重，有整體崩塌可能性，坡腳崩塌體落石數(shù)量多且塊徑大，工程處理代價大。

3.1.2 降低標高以長隧道通過

有條件時應(yīng)盡量壓低線路標高路段，減少明線段落和短隧道，以長隧道通過。例如，渠蘆三號隧道DK85+940處，山體高陡，危巖落石發(fā)育。經(jīng)綜合比選，此處降低線路標高，以長隧道拉通。

3.1.3 盡量選擇在緩坡段進出洞

對于危巖落石發(fā)育地段，隧道盡量選擇在線路上方山體有平臺或山體較緩處進出洞[7]，以便落石滾落時得到更多緩沖，減小危害；同時，平緩處容易設(shè)置被動網(wǎng)、攔石墻等工程，如弄望隧道進出口段。

3.1.4 選擇危巖落石影響程度較低處進出洞

隧道應(yīng)避免在地形陡峻、高差大、危巖落石發(fā)育的陡崖下方，以及在局部巖體倒懸、垂直節(jié)理、卸荷裂隙發(fā)育的山體下方進出洞[8]。當(dāng)危巖落石無法避免時，應(yīng)盡量選擇從山體較矮的鞍部通過，降低危巖落石高度，如甲午山二號隧道進出口段。從地形分析落石可能的運動軌跡，盡量選擇受落石影響程度較低處進出洞，如渠蘆一號隧道進口段。

危巖落石發(fā)育地段，線路為路基、橋梁工程時，應(yīng)盡量拉開線路與山體的間距，減少傍山路基、傍山橋梁，避免落石災(zāi)害。

此外，隧道還應(yīng)盡量避免在危巖落石發(fā)育的懸崖峭壁半坡進出洞，此類型危巖整治難度大，明洞棚洞設(shè)置困難。有條件時，應(yīng)盡量降低標高，以創(chuàng)造接長明洞和防護危巖落石條件。

3.2 重點危巖落石地段的線路方案比選

線路在DK61+800～DK93+000段穿越巖溶強烈發(fā)育區(qū)和危巖落石嚴重區(qū)域，結(jié)合工程地質(zhì)、地形條件，研究了群隧方案和沿高速公路方案。

3.2.1 方案簡述

(1)群隧方案

線路跨越高速公路渠黎互通后，從灃華酒業(yè)公司與南友高速公路之間穿行而過，而后折向西，繞避平行于高速公路的暗河入口后，以隧道群接橋的形式穿越DK76+700～CK81+100段危巖落石嚴重區(qū)段。比較范圍正線長16.172 km；橋梁8座，總里程5.504 km；隧道8座，總里程5.216 km；橋隧比為66.29%。

(2)沿高速公路方案

線路跨越高速公路渠黎互通后，沿高速公路而行，兩次跨越暗河并有一段線路沿暗河徑路走行，以分散隧道形式穿越危巖落石嚴重區(qū)段。比較范圍正線長16.096 km，橋梁10座，總里程8.157 km；隧道7座，總里程3.434 km；橋隧比為72.01%。

3.2.2 主要工程數(shù)量及投資比較

CK71+000～CK87+300段線路方案主要工程數(shù)量及投資比較如表1所示。

表1 主要工程數(shù)量及投資比較表

3.2.3 各方案優(yōu)缺點分析

從工程投資分析：沿高速公路方案較群隧方案增加1 373萬元。

從工程地質(zhì)條件分析：兩方案均穿越巖溶強烈發(fā)育和危巖落石嚴重區(qū)段，但沿高速公路方案與地下暗河有二次交叉，并有一段線路沿暗河走行；群隧方案繞避了地下暗河，工程地質(zhì)條件相對較優(yōu)。

3.2.4 推薦意見

綜合工程投資和工程地質(zhì)條件分析，推薦群隧方案。

4 選線研究的合理性分析

優(yōu)化調(diào)整后的線路方案(群隧方案)從扶綏南站出站后，經(jīng)碧計村北側(cè)，從渠黎鎮(zhèn)南面上跨既有湘桂線，隧道穿越既有渠黎站北面山峰，往西跨越既有湘桂線，長隧穿越群山后經(jīng)弄民村北側(cè)，而后向南靠近南友高速公路，沿高速公路前行。初步設(shè)計優(yōu)化后，受危巖落石影響，地段線路長度減少44.869 m，橋梁減少7座/2.046 km，隧道減少2座/0.964 km，較難處理的危巖落石點由5處減少為1處。由此，減少了施工風(fēng)險和工程投資，降低了后期運營安全風(fēng)險，故鐵路線路選線技術(shù)上合理，施工相對安全可行，運營安全性高。優(yōu)化調(diào)整后的線路方案如圖1所示。

圖1 扶綏南站至渠舊南段方案優(yōu)化示意圖

5 結(jié)語

選線設(shè)計應(yīng)貫徹“地質(zhì)選線”原則，盡量繞避大規(guī)模崩塌體地段，從源頭上降低風(fēng)險：受危巖落石影響地段應(yīng)多采用隧道方案，減少橋梁、路基長度，同時對于存在危巖落石地段的隧道，有條件時盡量接長明洞；受地形限制無法設(shè)置明洞，以及明洞防護能力有限地段，應(yīng)采用清除、加固、攔截、引導(dǎo)、消能等綜合整治措施，盡量降低風(fēng)險。鑒于目前危巖落石勘察工作條件和勘察手段的局限性，以及危巖落石運動軌跡、沖擊能量計算方法的局限性，建議依托具體工點進行勘察設(shè)計和施工運營，開展危巖落石防護及整治的系統(tǒng)研究。本文的研究方法與結(jié)果可為其他鐵路及公路危巖落石地段選線提供借鑒。