工程地质调查在川藏铁路配套施工道路选线中的作用研究

2022-03-07王利洋

粘接 2022年1期

王利洋

摘要：以川藏铁路配套施工道路昌都至林芝段为例，通过对段落内工程地质概况进行分析，并通过对果拉山隧道8#横洞施工道路、康玉隧道5#斜井施工道路和拉月隧道3#横洞施工道路这3条最具特点的施工道路工程地质方案比选，深度解析了工程地质勘察在高原复杂山区特殊等级施工道路选线的重要性，得到高原复杂山区特殊等级施工道路选线工程地质注意事项，以此对今后同类型的工程选线起到指导性作用。

关键词：川藏铁路;施工道路;选线;方案

中图分类号：TU455 文献标识码：A文章编号：1001-5922（2022）01-0171-08

Research on the role of engineering geological survey in route selection of Sichuan-Tibet railway supporting construction

WANG Liyang

（China Railway First Survey and Design Institute Group Co.，Ltd.，Xi′an 710043，China）

Abstract：The paper takes the Changdu-Linzhi part of the Sichuan-Tibet Railway supporting construction road as an example，through the analysis of the engineering geology in the section，and geological schemes comparison of the Guolashan 8# horizontal tunnel，the Kangyu 5# inclined shaft tunnel and the Layue 3# horizontal tunnel.Through the comparison of these three most featured cases，in-depth analysis of engineering geological survey was conducted in the selection of special grade construction roads in the complex mountainous areas of the plateau，and the precautions for engineering geology of special grade construction roads in the complex mountainous areas of the plateau were acquired，which would play a guiding role in the future selection of the same type of engineering.

Key words：Sichuan-Tibet railway;construction road;route selection;scheme

青藏高原复杂山区一直是各种工程地质问题的重灾区。其地形起伏大，海拔普遍较高，可供植被生长的环境极少，气候恶劣[1]。山体大部分直接暴露在高原阳光的直射之下，表面风化程度严重，另构造强烈，岩体的节理裂隙极其发育。表层经过构造作用、风化作用形成的第4系堆积体很容易发展成各类不良地质[2]。

川藏铁路配套特殊等级施工道路为第一次将施工道路独立存在于铁路建设项目中，其沿线地质灾害频发，交通条件极度恶劣[3];交通具有“路网密度低、公路等级低、抗自然灾害能力弱、受气候影响严重”等特点，无法满足川藏铁路的前期勘察、设计以及后续施工和运营维护的需求。目前，国铁及地方铁路项目现存的配套施工道路，由于道路等级独立于公路工程等级之外，多数未针对性地进行地质勘察，存在严重漏项，导致大量已完施工道路受到严重不良地质体影响，使得施工道路发生损毁，严重情况下需进行重建，造成了大量的资源浪费。因此前期工程地质勘察在该特殊等级施工道路的修建中作用及其重要。

对于道路选线，本文参考了文献4中的经乌高速公路地质问题及选线研究，其通过对工程地质问题的研究，制定出适宜该地区的地质选线原则;文献5中的保神高速公路地质选线研究，其提出山区高速公路建设地质灾害选线的对策，归纳总结了不稳定斜坡地段选线地段基本原则;文献6中的川藏高速公路（西藏段）北线选线方案研究，其采用智能辅助选线与常规手段结合，根据地形与地质条件、工程规模、工程难度等综合因素，对川藏高速公路北线的科学选线提供参考。

川藏铁路附属道路工程规模巨大，建设周期长，地质选线将直接关系到路线的安全性及造价的合理性。本文以川藏铁路配套特殊等级施工道路昌都至林芝段为研究对象，根据目标区主要工程地质问题进行地质选线，尽可能地规避不良地质隐患，最大程度地降低工程地质对附属道路工程的影响，对服务川藏鐵路建设、为沿线基础设施建设提供基础地质资料均具有重大意义。

1 沿线工程地质概况

昌都至林芝段施工道路是川藏铁路重要的组成部分，本段共规划130条施工道路，长度合计将近400 km，共设桥梁38座，隧道2座，数量、长度极具规模，甚至超过同段落铁路，地形具有高海拔、大高差的特点，先后跨越澜沧江、怒江、帕隆藏布江、雅鲁藏布江等多条大江大河，穿越他念他翁山、念青唐古拉山、色季拉山等多座高山。一般主峰多为6 000 m以上，高原平均高程约4 500～5 000 m，全线平均海拔3 800 m，山高谷深，地形条件艰险，跌宕起伏，地貌极其复杂（参见图1、图2），其中施工道路最高海拔4 950 m。道路沿线气象差异性较大，其中昌都至怒江段藏东南高原温带半干旱季风气候。怒江至通脉段属高山峡谷地带，气候是典型的高原立体型气候，夏秋温和，冬春寒冷;随海拔高度的上升，气候寒冷，日照充足，雨季大多集中在夏秋，冬春降雪多。通麦至林芝段属高原温暖半湿润气候，雨量充沛，日照充足，冬季温和干燥，夏季湿润无高温，主要气象特征值如表1所示。

地表水系有澜沧江水系、怒江水系（参见图3）、雅鲁藏布江支流水系（参见图4）等，这些水系干流流向与区域构造走向一致，构造大框架控制了水系展布。测区内地下水主要有孔隙水、基岩裂隙水、岩溶水及断层带水。

受构造影响，研究区地层岩性十分复杂，绝大多数构造为岩性分界线，地层时代从远古界至新生界均有分布（参见图5）。对施工道路影响比较大的主要是第4系松散堆积物，包含有第4系冲积、洪积层，同时也分布有崩积、坡积、滑坡堆积、泥石流堆积层，同时也分布有现代冰川、古冰川之冰积、冰碛层及湖积、残积层。基岩方面是以花岗岩、闪长岩为主的侵入岩，片麻岩、片岩为主的变质岩，砂岩、页岩、灰岩为主的沉积岩为主。

段落内一级构造单元4个，二级构造单元12个，深大断裂、各类褶皱密集发育。研究区主要有以澜沧江断裂、怒江断裂为主一级构造边界断裂，以雅鲁藏布江断裂为主的二级构造边界断裂，以及澜沧江断裂带、怒江断裂带（分为3段）、边坝-洛隆断裂带、嘉黎断裂带和米林断裂带为主的活动断裂（参见图6）。沿线通过地区多为7、8度地震区，地震动峰值加速度为0.10～0.30 g。

山高谷深，地层岩性混杂多变，区域构造复杂，新构造运动活跃，地震频繁强烈，气候恶劣多变。以高寒高海拔、大高差和剧烈的地壳隆升挤压作用为典型的地质背景，内外动力地质作用均十分强烈，地质极其复杂，不良地质和特殊岩土发育，不良地质主要有重力不良地质（参见图7）、泥石流（参见图8）、积雪、涎流冰、岩溶、有害气体、水库坍岸等，特殊岩土主要有季节性冻土、膨胀（岩）土、冰碛物等。其中重力不良地质（滑坡、崩塌等）、泥石流、为施工道路主要工程地质问题。

2 工程地质勘察原则及主要任务

段落内施工道路沿线地势陡峭，沟谷两岸不良地质发育，勘察时需遵循《川藏铁路施工道路和施工供电工程勘察设计暂行规定》并参照《公路工程地质勘察规范》（JTG C20—2011）要求，采用遥感解译、三维倾斜摄影、地质调绘为主，钻探、简易勘探等为辅的勘察方法;加强与既有工程的类比，查明道路沿线工程地质、水文地质特征、地震动参数、不良地质及特殊性岩土发育分布规律。为了满足川藏铁路设计、施工、运营的需要，施工道路需沿沟谷两岸边坡盘旋而上，不良地质无法避让，地质选线原则及主要任务如下：

（1）调查区域内地貌类型、成因及形态特征，查清地层岩性，主要为对施工道路影响较大的第四系地层成因、类型、厚度和空间分布情况，线路选线尽量选择基岩区及较稳定的第4系地层上;

（2）调查构造分布、规模等特征，尤其是对线路影响较大的新构造运动，查明其活动性特征，对线路影响较大的区域构造，建议避让或采取建议工程跨越，且尽量减少跨越次数;

（3）调查不良地质和特殊岩土类型、规模和空间分布特征，尽量绕避大型的、处发育阶段的且现状为欠稳定状态的不良地质;如实在无法绕避，尽量采用低填浅挖或采取适当的挡护措施通过，必要时采取针对性防护措施;

（4）调查地表水及地下水的类型和分布规律;并结合试验资料对其腐蚀性做出评价，线路尽量避免选择高腐蚀性区域;

（5）通过钻探取样查明地基土的物理力学特性，提供其基本承载力、桩壁摩阻力、钻孔桩极限摩阻力等物理力学参数;如参数较低，无法满足设计及施工要求，则需要根据地质勘察情况合理优化线路方案。

3 重点施工道路工程地质选线方案比选

在上述130条施工道路中，以果拉山隧道8#横洞施工道路、康玉隧道5#斜井施工道路和拉月隧道3#横洞施工道路这3条施工道路最具特点（参见图9），其道路两岸地势陡峭，不良地质十分发育且无法绕避，工程地质条件极其复杂，是控制铁路施工工期的施工道路。

3.1 果拉山隧道8#横洞施工道路比选

果拉山隧道从邦达草原穿越果拉山至怒江峡谷，为川藏铁路海拔最高隧道。考虑到果拉山隧道全断面硬岩隧道掘进机（简称TBM）顺坡掘进及围岩条件，拟定在巴曲支沟俄学弄曲设置8#横洞TBM进洞。由于其所处俄学弄曲内地形地质条件复杂，两岸泥石流、岩堆、滑坡、危岩落石发育，工程地质条件差，施工道路布设和施工困难，综合地面横坡、地质条件、工程措施及运输安全等因素，提出了工程具备可实施，但路线平均纵坡较大的方案1和高线位方案2（参见图10）。

方案1：工程具备可实施性（平均纵坡9.4%）方案。

本方案路线基本贴近沟谷布设，路线基本顺沟谷高程攀升，只有一处条件较好段落回头展线一次。基岩段落长度约200 m，占全线总长约6.2%，基岩多为强风化片麻岩;其余段落涉及不良地质为7个岩堆、1个沟谷型泥石流、1个坡面型泥石流。本方案线路多以路基填方形式通过上述岩堆及坡面泥石流前缘并10次跨越该沟谷型泥石流。

方案2：高线位方案。

本方案由果拉山隧道10#横洞施工道路接出，通过延长路线长度、降低起终点高差降低平均纵坡，路线位于半山坡，优化后路线最大纵坡为10%，平均纵坡为5.4%;基岩段落长度约1 050 m，占全线总长约26.2%，基岩多为强风化片麻岩;其余段落涉及不良地質为3个岩堆、1个沟谷型泥石流、1个坡面型泥石流。本方案线路多以路基挖方形式通过岩堆及坡面泥石流的中下部，1次跨越该沟谷型泥石流。

果拉山隧道8#横洞施工道路方案比选如表2所示。

由表2可知，通过两个方案的对比，方案1虽通过基岩段落占比较少，但是线路多行走于不良地质前缘，且以路基填方形式通过，对各类不良地质扰动小，故具备可实施性。方案2虽通过基岩段落占比大，但陷落多行走于不良地质中下部，且以路基挖方形式通过，对不良地质的扰动性大，且极易产生次生灾害，故不具备可实施性。

3.2 康玉隧道5#斜井施工道路比选

康玉隧道5#斜井施工道路行车速度为15 km/h的标准建设，路基宽度采用4.5 m，是连接川藏铁路重要工程康玉隧道某斜井的干线施工道路，其工程地质特点突出，不仅距离长，而且经过多个不良地质，地质条件十分复杂，其能否按时修建完成并保持畅通对康玉隧道乃至川藏铁路能否按时顺利、安全通车有着重要作用。经过现场的多次踏勘，初步提出3条可行性方案，如图11所示。

方案1为上山绕避不良地质方案，通过抬高线路标高的方法绕避既有不良地质。优点为有效地绕避了大部分不良地质，防护、档护措施较少;缺点为道路高差大，如坐过山车，对后期运输极为不利。且线路长度较2号及3号方案长3～4 km，整体造价较高且增加了后期施工运营成本。

方案2为穿越不良地质方案，主要意图为经济、高效的到达斜井洞口。优点为距离短，且存在既有碎石路可直达终点附近，避免考虑长距离、大高差的运输;缺点为需要穿越多个不良地质。

方案3为过河绕避不良地质方案，通过基岩区和架桥绕避既有不良地质。优点为通过过河的方案绕避了多个不良地质;缺点为本方案会在陡立基岩区进行大挖方，且桥梁工程的前期造价要远远高于路基工程，经济合理性较差。

经过多次全方位比选，认为方案2虽穿越多个不良地质（主要为滑坡），但多以一次穿越、浅挖方形式通过各滑坡的中后缘，对大部分不良地质扰动较小，且存在较稳定的既有道路，为较优方案，但既有道路在1号滑坡上展线，可能对该滑坡扰动较大，需进行分析研究。

3.2.1 滑坡形态

滑坡的平面整体形态为类半椭圆形（参见图12），主滑方向为南西向，滑坡体长约320 m，宽约250 m，滑体平均厚度约35 m，滑坡后缘最高点海拔约3 433 m，前缘最低点海拔约3 273 m，相对高差约160 m，坡度约为30°，方量估算约280万m3，为一巨型第4系土质滑坡，整体形态为滑坡的形成创造了有利条件。滑坡背靠拉不学断层（F31），前緣为康玉曲支沟，沟内为常年来流水，左右两侧均为崩、坡积第4系覆盖层，滑向与断层走向及河流流向的方向基本垂直，从平面上分析，该滑坡具有滑坡发育、形成的一般要素。

滑坡区空间上位于山体坡面中下部，山体的向阳面，后缘有较明显的陡坎，陡坎高度余额5～10 m，滑坡周界清晰可见，滑坡坡面上可见一条既有碎石路盘旋而上，结合钻探揭示滑坡区地表的主要地层为滑坡错落堆积角砾夹碎石，下伏第3系宗白群砂岩夹泥岩，岩层产状为N23°～36°E/24°～58°S，岩层走向与道路大走向近平行，受构造和风化作用等影响因素，多条X形节理发育，岩体较为破碎，是滑坡形成的重要因素。从滑坡的空间形态上分析（参见图13），该滑坡已经发生过一次滑动。

3.2.2 滑坡的成因分析

滑坡的成因分析归结为以下5点要素：

（1）滑坡平面整体形态有利于滑坡的产生;（2）滑坡体地层为第4系覆盖层，下覆基岩的产状较缓，且节理裂隙发育是滑坡形成的重要因素（参见图14）;（3）滑面为第4系与基岩分界线，滑面角度与原始坡面角度基本一致，为滑坡的发展创造了条件;（4）后缘为拉不学断层（F31）是滑坡形成的诱发因素;（5）前缘坡脚河流冲刷是滑坡形成的重要条件。

3.2.3 滑坡现状分析

由图12、13和14滑坡断面图可知：（1）滑坡已经存在一次滑动，整体坡面形态呈凹子形;（2）坡面物质大部分已滑落至沟里并随着水的重力搬运作用消失;（3）坡面上的既有碎石路目前处于相对稳定状态;（4）坡面未出现新的裂缝。

由此可知，目前滑坡处于稳定状态，可以判断方案2成立且是最优方案。

3.3 拉月3#横洞施工道路比选

拉月隧道3#横洞施工道路位于林芝市巴宜区，地形地貌属高山峡谷区，是连接拉月隧道2#、3#斜井的重要施工道路（参见图15）。本条斜井施工道路行车速度为15 km/h的标准建设，路基宽度采用7.5 m，是条干线施工道路;其沿线工程地质特点突出，而且经过不良的地质众多、地质条件复杂，本条道路的选线对拉月隧道通车工期具有重要意义。

本条施工道路区域内河谷两侧地势崎岖，地形起伏较大，山高坡陡，一般坡度30°～60°，最大坡度达89°，植被茂密。区域内地层主要以第4系堆积体为主，出露基岩为古中元古界片麻岩、片岩地层。受构造影响岩体尤其是边坡地段节理裂隙发育，岩体破碎程度较高，且沿河谷多发育群状不良地质，形成了著名的“帕隆天险”，区域内不良地质主要为滑坡、崩塌、泥石流、岩堆、危岩落石等，除此之外部分段落河流侵蚀-路基塌方、崩坡积体、不稳定斜坡等。

通过前期方案比选，方案1、3、4、6和7这5个方案作为最终比选方案（参见图16）。

拉月隧道3#横洞施工道路方案比选见表3。根据表3方案比较及区域不良地质分布图16，结合地质钻探、地质条件综合比选后，发现方案1和方案3工程地质条件较好，可作为地质推荐方案。

4 结语

结合对3条重点施工道路工程地质选线比选，选线时应注意以下事项。

（1）在充分利用既有地质资料情况下，结合地质调绘、钻探，探明勘察区域内地层、构造的空间分布，并明确其对工程的影响;

（2）加强重点区域地质调绘的深度，尤其是不良地质的调绘，掌握其范围、规模、性质，结合钻探，明确其对工程的影响;

（3）针对影响线路方案的重要不良地质，应加大地质调绘力度，并结合三维倾斜摄影，必要时建立地质体模型等综合勘察方法，全方位评价其稳定性、危害程度及对线路的影响;

（4）针对重点比选道路，掌握每个方案内的不良地质类型、个数、规模，总结其分布、发育规律，并应进行综合比选;

（5）结合最终地质勘察成果及其他勘察手段揭示的工程地质条件，为设计专业提供最优地质方案。

除此之外，在野外地质勘察过程中，在注意自身安全的前提下，如出现异常情况，将相关问题归类汇总，并积极与各设计专业沟通，提醒可能涉及的项目方案设计优化比选，做好施工道路工程，为川藏铁路的顺利通车保驾护航。

【参考文献】

[1] 许佑顶，姚令侃.川藏铁路沿线特殊环境地质问题的认识与思考[J].铁道工程学报，2017，34（1）：1-5.