各種不良地質(zhì)條件下山區(qū)鐵路工程選線方法研究

張希

（中鐵第五勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司，北京 102600）

由于山區(qū)鐵路工程建設(shè)的需求愈發(fā)急切，我國在實(shí)際的開發(fā)研究過程中，探究出了許多新的施工工藝。在山區(qū)鐵路工作中，鐵路的地質(zhì)勘察是重要的施工環(huán)節(jié)，在施工前了解施工地區(qū)的地質(zhì)環(huán)境，在結(jié)合地質(zhì)條件進(jìn)行施工，可以最大限度地避免產(chǎn)生工程質(zhì)量問題和安全隱患，同時(shí)，國家近年來在許多地勢危險(xiǎn)的區(qū)域陸續(xù)修建了鐵路，在施工過程中不僅加強(qiáng)了對(duì)原材料的控制，還科學(xué)地部署了機(jī)械設(shè)備有針對(duì)性的完善施工方案，保證了施工的穩(wěn)定推進(jìn)，目前，鐵路勘測的設(shè)計(jì)理念越來越先進(jìn)，越來越完善，這對(duì)未來鐵路的設(shè)計(jì)有著積極的影響。

1 工程案例

1.1 金臺(tái)鐵路項(xiàng)目簡介

金臺(tái)鐵路位于浙江省中東部的金華、麗水、臺(tái)州地區(qū)，線路自金華地區(qū)金溫貨線永康南站引出，分別接入甬臺(tái)溫鐵路臺(tái)州西站和臺(tái)州南站，是浙江省鐵路網(wǎng)中“兩縱、五橫、兩放射”格局中的五橫之一；聯(lián)通滬昆鐵路，形成浙江東中部地區(qū)的快速、便捷運(yùn)輸通道；擴(kuò)充和完善浙江省鐵路網(wǎng)骨架，加密浙江中東部和西南部的路網(wǎng)結(jié)構(gòu)，完善浙東南地區(qū)的路網(wǎng)布局，提升鐵路的市場競爭力；是一條設(shè)計(jì)行車速度160km/h，單線預(yù)留雙線條件的電氣化鐵路。新建線路總長231.97km，橋梁63.172km/79座，隧道105.294km/60座，車站19座，橋隧比72.6%，初設(shè)批復(fù)概算160.65億元。2016年5月開工建設(shè)，2021年6月建成通車。經(jīng)初步概算清理，符合批復(fù)。

1.2 主要技術(shù)創(chuàng)新

（1）節(jié)約用地體現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展觀。本項(xiàng)目所經(jīng)地區(qū)為浙江中東部地區(qū)，大部分地區(qū)屬中低山丘陵、河谷，山多地少，人口眾多，土地資源稀缺，隨著沿海經(jīng)濟(jì)幾十年的快速發(fā)展，特別是近年來國家推進(jìn)城鎮(zhèn)化政策的不斷落實(shí)，城鎮(zhèn)化建設(shè)速度明顯加速，土地資源更是捉襟見肘。鐵路線路建設(shè)需占用大量的土地，為了最大限度地節(jié)約用地，線路通道選擇采用以隧代路、以橋代路等先進(jìn)理念，既滿足了鐵路建設(shè)用地需求，又最大限度地保護(hù)地保護(hù)了土地資源，受到了沿線地方的熱烈歡迎，達(dá)到了良好的社會(huì)效果，獲得了巨大的社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益，對(duì)更新行業(yè)選線理論起到了較好的示范作用。

（2）統(tǒng)籌項(xiàng)目需求、地方規(guī)劃及產(chǎn)業(yè)需求等因素，科學(xué)合理選擇線路走向方案，帶動(dòng)沿線經(jīng)濟(jì)發(fā)展。①結(jié)合通道選擇，將永康段金溫貨線遷至城區(qū)南側(cè)，解除城市束縛；②根據(jù)麗縉產(chǎn)業(yè)園規(guī)劃，合理設(shè)置縉云段線站位，帶動(dòng)浙西南第一鎮(zhèn)快速發(fā)展；③翻越大盤山脈，結(jié)束“中國藥材之鄉(xiāng)”磐安、“神仙居住之地”仙居不通鐵路的歷史；④支線引入臨海頭門港港區(qū)，打通山海大通道，深度融入“一帶一路”；⑤客貨分別接軌于臺(tái)州西站、臺(tái)州南站，帶動(dòng)“山海臺(tái)州、和合之城”。

（3）合理選擇站位，打造永康東站新型綜合性物流貨場，為地方發(fā)展注入新活力。結(jié)合地形、周邊公路網(wǎng)條件，在永康地區(qū)進(jìn)行多站位比選，科學(xué)合理地選擇永康東站位置，以永康及周邊地區(qū)的物流需求為基礎(chǔ)，以鐵路運(yùn)輸為支撐實(shí)施貨場布局，打造浙江占地面積最大、運(yùn)營設(shè)備設(shè)施最齊全的綜合性物流貨場，促進(jìn)地區(qū)經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展。

（4）統(tǒng)籌設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)“四網(wǎng)”融合。結(jié)合臺(tái)州市域交通規(guī)劃，合理選擇線站位，為臺(tái)州市擬建市域鐵路S2、S3線分別引入金臺(tái)鐵路臺(tái)州西站、臨海南站提供條件，結(jié)合臺(tái)州地區(qū)利用金臺(tái)鐵路開行市郊列車項(xiàng)目，于兩站進(jìn)行了共站房、零換乘設(shè)計(jì)。

（5）勇于創(chuàng)新，采用8‰限制坡度。為帶動(dòng)地方經(jīng)濟(jì)發(fā)展，結(jié)束磐安縣不同鐵路的歷史，線路翻越大盤山脈，導(dǎo)致中部與兩側(cè)高差達(dá)230m，為更好地適應(yīng)地形，通過對(duì)HXD系列機(jī)車性能深入研究，創(chuàng)新采用8‰限制坡度。

2 不同不良地質(zhì)下的選線方式

上所述對(duì)于工程過程中可能出現(xiàn)的問題有了一個(gè)大致的了解，然而，實(shí)際的山區(qū)鐵路工程選線要比上述論述得更加復(fù)雜，現(xiàn)代化的地質(zhì)勘測有著非常多的要求，勘測過程中要對(duì)工程施工地區(qū)的地質(zhì)情況、地面介質(zhì)、建筑物分布情況、地形變化等數(shù)據(jù)都進(jìn)行研究這一切都會(huì)影響鐵路工程建設(shè)同時(shí)，還需要對(duì)地質(zhì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析，繪制出該地區(qū)的地形圖為后期的施工提供有效依據(jù)，由于山區(qū)地形的不同，所擁有的不良地質(zhì)也不同，這些不良地質(zhì)中，有代表性的，有以下幾種：①滑坡地質(zhì)；②泥石流地質(zhì)；③沙漠地質(zhì)；④斷裂帶地質(zhì)；⑤巖溶地質(zhì)。五種地質(zhì)是在山區(qū)鐵路工程選線工作中經(jīng)常遇到的下文將主要論述在這五種地質(zhì)中的主要選項(xiàng)方式。

2.1 滑坡地質(zhì)

如果鐵路工程所經(jīng)過的山區(qū)，地區(qū)有可能處于滑坡地帶，展現(xiàn)工作的第一件事就是應(yīng)該進(jìn)行實(shí)地的地質(zhì)勘測，由專業(yè)的技術(shù)人員對(duì)滑坡地帶的地質(zhì)進(jìn)行研究，同時(shí)，分析歷年滑坡的情況，之后進(jìn)行綜合設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)過程主要圍繞滑坡體的大小、滑床深度等地質(zhì)情況進(jìn)行研究設(shè)計(jì)，除此之外，如果附近地區(qū)還有地下水等水文資源，也需要考慮在設(shè)計(jì)范圍內(nèi)，因?yàn)榈叵滤拇嬖?，很可能?huì)使得地下水路產(chǎn)生改變，改變地質(zhì)特征產(chǎn)生其他的滑坡地區(qū)，以上工作完成后，再開始具體的定線，定線過程中要以不惡化滑坡的穩(wěn)定性為定線原則，對(duì)于滑坡體積較大的地區(qū)，要盡量采取繞避的措施，如果無法繞開，則需要盡可能地從滑坡體的上方通過，對(duì)于滑坡體較小，穩(wěn)定層較淺的情況，可以采用大跨度高架橋通過或者將滑坡體清除的方法來進(jìn)行鐵路規(guī)劃。

2.2 泥石流地質(zhì)

泥石流地質(zhì)是較為常見的山區(qū)地質(zhì)，該地質(zhì)形成的主要原因是暴雨攜帶大量的泥沙石塊，再加上山體表面綠化不足無法固定砂石，使得暴雨流沿著一定通道涌出，這種災(zāi)害最困難的是一旦產(chǎn)生便會(huì)掩埋鐵路道路，并且清理起來極度困難甚至有可能將道路沖毀中斷行車，針對(duì)泥石流地質(zhì)目前主要考慮的便是繞避措施，或者可以將實(shí)際的鐵路線路涉及河岸對(duì)岸，對(duì)于沒有辦法避繞的，針對(duì)泥石流地質(zhì)不同部位，采取不同的設(shè)計(jì)措施，首先，分析泥石流地質(zhì)成形的原因是山體不穩(wěn)定而造成的，因此不良地質(zhì)會(huì)集中在山體部位，對(duì)于這些地區(qū)的線路，應(yīng)當(dāng)采用深埋隧道的方式進(jìn)行通過，其次，在泥石流的通過區(qū)，相對(duì)而言，通過區(qū)的線路與泥石流的接觸范圍，較小，并且由于通過區(qū)坡度的角度較大，有利于泥石流產(chǎn)生之后的傾斜，因此，可以在這些地區(qū)淺挖隧道，或者架設(shè)橋梁，在以上講述的施工措施中，架設(shè)橋梁是最好的，如果開挖隧道由于泥石流阻礙較大，不利于泥石流的排泄并且后期泥石流產(chǎn)生的清泥工作也比較難以進(jìn)行。

2.3 沙漠地質(zhì)

沙漠地區(qū)的最大特點(diǎn)是風(fēng)沙非常大，并且一年四季沙漠地區(qū)的溫差很高，如果在這些地區(qū)修建鐵路，最容易產(chǎn)生的現(xiàn)象是鐵路被風(fēng)沙掩埋。因此，在沙漠地質(zhì)當(dāng)中進(jìn)行鐵路的選線工作時(shí)，首先，需要研究當(dāng)?shù)厣城鸬倪\(yùn)動(dòng)模式、風(fēng)力大小，并且研究沙漠地區(qū)的沙源，分析上述的數(shù)據(jù)后，便可以進(jìn)行實(shí)際的選線工作，如果是大面積存在沙丘的地區(qū)，則進(jìn)行鐵路定線的時(shí)候，要考慮以下幾點(diǎn)，首先要選取沙地邊緣的地區(qū)，其主要原因是沙地邊緣分速相對(duì)較小，并且風(fēng)沙掩埋的情況也較輕，這些地區(qū)還存在地下水，地下水的存在，有利于防護(hù)林的種植，防護(hù)林種植成功后，風(fēng)沙掩埋線路的情況便會(huì)得到改善。如果要在連綿不斷的沙丘地帶進(jìn)行鐵路的修建，應(yīng)該盡可能選取低沙丘地帶，因?yàn)樵谶@些低沙丘地帶可以種植花草，降低流沙對(duì)鐵路的影響，對(duì)于風(fēng)速較快的地區(qū)，應(yīng)該通過歷年風(fēng)速的觀測數(shù)據(jù)研究出主導(dǎo)風(fēng)向，在進(jìn)行線路設(shè)計(jì)時(shí)，線路的延伸方向要與風(fēng)向一致，同時(shí)，在沙漠地區(qū)的鐵路設(shè)計(jì)當(dāng)中應(yīng)該，盡量保證線路以直線的形式存在，避免曲線，因?yàn)榍€的凹處，很容易產(chǎn)生飛沙的堆積，如果為了規(guī)避沙丘而不得不采用曲線設(shè)計(jì)，則應(yīng)該考慮較大半徑的曲線，同時(shí)盡量保證曲線的凸處可以面對(duì)迎風(fēng)面。

2.4 斷裂帶地質(zhì)

斷裂帶地質(zhì)存在的地區(qū)較少，很多人將斷裂帶地質(zhì)稱作地震地質(zhì)，其原因是斷裂帶地區(qū)很容易產(chǎn)生地表位移和變形，并且伴隨著強(qiáng)震，因此，在這些地區(qū)，鐵道線路出現(xiàn)的主要問題是，隨著地表位移產(chǎn)生的斷裂，所以在進(jìn)行斷裂帶地區(qū)地鐵選線工作時(shí)，第一步便是要避開活動(dòng)斷裂帶的存在，把避免的線路要采用抗震能力強(qiáng)的鐵道線路，方便地震發(fā)生后修復(fù)鐵路，同時(shí)，如果要對(duì)斷裂層進(jìn)行隧道開挖，則應(yīng)該對(duì)隧道結(jié)構(gòu)進(jìn)行合理的設(shè)計(jì)，方便隧道有利于救援并且要盡量避免地震誘發(fā)的地段，對(duì)于潛在的不穩(wěn)定地區(qū)，應(yīng)該派遣專業(yè)人員進(jìn)行地質(zhì)勘測和預(yù)測，確保無誤后再將線路選定。

2.5 巖溶地質(zhì)

常見的巖溶形態(tài)以溶洞為主，該地址對(duì)線路主要危害是因?yàn)榈叵露囱赡軙?huì)由于鐵路的運(yùn)行而產(chǎn)生坍塌，如果坍塌會(huì)使得鐵路下降，很有可能產(chǎn)生路基下沉的狀況。該狀況一旦產(chǎn)生，便是不可逆的，便會(huì)直接遭到破壞并且溶洞還有可能出現(xiàn)反水的情況，反水則會(huì)導(dǎo)致路基被淹沒路基，如果長時(shí)間淹沒在水中，會(huì)產(chǎn)生塌陷，因此，針對(duì)巖溶地區(qū)的選線應(yīng)該注意以下幾個(gè)方面：首先，需要對(duì)巖溶地區(qū)的溶洞進(jìn)行勘測，對(duì)于大型并且處于發(fā)育期的巖溶地質(zhì)，要盡量開，同時(shí)，要避開不透水層與可溶巖或不可熔巖的接觸帶，對(duì)于小型的溶洞，在實(shí)際的工作過程中應(yīng)該盡量選擇對(duì)溶洞進(jìn)行水泥填充，保證施工基礎(chǔ)的強(qiáng)度，同時(shí)也要做好相應(yīng)的施工監(jiān)測工作，一邊施工一邊進(jìn)行地質(zhì)研究，隨時(shí)找到施工過程中出現(xiàn)的溶洞小洞填充，大洞避開，這便是針對(duì)巖溶地質(zhì)最好的選線方法。

3 山區(qū)鐵路選線設(shè)計(jì)中存在的問題

上文分析了目前鐵路選線工作過程中遇到的幾種主要地質(zhì)情況，但在實(shí)際的工作過程中，選線設(shè)計(jì)存在的問題不單單只有地質(zhì)影響，很多情況下是因?yàn)楣ぷ魅藛T的工作能力不足導(dǎo)致的，目前，工作人員工作導(dǎo)致選線設(shè)計(jì)存在問題的主要原因有2個(gè)方面，第一，是工作者的勘測設(shè)計(jì)水平較低；第二，是對(duì)于地質(zhì)勘測結(jié)果準(zhǔn)確性不足。

選線工作人員工作水平不足。通過分析我國山區(qū)鐵路選線設(shè)計(jì)工作的設(shè)計(jì)狀況根據(jù)調(diào)查顯示，其中大部分的設(shè)計(jì)單位，實(shí)際的設(shè)計(jì)水平都比較低，并且很多設(shè)計(jì)方案都缺乏創(chuàng)意創(chuàng)新，部分工作人員在工作過程中沒有較好的專業(yè)素養(yǎng)，對(duì)于不良地質(zhì)條件的研究不夠充足，設(shè)計(jì)出來的內(nèi)容無法滿足實(shí)際的鐵路施工需求，不同的山區(qū)有著不同的地質(zhì)，對(duì)于設(shè)計(jì)者提出的要求和標(biāo)準(zhǔn)也存在著差異，所以，選線工作人員應(yīng)該根據(jù)地區(qū)的實(shí)際情況進(jìn)行選項(xiàng)工作，但很多單位現(xiàn)在的選線工作為了減少成本，盡早完工，對(duì)實(shí)際現(xiàn)場的調(diào)查，都選擇了直接忽略，只是根據(jù)不同地區(qū)上傳上來的地質(zhì)勘測圖來進(jìn)行線路設(shè)計(jì)，最后造成的結(jié)果就是設(shè)計(jì)方案與實(shí)際的施工差異非常大，同時(shí)，對(duì)于線路的設(shè)計(jì)方案缺少科學(xué)的依據(jù)，很多數(shù)據(jù)都與真實(shí)數(shù)據(jù)有出入。

4 結(jié)語

山區(qū)鐵路的建設(shè)是我國針對(duì)國家基礎(chǔ)經(jīng)濟(jì)建設(shè)的重要交通設(shè)施之一，由于近年來國家設(shè)計(jì)相關(guān)部門加大了對(duì)鐵路建設(shè)的投入，在很多是危險(xiǎn)的山區(qū)都進(jìn)行了鐵路的建設(shè)，山區(qū)鐵路選線設(shè)計(jì)是影響鐵路建設(shè)的重要基礎(chǔ)施工單位需要加大審核力度實(shí)現(xiàn)規(guī)范化選片，同時(shí)，在鐵路建設(shè)過程中，不僅要加強(qiáng)選線工程的設(shè)計(jì)，同時(shí)，還要加強(qiáng)施工材料的控制，提高山區(qū)鐵路建設(shè)的安全性和建設(shè)效率，為山區(qū)鐵路建設(shè)行業(yè)奠定良好的發(fā)展基礎(chǔ)。雖然山區(qū)地勢復(fù)雜，各種復(fù)雜地質(zhì)縱橫交錯(cuò)，相對(duì)平原地區(qū)的鐵路建設(shè)施工難度很大，危險(xiǎn)系數(shù)非常高，但是，如果采用合理的勘測手段，對(duì)復(fù)雜山區(qū)的地質(zhì)情況進(jìn)行研究并且根據(jù)這些數(shù)據(jù)，設(shè)計(jì)出一條適合該地區(qū)的鐵路線，將會(huì)為山區(qū)的經(jīng)濟(jì)建設(shè)帶來極大的助力。