成渝中線鐵路縉云山隧道坡度方案研究

祝志飛，黃艷磊，丁文富

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

1 概況

新建成渝中線鐵路位于重慶市和四川省境內(nèi)，全長292.040km，橋隧總長223.110km，橋隧比例76.40%。線路經(jīng)過的縉云山位于重慶市北碚區(qū)嘉陵江溫塘峽畔，古名巴山，是7000 萬年前“燕山運(yùn)動”造就的“背斜”山嶺。山間白云繚繞，似霧非霧，似煙非煙，磅礴郁積，氣象萬千，早晚霞云，姹紫嫣紅，五彩繽紛。古人稱“赤多白少”為“縉”，故名縉云山。本段線路受線路走向、技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)、中梁山和縉云山東西兩翼煤礦采空區(qū)分布及地?zé)崴Y源、縉云山國家級自然保護(hù)區(qū)功能分區(qū)、科學(xué)城站位、下穿興隆場編組站位置、規(guī)劃科學(xué)城及沙坪壩區(qū)規(guī)劃和在建項(xiàng)目等因素控制，平面位置較為唯一，本文結(jié)合沿線地形地質(zhì)條件、采空區(qū)開采標(biāo)高、巖溶風(fēng)險等因素針對縉云山段線路縱斷面方案進(jìn)行研究。

2 自然特征

2.1 地形地貌

縉云山位于重慶市西北部，地形總體上呈現(xiàn)中間高東西低。地形地貌嚴(yán)格受地質(zhì)構(gòu)造的控制，形成“兩山一槽”的地形特征。最高點(diǎn)位于重慶市北碚區(qū)境內(nèi)的縉云山石花寺，海拔標(biāo)高930m，最低點(diǎn)位于嘉陵江，海拔標(biāo)高180m，相對高差750m，地形起伏大。

測區(qū)位于縉云山北段，嘉陵江以南至青木關(guān)鎮(zhèn)以北地段，地形總體上也呈現(xiàn)中間高東西低之特征?？N云山為狹窄的條狀山脈，呈北北東向延伸，與地質(zhì)構(gòu)造線方向一致，高程300～700m，呈一山兩嶺夾一槽的地貌形態(tài)。隧道進(jìn)出口緩坡地帶及山頂槽谷內(nèi)覆土相對較厚[1]，斜坡地帶多可見基巖出露，覆土較薄。隧道進(jìn)出口及山頂巖溶槽谷內(nèi)居民點(diǎn)集中，有高速、省道、縣道與線路相通，交通便利。

2.2 水文地質(zhì)特征

縉云山南北向延伸，分別在小南海及北碚附近為長江及嘉陵江橫切。由于含水層與隔水層相間分布，決定了本區(qū)地下水主要沿巖層走向（南北方向），分別向兩江排泄，東西方向徑流條件差，含水層間水力聯(lián)系不明顯，因而本區(qū)泉水露頭多在山頂，含水層受侵蝕較強(qiáng)烈的低凹處呈帶狀出露，兩側(cè)山坡腳露頭少見。

隧道位于縉云山中部，自西向東橫穿溫塘峽背斜，背斜軸部為測區(qū)地下水的分水嶺，其兩側(cè)形成兩個獨(dú)立的地下水體系。本區(qū)地下水補(bǔ)給來源主要為大氣降水，含水層多為易溶蝕的碳酸鹽巖，地表多成槽谷凹地，巖溶發(fā)育，有利于地表水匯集[2]。由于巖層傾角較陡，含水巖層多暴露地表，直接接受大氣降水及地表水的補(bǔ)給，加之含水層上下多為透水性較弱的巖層阻隔，導(dǎo)致嘉陵江組灰?guī)r地層形成狹長的地下水“水槽”。

區(qū)內(nèi)地下水類型包括松散巖類孔隙水、紅層裂隙孔隙水、碎屑巖類裂隙水、碳酸鹽巖類巖溶水、采空區(qū)（老窯積水）、斷層水等，可溶巖包括三疊系中統(tǒng)雷口坡組（T2l）、下統(tǒng)嘉陵江組（T1j）地層，在構(gòu)造變動、地貌發(fā)育及濕熱氣候條件下，溶蝕作用強(qiáng)烈，溶蝕空間發(fā)育，為碳酸鹽巖巖溶水的形成提供了條件。

2.3 主要工程地質(zhì)問題

主要工程地質(zhì)問題為巖溶、采空區(qū)。

2.3.1 巖溶

該區(qū)區(qū)域上經(jīng)歷了長期的溶蝕和侵蝕作用（圖1、圖2），形成了較豐富的巖溶形態(tài)[3]。調(diào)查區(qū)內(nèi)主要的巖溶形態(tài)有巖溶槽谷、巖溶洼地、落水洞、暗河等，但隧址地表未見大型溶洞發(fā)育。地形地貌具典型的川東平行嶺谷地貌特征?？N云山隧道通過可溶巖地段隧底標(biāo)高300～325m，位于巖溶水水平循環(huán)帶下部。

圖1 高位巖溶槽谷地貌

圖2 中厚層T1j2 灰?guī)r

2.3.2 采空區(qū)

《機(jī)·智》一書的第一作者朱鐸先認(rèn)為，盡管現(xiàn)在設(shè)備通信協(xié)議的走向是趨于標(biāo)準(zhǔn)化，但是在利益格局的羈絆下，各大巨頭之間尚未達(dá)成一致。總體上，德國的工業(yè)設(shè)備集成，偏向采用OPC UA協(xié)議，而北美和日本則更偏愛MTConnect協(xié)議。無論如何，不弄懂弄通這5000多種設(shè)備通信協(xié)議，設(shè)備互聯(lián)就會受到極大的限制。

隧道穿煤地層為分布在隧道的進(jìn)出口端陡坡段的溫塘峽背斜兩翼三疊系上統(tǒng)須家河組（T3xj）地層。主要為隧道進(jìn)口端的王家溝煤礦（圖3）、龍洞槽煤礦、水窯子煤礦（圖4）和出口端的陰陽溝煤礦、河水溝煤礦，以及部分不同時期開采的小煤窯，目前均已全部關(guān)閉停采。本區(qū)須家河組煤系地層一般采煤方式是在侏羅系地層及須家河組二、四、六段砂巖內(nèi)開洞，經(jīng)垂直掘進(jìn)一定距離進(jìn)入一、三、五段的可采煤層后則沿煤層走向方向順層開采。煤窯的主井均在須家河組二、四段穩(wěn)定的砂巖內(nèi)，不易坍塌，橫向采煤段均埋藏較深，地表未見陷坑或變形跡象。

圖3 王家溝煤礦

圖4 水窯子煤礦

3 坡度方案比選

縉云山隧道進(jìn)口段下穿王家溝煤礦采空區(qū)，通過鉆探、物探、孔內(nèi)測試等綜合勘察技術(shù)，已查明洞身段最低開采標(biāo)高為+317m。結(jié)合沿線最新地形地質(zhì)條件、城市現(xiàn)狀及規(guī)劃、科學(xué)城站位等條件，對縉云山隧道縱斷面方案開展了下穿采空區(qū)的V 坡方案、順坡方案的比選（圖5、圖6）。

圖5 縉云山隧道平面

圖6 縉云山隧道坡度方案

3.1 坡度方案概述

3.1.1 下穿采空區(qū)V 坡方案

線路出科學(xué)城站后上跨桂花水庫泄洪溝渠，下穿青鳳園區(qū)縱二路、重慶繞城高速后在金塘水庫下游350m 上跨該水庫的排洪溝渠，然后進(jìn)入縉云山隧道。為避免采空區(qū)影響，使線路設(shè)計標(biāo)高位于最低開采標(biāo)高317m 以下15m，煤礦采空區(qū)段線路采用V 坡，后以16.5‰縱坡穿越縉云山至隧道出口。

3.1.2 下穿采空區(qū)順坡方案

線路出科學(xué)城站后上跨桂花水庫泄洪溝渠，以淺埋隧道形式下穿青鳳園區(qū)縱二路、重慶繞城高速、金塘水庫排洪溝渠，然后以16.5‰縱坡穿越縉云山至隧道出口。

3.2 方案比選

3.2.1 工程地質(zhì)條件

3.2.2 水文地質(zhì)條件

從地?zé)崴绊懛治觯焊鶕?jù)對縉云山地?zé)徙@井水頭、天然溫泉、煤洞溫泉、隧道溫泉出露高程分析，推測地?zé)崴乃^高程在330m 左右，隧道高程低于330m 將對附近地?zé)崴Y源產(chǎn)生一定影響。下穿采空區(qū)V 坡方案和下穿采空區(qū)順坡方案在該路段最低高程分別為299m 和289m，都有一定影響。

從北溫泉影響分析：北溫泉深部地下熱水補(bǔ)給來源于嘉陵江北側(cè)華鎣山區(qū)，隧址位于北溫泉南側(cè)約16km，距離北溫泉南側(cè)地下水補(bǔ)給邊界的分水嶺約5km，隧址位于北溫泉主要補(bǔ)給區(qū)以外，隧道建設(shè)對北溫泉基本無影響，方案無明顯差別。

從巖溶風(fēng)險分析：隧址區(qū)屬于巖溶地下水環(huán)境敏感區(qū)，地下巖溶水發(fā)育強(qiáng)烈，存在較大的涌突水風(fēng)險[4]。下穿采空區(qū)V 坡方案隧道為V 型坡，需設(shè)置泄水洞，在巖溶發(fā)育地區(qū)，V 型坡隧道會增加施工階段及運(yùn)營階段的安全風(fēng)險[5]，下穿采空區(qū)順坡方案相對較優(yōu)。

3.2.3 隧道工程條件

兩方案隧道工程均下穿采空區(qū)，受采空區(qū)影響相當(dāng)。主要區(qū)別在于隧道排水條件、隧道工程出口段工程條件及淺埋下穿既有建構(gòu)筑物風(fēng)險。

隧道排水條件：下穿采空區(qū)順坡方案為順坡排水，下穿采空區(qū)V 坡方案為V 型坡隧道，需另設(shè)置排水洞約1.7km，下穿采空區(qū)順坡方案占優(yōu)。

隧道工程進(jìn)口段工程條件及下穿建構(gòu)筑物風(fēng)險：縉云山隧道進(jìn)口段有G5001 重慶繞城高速、省道S204、城市道路（規(guī)劃縱一路、在建縱二路）、梁灘河、水庫泄洪道、灌溉溝渠等控制線路標(biāo)高因素。下穿采空區(qū)V 坡方案隧道出口以路基工程為主，在下穿G5001 高速公路段采用頂進(jìn)涵，對省道S204、縱二路進(jìn)行改建；下穿采空區(qū)順坡方案以淺埋隧道形式下穿縱二路、省道S204、G5001 高速公路，淺埋段約1km，部分出露明洞，隧道長度較下穿采空區(qū)V 坡方案增長1.3km。兩方案均下穿既有構(gòu)筑物，均存在施工干擾，工程條件及風(fēng)險相當(dāng)。

3.2.4 城市規(guī)劃的適應(yīng)性

下穿采空區(qū)V 坡方案隧道出口以路基工程為主，需要對省道S204 改移約1.2km。在梁灘河和隧道進(jìn)口之間都處于青鳳工業(yè)園規(guī)劃區(qū)范圍內(nèi)，需要對高鐵影響范圍的場坪標(biāo)高進(jìn)行調(diào)整，對城市規(guī)劃和在建道路影響較大。

下穿采空區(qū)順坡方案以淺埋隧道形式通過城市規(guī)劃區(qū)并下穿縱二路、省道S204、G5001 高速公路等，避免了對青鳳工業(yè)園區(qū)道路的影響，不影響規(guī)劃區(qū)范圍內(nèi)場坪標(biāo)高，僅需要對園區(qū)范圍內(nèi)道路與高鐵交叉部分的隧道進(jìn)行結(jié)構(gòu)加強(qiáng)。

3.2.5 工程投資

下穿采空區(qū)V 坡方案需設(shè)1.2km 泄水洞，同時需要對S204 省道進(jìn)行改移，且需要對青鳳工業(yè)園區(qū)規(guī)劃場坪標(biāo)高進(jìn)行調(diào)整。下穿采空區(qū)順坡方案淺埋隧道增長1km，同時需設(shè)2.87km 輔助坑道。下穿采空區(qū)V 坡方案投資增加0.28 億元。

3.3 方案比選意見

下穿采空區(qū)V 坡方案隧道為V 型坡，需設(shè)置泄水洞，在巖溶發(fā)育地區(qū)，V 型坡隧道會增加施工階段及運(yùn)營階段的安全風(fēng)險，同時需要對青鳳工業(yè)園區(qū)規(guī)劃進(jìn)行調(diào)整對城市規(guī)劃影響較大；下穿采空區(qū)順坡方案隧道排水條件較優(yōu)，施工和運(yùn)營安全風(fēng)險較低，避免了對青鳳工業(yè)園區(qū)規(guī)劃的影響，同時工程投資節(jié)省0.28億元。

4 結(jié)語

成渝中線鐵路縉云山段地形地質(zhì)條件復(fù)雜，巖溶及采空區(qū)構(gòu)成了控制隧道坡度方案的主要工程地質(zhì)問題。本文在充分總結(jié)汲取西南山區(qū)巖溶和采空區(qū)鐵路地質(zhì)選線經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，選取了工程投資節(jié)省、地質(zhì)條件較好、隧道排水條件好、滿足城市規(guī)劃的下穿采空區(qū)順坡方案。