汪锋华 高崇华

(中铁二院工程集团有限责任公司， 成都 610031)

成贵铁路绕避地下水水平循环带线路方案研究

汪锋华 高崇华

(中铁二院工程集团有限责任公司， 成都 610031)

岩溶地质灾害是西南山区铁路选线的重要控制因素之一。该地区岩溶形态多样，既有溶隙、岩溶洼地、落水洞、漏斗等垂向岩溶形态，也有溶洞、暗河等水平岩溶形态。由于受构造作用影响，岩体破碎，加之测区雨量充沛，受泥质岩类的相对隔水层的夹持，从而有利于地下水的补给和对可溶岩成分的溶蚀、溶解作用，造成了该区岩溶强烈发育。本文以成贵铁路从四川盆地至云贵高原的低、中山区斜坡过渡段隧道工程为例,通过对线路绕避地下水水平循环带方案研究，综合平面选线、最大纵坡选择、岩溶危害与工程风险、工程投资、隧道施工工艺等方面进行分析、比选,确定合理的线路方案。

成贵铁路； 山区； 岩溶区； 水平循环带； 选线思路

1 概述

1.1 项目概述

成贵铁路西端通过成绵乐城际铁路引入成都枢纽与西成、成渝客运专线相通，中部在宜宾与规划的绵遂内宜城际和渝昆等快速铁路相接，东端在贵阳枢纽与贵广铁路及长昆客运专线相连。

1.2 地形地貌及主要地质特征

成贵铁路位于四川、云南、贵州三省，呈西北至东南走向，区域由海拔高程260～800 m的四川盆地过渡到海拔高程800～2 400 m的云贵高原，总体为西北低东南渐高的趋势；经过丘陵，低、中山，云贵高原3个地貌单元沿线第四系广布。岩性以砂岩、泥岩、灰岩、白云岩、煤系地层为主。地质条件极为复杂，为云贵川三省资源相对集中的地区，具有“矿藏多、采空区多、天然气多(凝析气、煤层气)，地质构造发育、岩溶发育、重力不良地质发育、岩盐发育”的“三多、四发育”特点。

2 绕避地下水水平循环带选线研究

2.1 沿线可溶岩分布情况

沿线可溶岩主要分布于兴文至贵阳段，长为198.81 km，占全线的38.6%，其中强烈发育长度为130.145 km，约占线路长度的25.27%，其他地区岩溶为中等发育至弱发育。岩溶形态多样，既有溶隙、岩溶洼地、落水洞、漏斗等垂向岩溶形态，也有溶洞、暗河等水平岩溶形态。由于受构造作用影响，岩体破碎，加之测区雨量充沛，受泥质岩类相对隔水层的夹持，从而有利于地下水的补给和对可溶岩成分的溶蚀、溶解作用，造成了该区岩溶强烈发育。

2.2 位于水平循环带隧道简况

成贵铁路共有75座隧道通过可溶岩，可溶岩段落累计长99.562 km，其中岩溶强烈发育隧道59座，岩溶强烈发育段落累计长67.967 km；有21座隧道局部地段位于水平循环带，位于水平循环带的可溶岩累计长36.841 km，占隧道总长的16.4%；季节变动带内隧道共2座，累计长1.537 km。水平循环带隧道集中在兴文至威信、威信至镇雄、大方至西溪河、鸭池河至卫城4段范围。本次重点研究兴文至威信段绕避水平循环带选线方案。

2.3 线路方案研究

2.3.1 岩溶地段选线原则

(1)尽可能绕避岩溶地带；

(2)无法绕避时，尽量靠近排泄面，缩短线路长度，以最短线路穿越岩溶地带；

(3)尽可能抬高线路高程，使隧道位于水平循环带以上，减小静水压力对隧道施工及衬砌的影响；

(4)穿越岩溶及水平循环带时，长大隧道尽可能采用人字坡。

2.3.2 线路方案研究

该段为四川盆地进入云贵高原的斜坡过渡地带，线路高程差约1 130 m。区域内地层岩性以砂岩、泥岩、页岩、灰岩及白云岩互层为主；主要不良地质为滑坡、采空区、岩溶、暗河、危岩落石、有害气体等。该段暗河系统高程较高，地下水位较高。本段范围共有7座隧道，局部地段共计14.636 km处于地下水水平循环带，其中应山岩隧道和玉京山隧道处于地下水水平循环带的长度较长，工程风险相对较大。为减小线路穿越地下水水平循环带的长度，抬高线路标高，减小隧道衬砌水压力，本次从平面及坡度上进行了研究。

(1)平面方案研究

本段线路穿越的地层岩性以砂岩、泥岩、页岩、灰岩及白云岩互层为主，要大范围减小穿越地下水水平带隧道的长度，首先考虑从线路平面上绕避灰岩地带，将线路走行于砂泥岩地层中，由此，研究了南广河中游方案、古佛山长隧、矿区东侧方案和古佛山长隧、矿区西侧方案。

由表1可知， 南广河中游方案绕避了危岩落石、滑坡等不良地质，线路长度短，最长隧道仅7.514 km，投资省；虽穿越的可溶岩范围稍长，但都以大角度穿过岩层，符合以最短线路穿过可溶岩地层的选线原则，优势明显，故采用南广河中游方案。

表1 古佛山长隧矿区东、西侧方案地质情况对比表

(2)纵断面方案研究

本段施工难度最大、风险最高的工点是应山岩隧道、玉京山隧道。本次研究在保证南广河特大桥、花家坝特大桥可实施的情况下尽量抬升线路高程，分别对新坝至南广河、南广河至威信进行抬坡以及大坡度方案研究。

①新坝至南广河抬坡方案研究

该段位于水平循环带的隧道为老房子隧道出口段，应山岩隧道、任家山隧道中部，天蓬隧道进口段。控制点为应山岩进口、天蓬隧道进口处浅埋及应山岩隧道水平循环带长度为4.9 km。隧道浅埋段沟槽内不良地质较多，岩体破碎，分布有多个滑坡体，并有泥石流灾害，覆盖层较厚，宜尽量深埋；同时考虑应山岩隧道的施工难度，隧道长度，宜按“人”字坡设置,如图1所示。

图1 新坝至南广河抬坡方案示意图

抬坡方案虽缩短桥隧总长及可溶岩水平循环带长度，但增加50 m以上高桥1座且应山岩隧道、天蓬隧道进口段浅埋处最小埋深仅18 m，施工及运营风险高，故抬坡方案经过研究后予以放弃。

②南广河至威信段30‰坡度方案

本段位于水平循环带的隧道主要是埂上隧道进口段和玉京山隧道局部地段，而玉京山隧道D1K 283+200～D1K 283+900左侧527～728 m处为扎西水库范围，其坝顶标高为1 228 m。要缩短水平循环带长度，抬升标高，需采用30‰坡度。线路受花家坝煤矿采空区、南广河桥位控制，设于箕火村的花家坝特大桥为曲线高墩大跨桥，根据规范要求，曲线桥上不能设置伸缩调节器，其墩高不能超过110 m。在保证花家坝特大桥不设置伸缩调节器的前提下，采用30‰坡度，缩短玉京山隧道长度，抬高线路标高，减小水压力，减小工程风险,如图2所示。

由表2～4可知，采用30‰坡度方案可缩短隧道长度和下穿可溶岩地段长度，平均减小扎西水库范围的隧道水压力0.45 MPa，可减短抗水压衬砌长度，优化施工组织，缩短瓦斯通风长度，减少投资及工程风险。

图2 25‰和30‰坡度方案示意图

项目单位25‰坡度方案30‰坡度方案线路长度km15.3715.37桥涵花家坝特大桥(桥长/墩高/主跨)m/m/式样651/80/(44+4-80+44)连续梁703/96/(44+4-80+44)连续梁桥梁合计座/m3/9124/1339隧道合计座/m3/143534/13925桥隧总长km15.26515.214桥隧占线路比%99.3298.99投资估算(静态)万元170653170286

表3 重点隧道工程情况变化一览表

表4 玉京山隧道工程措施及施工风险比较表

综上所述，新坝至威信段采用30‰坡度方案，桥隧总长减短并缩短了可溶岩的长度及通过威信扎西水库范围的隧道水压力，有效缓解岩溶水、扎西水库等不利因素，且列车通过威信站的运行速度与区间运行时间基本一致，故本段最大坡度采用30‰坡度方案。

3 结束语

通过对成贵铁路岩溶隧道选线方案研究及施工过程中反馈信息的分析总结，山区岩溶地区选线基本指导原则归纳总结如下:

(1)需对区域地质构造、岩溶地下水环境、地下暗河体系进行系统地分析研究，确定区域地质构造情况，找出地下水的活动规律以及地下暗河与地表水环境的相互关系。

(2)越岭地段线路标高应尽量抬高，以便线路于山顶溶蚀槽谷地带出露，缩短隧道长度，使线路置于相对安全的岩溶水季节变动带之上。

(3)线路应避免在可溶岩与非可溶岩接触带延伸，必要时应以大角度通过。

(4)穿越岩溶及水平循环带的长大隧道尽可能采用人字坡。

(5)原则上隧道施工均采用顺坡施工，同时根据施工期间排水需要、工期要求以及超前地质预测等综合考虑设置顺坡平导或横洞等辅助坑道。

(6)隧道通过岩溶及水平循环带地段，如无地表水环境要求，均采取“以排为主”的原则施工；如有地表水环境要求，则采用“以堵为主，限量排放”的原则施工，施工过程中，对有地表水环境要求对应隧道洞身段落采用超前帷幕注浆、超前周边注浆或开挖后径向注浆等超前注浆措施进行堵水，隧道二次衬砌采用可承受一定水压的加强衬砌。

[1] TB 10027-2012 铁路工程不良地质勘察规范[S]． TB 10027-2012 Code for Unfavorable Geological Condition Investigation of Railway Engineering[S]．

[2] 朱颖.工程风险设计理念与措施研究[J]．北京:中国勘察设计，2009,25(7):32-35． ZHU Ying．Study on Design Concept and Measure for Avoiding Engineering Risk[J]．Beijing: China Investigation & Design．2009,25(7):32-35．

[3] 朱颖．复杂艰险山区铁路选线与总体设计论文集[M]．北京: 中国铁道出版社，2010． ZHU Yin．Proceedings of Railway Route Selection and Overall Design in Complicated and Dangerous Mountain Area [M]．Beijing: China Railway Publishing House，2010．[4] 牛建青，高崇华.成贵客运专线选线设计中的风险防范分析[J]．高速铁路技术，2012,3(2):30-33． NIU Jianqing， GAO Chonghua. Risk Prevention on Railway Selection of Chengdu-Guiyang Passenger Dedicated Line[J]．High Speed Railway Technology，2012,3(2):30-33．

[5] 毕强，何小勇，刘继宝．渝利铁路岩溶区选线[J]．高速铁路技术，2012,3(3):57-60． BI Qiang，HE Xiaoyong，LIU Jibao． Chongqing Railway Location inthe Karst Area [J]． High Speed Railway Technology，2012,3(3):57-60．

[6] 李金城. 黔张常铁路武陵山越岭隧道群工程地质选线[J].铁道工程学报,2014,31(12):1-6. LI Jincheng. Qian Zhang often Wulingshan Mountain Railway Tunnel Group Engineering Geological selection line [J]. Journal of Railway Engineering，2014,31(12):1-6.

[7] 中铁二院工程集团有限责任公司．新建铁路成都至贵阳线乐山至贵阳段可行性研究总说明书[R]．成都: 中铁二院工程集团有限责任公司，2009． China Railway Eryuan Engineering Group Co． ，Ltd． General Specification for Feasibility Study of Leshan-Guiyang Section of Proposed Chengdu-Guiyang Railway Line [R]． Chengdu: China Railway Eryuan Engineering Group Co． Ltd．，2009．

[8] 中铁二院工程集团有限责任公司．新建铁路成都至贵阳线乐山至贵阳段初步设计总说明书[R]． 成都: 中铁二院工程集团有限责任公司， 2010． China Railway Eryuan Engineering Group Co．，Ltd． General Specification for Preliminary Design of Leshan-Guiyang Section of Proposed Chengdu-Guiyang Railway Line [R]． Chengdu: China Railway Eryuan Engineering Group Co． Ltd．，2010．

Research on route scheme of Chengdu-Guiyang Railway Passing round Groundwater Level Cycling Zone

WANG Fenghua GAO Chonghua

(China Railway Eryuan Engineering Group Co．，Ltd.，Chengdu 610031，China)

Karst geological hazard is one of the key controlling factors of railway line selection in southwestern mountainous area, where there are kinds of karst features, not only vertical karst shapes, such as solution cracks, karst depressions, sinkholes, dolines, but also horizontal karst features, for example, karst caves and underground rivers. Due to the effect of tectogenesis, the rock is very fragmented, in addition, plenty of rainfall and clamped by the relative impermeable layer of pelite, it is beneficial to groundwater recharge and the dissolution of soluble rock, which cause strong development of karst stratum in this area.This paper takes tunnel projects in the slope transition section from Sichuan basin to Yunnan-Guizhou Plateau of Chengdu-Guiyang railway for example, study how to avoid the groundwater horizontal cycling zone, accompany withbased on the analysis, comparison and selection of railway location, selection of maximum longitudinal slope, karst hazard, engineering risk and investment and tunnel construction technology etc, finally the best railway route scheme to avoid the groundwater horizontal cycling zone is determined.

Chengdu-Guiyang Railway; mountainous area; karst area; level cycling zone; idea of route selection

2015-06-08

汪锋华(1983-)，男，工程师。

1674—8247(2016)01—0056—04

U231.1

A