渝昆高鐵昭通車站主要地質(zhì)問題及選線

劉觀龍

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

0 引言

渝昆高鐵昭通車站位于云貴高原昭通盆地東側(cè)，屬云貴高原丘陵區(qū)，地形起伏較小，區(qū)內(nèi)發(fā)育有采空區(qū)、巖溶、軟土、膨脹土、人工棄土等不良地質(zhì)及特殊巖土。區(qū)內(nèi)第四系及第三系覆蓋層較厚，地下水較豐富，工程地質(zhì)條件較復(fù)雜。本文結(jié)合地質(zhì)勘查及地質(zhì)專題研究成果，對影響昭通車站站位的地質(zhì)問題進(jìn)行分析，結(jié)合西南山區(qū)地質(zhì)選線原則，開展了綜合選線。

1 自然地理及地質(zhì)環(huán)境特征

1.1 地形地貌

昭通至昆明段位于云貴高原，高原面地形波狀起伏，碳酸鹽巖與碎屑巖疊置組成山體。測區(qū)屬云貴高原丘陵區(qū)，地形起伏較小，地面高程1940～2050m，相對高差10～110m，自然橫坡10°～50°。地表覆蓋層較厚。

1.2 地層巖性及地質(zhì)構(gòu)造

測區(qū)上覆第四系全新統(tǒng)（Q）人工棄土、膨脹土，上第三系（N）膨脹土、軟土、有機(jī)質(zhì)土、細(xì)角礫土、粗角礫土、塊石土等；下伏基巖為石炭系砂巖、頁巖夾煤層及灰?guī)r、白云巖；測區(qū)處于一級大地構(gòu)造單元揚(yáng)子亞板塊，位于川黔東西向構(gòu)造體系的鹽津～威信構(gòu)造帶，由一系列大致平行呈“多”字型排列的不同規(guī)模褶皺、壓扭斷裂和與其近直角相交的張性斷裂組成。測區(qū)以北東向構(gòu)造為主，呈北東、南西向展布，巖層傾角陡，線型構(gòu)造明顯。測區(qū)主要發(fā)育大關(guān)口斷裂及其支斷裂。

1.3 水文地質(zhì)條件

測區(qū)地表水主要為水庫水、塘水、溝水和坡面暫時性流水，流量受季節(jié)影響明顯，雨季降水量較大，旱季降水量較小。地下水主要類型有第四系土層孔隙水、基巖裂隙水與巖溶水。上第三系土層較厚，含一定量孔隙水；下伏基巖巖體較破碎，含有一定的基巖裂隙水；基巖多為可溶巖，埋深較大，巖溶水發(fā)育。地下水主要由大氣降水及地表水補(bǔ)給，地下水埋深較大。

2 地質(zhì)問題特征

測區(qū)不良地質(zhì)主要為巖溶、采空區(qū)；特殊巖土為人工棄土、深厚軟土、膨脹土等[1-2]。其中，對車站方案有影響的主要工程地質(zhì)問題有采空區(qū)、深厚軟土、巖溶、膨脹土等，主控地質(zhì)問題為采空區(qū)、深厚軟土。

2.1 采空區(qū)

測區(qū)分布主要為大塘階舊司段（C1dj）及上第三系（N）含煤地層。大塘階舊司段（C1dj）共含煤7～10 層，煤層總厚度超過5m，可采煤層主要有3 層，是區(qū)內(nèi)主要采煤地層；上第三系（N）含煤地層煤層分布無規(guī)律，以“雞窩煤”為主。結(jié)合地質(zhì)勘察及專題成果，測區(qū)主要分布煤礦有貓兒溝煤礦、富康路煤礦、興旺煤礦、延吉煤礦等生產(chǎn)礦井及規(guī)模較小的老窯（共56 個）。測區(qū)采空區(qū)分布復(fù)雜，勘察揭示采空區(qū)均在已知煤礦礦權(quán)范圍外，采空區(qū)無規(guī)劃、少支撐、埋深淺，勘察難度較大，線路通過小煤窯采空區(qū)易發(fā)生基底的不均勻沉降變形，安全風(fēng)險大。

2.2 深厚軟土

深厚軟土層具有厚度大、密度較小、高含水量、大孔隙比、高壓縮性、有機(jī)質(zhì)含量較高等特點(diǎn)，基礎(chǔ)沉降控制難度極大，根據(jù)試驗統(tǒng)計，該層軟土天然密度（ρ）為1.32～1.69g/cm3，天然含水量（ω）為48.2%～104.8%，天然孔隙比（e）為1.37～3.05，液性指數(shù)（IL）為0.18～2.91，壓縮系數(shù)（av）為0.25～1.72MPa-1，燒灼失量為10.6%～30.5%。深厚軟土主要分布在昭通盆地內(nèi)上第三系（N）土層中，最大厚度超過50m，對工程影響大。

2.3 巖溶

昭通盆地東側(cè)及南側(cè)邊緣基巖多為碳酸鹽巖地層，主要為二疊系（P）、石炭系（C）、泥盆系（D）灰?guī)r、白云巖，裸露型、覆蓋型巖溶均有分布，巖溶中等～強(qiáng)烈發(fā)育，巖體溶蝕嚴(yán)重，溶蝕裂隙、溶孔、溶洞等溶蝕形態(tài)發(fā)育，巖體破碎，對工程影響較大。

2.4 膨脹土

膨脹土膨脹性弱～中等，分布廣泛，厚度變化大，具有失水收縮、開裂、硬結(jié)，遇水膨脹、軟化、崩解的特性。測區(qū)膨脹土主要以上第三系（N）膨脹土為主，分布昭通盆地內(nèi)及邊緣，對車站邊坡影響較大。

3 地質(zhì)選線研究

3.1 選線原則

結(jié)合測區(qū)地質(zhì)問題發(fā)育情況及前后工程設(shè)置，統(tǒng)籌考慮，昭通車站選線按以下原則[3-5]進(jìn)行。

（1）測區(qū)分布大塘階舊司（C1dj）含煤地層，煤礦較多，結(jié)合地質(zhì)勘察資料及收集煤礦資料，測區(qū)采空區(qū)分布復(fù)雜；采空區(qū)無規(guī)劃、少支撐、埋深淺，勘察難度較大，線路通過小煤窯采空區(qū)易發(fā)生基底的不均勻沉降變形，安全風(fēng)險較大；線路應(yīng)盡可能繞避煤礦及相應(yīng)采空區(qū)，當(dāng)平面無法避免時，應(yīng)結(jié)合線路平、縱斷面，預(yù)留足夠的安全距離或?qū)Σ煽諈^(qū)進(jìn)行處理，確保工程安全。

（2）昭通盆地存在深厚軟土，在不對地基進(jìn)行特殊處理的情況下，橋梁工程無論是單樁還是群樁沉降均難以控制，工后沉降及總沉降均不滿足技術(shù)要求；車站范圍內(nèi)路基工程需全部進(jìn)行沉降處理。線路方案應(yīng)盡量繞避深厚軟土地段。

3.2 方案比選

根據(jù)鐵路發(fā)展規(guī)劃并結(jié)合昭通市發(fā)展規(guī)劃，本文重點(diǎn)對G85 高速公路外側(cè)設(shè)站方案（DK）、老機(jī)場與G85 高速公路間設(shè)站方案（D1K）、靠城市側(cè)設(shè)站方案（D2K）等3 個方案進(jìn)行比選。

（1）G85 高速公路外側(cè)設(shè)站方案（DK）線路自小龍?zhí)短卮髽蛞?，?jīng)昭通隧道后，沿高速公路外側(cè)于黃竹林村東側(cè)設(shè)昭通東站，出站后，上跨G356 國道、都香高速后緊坡南下至牛欄江，線路長度61.286km。

（2）機(jī)場與G85 高速公路間設(shè)站方案（D1K）線路自小龍?zhí)短卮髽蛞?，?jīng)昭通隧道后，下穿麻昭高速公路，在機(jī)場與高速公路間設(shè)昭通東站，出站后，上跨麻昭高速公路、G356 國道、都香高速后緊坡南下至牛欄江，線路長度62.069km。

（3）靠城市側(cè)設(shè)站方案（D2K）線路自小龍?zhí)短卮髽蛞?，?jīng)昭通隧道（L-16.305km），上跨G85 高速公路，在老機(jī)場西側(cè)靠城市側(cè)設(shè)昭通東站，出站后，分別上跨G85 高速公路、G356 國道、都香高速，經(jīng)花鹿坪新機(jī)場西側(cè)后至牛欄江。線路長度61.461km。

線路方案如圖1 所示，方案工程地質(zhì)條件綜合對比如表1 所示。

表1 昭通車站方案工程地質(zhì)條件綜合對比表

圖1 昭通車站站位

靠城市側(cè)設(shè)站方案（D2K） 通過深厚軟土約10.8km，重點(diǎn)隧道（L-23.18km）有長約2km 的可溶巖發(fā)育段落，無輔助坑道條件，該方案工程地質(zhì)條件極復(fù)雜，工程風(fēng)險高；且該方案穿越城市建成區(qū)，房屋密集，廠礦企業(yè)眾多，拆遷成本大，實施困難；昭通站出站端線路右側(cè)通道狹窄，對規(guī)劃六威昭城際、規(guī)劃攀昭畢鐵路引入困難。綜合分析，該方案工程地質(zhì)條件極復(fù)雜，方案受控因素多，劣勢明顯。

機(jī)場與G85 高速公路間設(shè)站方案（D1K）較G85 高速公路外側(cè)設(shè)站方案（DK）地質(zhì)條件相對單一；G85 高速公路外側(cè)設(shè)站方案（DK）存在巖溶、采空區(qū)等問題，但是巖溶、膨脹土處理技術(shù)已經(jīng)比較成熟；該方案基本繞避了大規(guī)模煤礦采空區(qū)，僅存在淺層的、小規(guī)模采空區(qū)，開采深度16.5～43.1m，采高0.7～4.0m，通過采用“物探篩查，鉆探驗證”的方法，可較好的查明采空區(qū)的分布，總體來說采空區(qū)引發(fā)的安全風(fēng)險在可控范疇。機(jī)場與G85 高速公路間設(shè)站方案軟土分布范圍廣、工程性質(zhì)差、厚度變化大，路橋基礎(chǔ)沉降控制難度極大，必須進(jìn)行大規(guī)?；A(chǔ)處理，較G85 高速公路外側(cè)設(shè)站方案（DK）工程地質(zhì)條件更差。綜合對比分析，推薦G85 高速公路外側(cè)設(shè)站方案（DK）。

4 結(jié)語

渝昆高鐵昭通車站站位主控的地質(zhì)問題為采空區(qū)、深厚軟土、巖溶、膨脹土。在對車站方案進(jìn)行充分了比選后，推薦G85 高速公路外側(cè)設(shè)站方案（DK）。該方案雖然工程地質(zhì)條件較復(fù)雜，但繞避了大型采空區(qū)，避開了分布集中、性質(zhì)復(fù)雜、處理困難的不良地質(zhì)段；方案通過的淺層、小規(guī)模采空區(qū)可以采用“物探篩查，鉆探驗證”的有效手段對安全風(fēng)險進(jìn)行較好的控制；巖溶、膨脹土的工程處理方法成熟有效；推薦方案在有效控制地質(zhì)風(fēng)險的前提下節(jié)約了大量工程投資，地質(zhì)選線效果顯著。