復(fù)雜山區(qū)鐵路安全選線研究★

李松真

(中鐵四院集團(tuán)南寧勘察設(shè)計院有限公司,廣西 南寧 530007)

瑞金至梅州鐵路位于江西省南部和廣東省東北部,線路起于江西省贛州市瑞金市,從贛龍擴(kuò)能改造工程瑞金站引出,沿途經(jīng)會昌縣、安遠(yuǎn)縣至尋烏縣,之后跨贛粵省界至廣東省境內(nèi),經(jīng)平遠(yuǎn)至梅州市梅縣區(qū)、梅江區(qū)引入既有漳龍鐵路梅州站。沿線分布有湘江國家濕地公園、三百山國家級風(fēng)景名勝區(qū)及國家森林公園、平遠(yuǎn)縣城飲用水源保護(hù)區(qū)、河嶺嶂市級自然保護(hù)區(qū)等眾多環(huán)境敏感點。主要不良地質(zhì)現(xiàn)象有滑坡溜坍、危巖、落石、人為坑洞、巖溶、地?zé)峒胺派湫缘?其中43處工點周邊顯著出露危巖、落石[1]。項目在貫徹“環(huán)保優(yōu)先、源頭控制”的環(huán)保理念基礎(chǔ)上,尤為重視安全選線,綜合采用物探、鉆探手段,探明影響地質(zhì)選線的高風(fēng)險源;通過大范圍線調(diào),排查威脅鐵路運營安全的易燃易爆危險品廠、站、庫、管線[2-18]。

為保證鐵路建設(shè)、運行安全,以瑞金至梅州鐵路平遠(yuǎn)至熱柘段局部方案比選為例開展安全選線決策研究,通過識別局部方案的環(huán)境敏感點、不良地質(zhì)、危險源,進(jìn)行安全選線初步研究及安全確認(rèn)深化研究,經(jīng)穩(wěn)定性評價及加固處理確認(rèn),推薦對線路建設(shè)、運營安全無顯著影響的方案。

1 安全選線方案初步研究

1.1 瑞金至梅州鐵路平遠(yuǎn)至熱柘段方案概況

本段線路選線主要受危巖落石發(fā)育區(qū)、崩塌發(fā)育區(qū)、煙花爆竹倉庫、平遠(yuǎn)縣熱柘鎮(zhèn)溫泉礦、平遠(yuǎn)火石寨縣級森林公園等因素影響?？紤]線路安全和線路順直,研究了隧道穿越滑坡溜坍、危巖落石的柚樹河西側(cè)隧道方案;為完全繞避安全敏感因素和降低橋隧比,比較研究了經(jīng)柚樹河?xùn)|側(cè)方案,如圖1所示。

1.2 主要技術(shù)經(jīng)濟(jì)比選

柚樹河西側(cè)隧道方案:線路自平遠(yuǎn)站引入向南,沿柚樹河西側(cè)的山脊走行至方案比較終點,線路長12.086 km,共設(shè)橋梁10座2 407延米、隧道6座7 251延米,橋隧比重79.91%,費用合計59 244萬元。

柚樹河?xùn)|側(cè)方案:線路自平遠(yuǎn)站引入向東南,兩跨柚樹河后至方案比較終點,線路長12.209 km,共設(shè)橋梁16座3 340延米、隧道11座4 608延米,橋隧比重65.1%,費用合計65 402萬元。兩方案主要技術(shù)經(jīng)濟(jì)對照情況如表1所示。

表1 主要技術(shù)經(jīng)濟(jì)對照表

從建設(shè)安全方面:兩方案安全可控,但柚樹河西側(cè)隧道方案隧道建設(shè)工程地質(zhì)條件較好,柚樹河?xùn)|側(cè)方案隧道工程地質(zhì)條件差。

從工程投資方面:征拆工程,柚樹河?xùn)|側(cè)方案征地多22.3 ha,且基本農(nóng)田多,用地指標(biāo)高,拆遷多0.27萬m2,征拆費用增加約5 595萬元。路基工程,柚樹河?xùn)|側(cè)方案所經(jīng)地形相對平緩,路基支擋防護(hù)工程較省,雖然路基總長增加1.833 km,但費用僅增加2 129萬元。橋梁長度增加933 m,費用增加3 655萬元。隧道長度縮短2 643 m,但由于地形相對平緩,以短隧道為主,淺埋偏壓嚴(yán)重,Ⅳ級、Ⅴ級圍巖比重達(dá)79.7%,因此費用僅省5 221萬元。合計柚樹河西側(cè)隧道方案較柚樹河?xùn)|側(cè)方案工程費用省約6 158萬元。

1.3 推薦意見

綜上分析,兩方案建設(shè)安全均可控,由于柚樹河西側(cè)隧道方案投資省,且東側(cè)方案需跨越柚樹河Ⅱ類水體,施工期間還需采取相應(yīng)的環(huán)保措施,因此,初步研究推薦采用經(jīng)濟(jì)性較強、安全可控的柚樹河西側(cè)隧道方案。

2 安全選線深化研究

2.1 沿線安全因素具體分析

1)崩塌發(fā)育區(qū)、危巖落石發(fā)育區(qū)。本段位于廣東省梅州市平遠(yuǎn)縣熱柘鎮(zhèn)及大柘鎮(zhèn),線路穿越丘陵區(qū),剝蝕丘陵區(qū)間丘間谷地地貌,丘陵區(qū)地勢起伏,相對高差約為120 m～390 m,自然坡度約為20°～35°。線路地處長田圩向斜西翼與核部交界附近,且近似與巖性接觸帶重合通過,多次跨越接觸帶,地質(zhì)構(gòu)造發(fā)育,地層風(fēng)化強烈、破碎,以侏羅系上中統(tǒng)高基坪組凝灰質(zhì)砂巖夾粉砂巖(凝灰?guī)r)、白堊系下統(tǒng)官草湖群砂巖夾粉砂巖為主,巖質(zhì)較軟,節(jié)理裂隙較發(fā)育,巖體較破碎。沿線主要控制因素為崩塌發(fā)育區(qū)及危巖落石發(fā)育區(qū),對線路施工及運營存在潛在威脅。李屋隧道進(jìn)出口處零星發(fā)育危巖落石及崩塌區(qū),進(jìn)口DK204+200—DK205+000段線路右側(cè)山體坡面為崩塌發(fā)育區(qū),坡面危石主要由巖體碎塊及粉質(zhì)黏土組成,巖石碎塊約占30%,塊徑0.2 m～0.5 m不等,局部碎石零星落在坡面上,塊徑0.2 m～1 m,呈散狀分布,出口DK207+000—DK208+200段線路左側(cè)和右側(cè)發(fā)育危巖落石及泥石流溝,其中左側(cè)主要為半埋型落石群和裸露型危巖,現(xiàn)場共發(fā)現(xiàn)泥石流溝6處,半埋型落石群9處,較大裸露型危巖9處,部分半埋型落石群裂隙發(fā)育,裂縫寬度約為0.1 m～0.5 m,危巖塊徑0.5 m～3.5 m,滾落方向約65°～160°;出口線路右側(cè)危巖主要為局部零星分布的碎石或大暴露面基巖,危巖塊徑0.2 m～1.5 m,滾落方向約65°～160°。

2)煙花爆竹倉庫。線路DK204+500右側(cè)700 m現(xiàn)有平遠(yuǎn)縣隆安煙花爆竹專營有限公司爆竹倉庫一座,存放規(guī)模為煙花3 t、爆竹5 t。

3)平遠(yuǎn)縣熱柘鎮(zhèn)溫泉礦。平遠(yuǎn)縣熱柘鎮(zhèn)溫泉礦位于線路DK211+500左側(cè)500 m,該區(qū)段地質(zhì)構(gòu)造發(fā)育,區(qū)域熱水按賦存狀態(tài)為第四系層狀熱水。其層狀熱水儲量豐富,水溫一般較低,涌水地表溫度約40 ℃～50 ℃,水質(zhì)多為無色、無味,稍有硫磺味,總礦化度190 mg/L～500 mg/L,開采價值較大。

2.2 深化比較方案概況

詳細(xì)考慮各安全控制因素,在初步推選的柚樹河西側(cè)隧道方案(方案一)附近,從有利于線路順直、建設(shè)運營安全系數(shù)高等方面出發(fā),擬定了同精度比選的危巖落石區(qū)左側(cè)方案(方案二)及危巖落石區(qū)右側(cè)方案(方案三),如圖2所示。

方案一:線路自平遠(yuǎn)站引出,前行跨越大柘河后,折向南以隧道形式通過危巖落石區(qū)域,而后折向東南前行至熱柘鎮(zhèn)高南村,比較段里程范圍DK200+450—DK211A+009.209,線路長度10.559 km。

方案二:線路自比較起點引出,前行跨越大柘河后,于危巖落石區(qū)域左側(cè)折向南前行至比較終點,比較段里程范圍D4K200+450—D4K210+916.611,線路長度10.467 km。

方案三:線路自比較起點引出,折向南跨越大柘河,于危巖落石區(qū)域右側(cè)前行至比較終點,比較段里程范圍D5K200+450—D5K211+123.981,線路長度10.674 km。

三方案經(jīng)濟(jì)技術(shù)情況如表2所示。

2.3 各方案優(yōu)缺點比較

從工程地質(zhì)條件:方案一以深埋隧道長段落穿越山脊,工程地質(zhì)條件相對較好;方案二和方案三處于溝谷地段,沿線隧道淺埋偏壓段落較多,工程地質(zhì)條件一般。從工程地質(zhì)條件分析,方案一占優(yōu)。

從線路順直度:三個方案線路長度差別不大,方案一線路長度10.559 km,橋隧總長8.744 km,橋隧比82.8%;方案二線路長度10.467 km,橋隧總長7.898 km,橋隧比75.5%;方案三線路長度10.674 km,橋隧總長8.653 km,橋隧比81.1%。

從工程實施難易程度:

1)方案一線路長度適中、橋隧比最高(較方案二線路長92 m,橋隧長846 m;較方案三線路短115 m,橋隧長91 m),路基長度1.904 km,深路塹約1.0 km,存在1處深路塹(DK209+650—DK209+850段左側(cè),挖方40 m～45 m),圬工方約6.1萬m3;其中擋墻、樁板墻圬工約3.9萬m3;征地、拆遷量最小,協(xié)調(diào)難度小。

2)方案二線路最短、橋隧比最低;路基長度2.569 km,深路塹約1.4 km,圬工方約8.57萬m3,其中擋墻、樁板墻圬工約5.56萬m3;該方案路基存在4處陡坡路基、深路塹等困難路基,困難地段多、段落長;征地量最大,拆遷量相對較小。

3)方案三線路長度最長、橋隧比適中,隧道淺埋偏壓段落最長,施工難度較大、風(fēng)險高;路基長度2.021 km,深路塹約1.1 km,圬工方約6.69萬m3,其中擋墻、樁板墻圬工約4.35萬m3;該方案路基存在5處深路塹等困難路基,困難地段較多、段落較長;房屋拆遷量最大,實施協(xié)調(diào)難度大。從工程實施難易程度及安全性分析,方案一稍占優(yōu)。

從建設(shè)運營安全性:三方案均對崩塌發(fā)育區(qū)和煙花爆竹倉庫進(jìn)行了合理繞避,無需處理危巖落石,施工及運營期風(fēng)險可控。但方案三隧道淺埋偏壓段落最長,施工難度較大、風(fēng)險高;方案二部分淺埋隧道圍巖等級相對較差;方案一隧道圍巖等級相對較好,風(fēng)險低。從建設(shè)運營安全性分析,方案一占優(yōu)。

從工程投資:方案一工程投資比方案二、方案三分別節(jié)省1 028.23萬元、5 940.15萬元。從工程投資方面分析,方案一占優(yōu)。

2.4 決策意見

經(jīng)安全確認(rèn)深化研究,方案一工程地質(zhì)條件相對較好,技術(shù)條件較優(yōu)、風(fēng)險低,安全性好,協(xié)調(diào)難度小、投資省,推薦采用柚樹河西側(cè)隧道方案。

3 結(jié)論

1)線路安全是方案成立的基礎(chǔ),由于需綜合考慮地質(zhì)條件、環(huán)境保護(hù)和建設(shè)、運營安全等眾多因素,難以一次性選擇出最優(yōu)方案,有必要分層次開展方案比選研究。

2)安全選線方案初步研究時,按完全繞避和穿越安全敏感區(qū)兩大方案開展了比選,在線路建設(shè)安全可控的基礎(chǔ)上,選擇經(jīng)濟(jì)性強的方案作為初步推選方案。

3)安全選線深化方案研究時,需詳細(xì)考慮各安全控制因素,在初步推選方案基礎(chǔ)上,從有利于線路順直、建設(shè)運營安全系數(shù)高等方面出發(fā),擬定了同精度比選局部比選方案,最終推薦了建設(shè)運營風(fēng)險低、安全性可控和投資省的方案作為推薦方案。