武廣鐵路客運專線南嶺越嶺地段工程地質選線思路與實踐

韋隨慶,郭建湖

(中鐵第四勘察設計院集團有限公司,武漢 430063)

1 概述

武廣鐵路客運專線郴州至韶關段地處湘粵交界,穿越長江與珠江分水嶺——南嶺山脈中低山、丘陵區。其中大瑤山屬中山區,山巒巍峨,河谷深切,地形險峻。金坪坦、天子嶺一帶屬低山丘陵區,溶峰、洼地、孤峰等巖溶地貌極為發育。區域性富水構造、大型采空區及巖溶暗河分布廣泛而復雜,控制線路方案的選擇,進行工程地質選線十分必要且意義重大[1]。

2 地質概況

線路穿越南嶺緯向構造及粵北山字形構造,構成復雜的地質背景,褶皺強烈、區域性大斷裂及富水性構造發育,巖溶強烈發育,分布有羅家渡煤礦、楊梅山煤礦等采空區。大瑤山地區巖性以震旦系、寒武系淺變質板巖、石英砂巖等為主,其余地段多為泥盆系、石炭系可溶巖組成。

3 巖溶地段工程地質選線思路及實踐

3.1 巖溶發育特征

沿線以低山丘陵為主,地面高程100～500 m,相對高差一般小于200 m,巖溶負地貌主要以大型巖溶洼地、漏斗為主,匯水面積為0.3～2.6 km2,相伴生的暗河、管道流極為發育,以金坪坦、天子嶺地段最為典型。

大瑤山隧道群進出口段屬中低山區,巖溶地貌尤其是負地貌較為罕見,僅有少量的巖溶漏斗發育。沿構造或與構造平行的溶蝕溝谷發育。

3.2 巖溶地段工程地質選線原則

結合武廣鐵路客運專線的地形地質特點,工程地質選線按以下原則進行。

(1)越嶺地段盡量采用短隧道通過,避免采用長大深埋巖溶隧道通過越嶺地段。

(2)越嶺隧道盡量避開可溶巖地段,無法繞避時應選擇巖溶弱發育或不發育地段通過。

(3)線路通過巖溶地段時,應選擇負地貌之間的峰丘通過,同時在可能的情況下盡量抬高縱坡,選擇垂直滲流帶通過。

(4)線路通過巖溶地段時,應盡量避開暗河、巖溶管道流,無法繞避時應抬高縱坡選擇上跨暗河,并預留一定的完整頂板厚度，以確保避開溶洞發育區[2～4]。

3.3 峰叢洼地地段的選線實例

金坪坦一帶屬丘陵地段,地形條件較好,是線路通過的良好廊道。東側為五蓋山,西側為騎田嶺,線路必須采用長大深埋越嶺隧道通過,前期方案選擇優化時予以放棄。

金坪坦巖溶水區近東西向延伸,線路方案無法繞避。密集展布有244.3洼地、麻窩、松樹窩、桐茅窩、新庵、西沖、打鼓沖、水井頭、沉源水、東山、老何山、深坑等大型巖溶洼地,匯水面積為0.3～2.6 km2,平面上近于相連。

金坪坦處于五蓋山背斜傾伏端,暗河受溪流切割以及D3x2碎屑巖阻水而排出,屬巖溶水排泄區。多條大型暗河在本區受溪谷切割出露,主要有金坪坦暗河、金門口暗河、溪下暗河等。此外,金坪坦大型巖溶洼地與管道流或暗河相伴生,主要有鄧家灣暗河、歐家暗河、沉源水管道流、西沖管道流等。

加深地質階段選擇了兩處比較有利的通過位置：一是沿桐茅窩洼地244.3與洼地之間分水嶺—金門口暗河西側—金坪坦暗河與歐家暗河出口之間布線；二是沿西沖洼地與沉源水洼地分水嶺布線,詳見圖1。

圖1 金坪坦地段巖溶洼地及暗河分布

初測階段結合五蓋山、大瑤山等地段的研究方案初步確定第一處通過位置(小水方案)為貫通方案,定測階段選擇抬高縱坡上跨沉源水洼地。線路方案均以巖溶短隧道通過,并避開了暗河及大型洼地的影響,巖溶水文地質條件有利[3]。

3.4 暗河地段的選線實例

(1)暗河概況

天子嶺暗河進口位于韶關地區割藤坪,進口高程為150～158 m。暗河長度3.1 km,補給面積2.896 km2。出口位于武江十里亭一帶,高程為61.159 m,流量為52.4 L/s。

(2)暗河與線路的空間位置關系

受控于新韶關車站站位,新韶關西聯站址方案、新韶關赤水站址方案、新韶關黃塱壩站址方案均以隧道形式穿過天子嶺,天子嶺暗河在平面上無法繞避。天子嶺暗河與各方案的平面關系如圖2所示。

圖2 天子嶺暗河與線路方案平面關系

圖3 天子嶺暗河與線路方案交叉關系

(3)天子嶺暗河的穿越方案及評價

新韶關西聯站址方案、新韶關赤水站址方案、新韶關黃塱壩站址方案之天子嶺隧道均位于暗河上方或相交,處于水平循環帶,天子嶺暗河豐水期涌水高達5 m3/s,水文地質條件十分復雜,對線路方案存在較大影響。

2004年定測期間,建議線路方案在站位確定的情況下盡量東移靠近十里亭大橋上跨天子嶺暗河通過。根據充電法、EH-4物探工作成果分析,暗河高程約在80 m,詳見圖4。

圖4 天子嶺隧道EH-4剖面成果

原設計隧道縱坡高程80 m,基本處于暗河附近,極易產生大規模的涌水涌泥等地質災害。建議線路高程調整到100 m左右,可基本達到上跨暗河的目的,避開了巖溶水平徑流帶及垂向巖溶水管道流,且隧道長度縮短至1 km左右,降低了工程難度。

在后來進行的天子嶺隧道開挖過程中未揭露暗河,隧底巖溶探測成果亦反映隧底10 m范圍內未發現暗河異常段,表明本次選線上跨暗河是成功的。

4 復雜構造工程地質選線思路及實踐

4.1 復雜構造地段的工程地質選線原則

對鐵路工程地質選線有重大影響的復雜構造主要有大型斷層破碎帶、活動性斷裂、富水構造等,工程地質選線原則上應予以繞避,無法繞避時選擇垂直或大角度以最短距離通過。

4.2 大瑤山復雜構造地段的工程地質選線

大瑤山控制線路方案的復雜大型構造主要有湖洞斷層與班古坳富水向斜組合構造、干溪富水斷層等。其中湖洞斷層與班古坳富水向斜組合構造造成既有大瑤山隧道在修建及運營期間發生了涌水涌泥,最大涌水量51 000 m3/d,引起班古坳地區地表巖溶塌陷、表水干涸等環境病害,是工程地質選線的主要控制性構造。

(1)大瑤山地區線路方案研究情況

以京廣線大瑤山隧道為界,研究線路方案可劃分為大瑤山隧道東方案、大瑤山隧道西方案。詳見圖5。

圖5 大瑤山地區線路方案及主要構造

(2)湖洞斷裂與班古坳向斜組合富水構造

處于大瑤山中山區的山峰夾谷中,東至水尾,西至湖洞,地表溪流發育。向斜為一船形儲水構造,核部為D2q灰巖,其灰巖段在平面上呈串珠狀分布(圖6)。從深鉆孔揭露巖溶發育狀況來看,一般地段巖溶發育于淺部,湖洞斷裂導致巖溶發育深度極大[5]。

圖6 班古坳向斜及湖洞斷裂平面示意

(3)線路方案的選擇與評價

大瑤山隧道西方案選擇班古坳向斜巖溶水富水區的“夾縫”中通過,控制性工程大瑤山隧道長達30 km,進口段梅花鎮一帶屬巖溶強發育區,發育有沙坪向斜、三元墟向斜屬儲水構造,且湖洞斷裂帶南段影響范圍寬度達400 m以上,屬富水、導水斷層,易將頭寨向斜富水構造的巖溶水引入隧道。詳見圖7。

圖7 大瑤山隧道西方案長隧道剖面

大瑤山隧道東方案避開班古坳富水構造,處于湖洞斷裂末端,工程地質及水文地質條件相對較好,僅在進口、出口段分布有可溶巖,可選擇最短距離通過且避開暗河等,屬優選方案。

5 結語

武廣鐵路客運專線郴州至韶關越嶺地區尤其是大瑤山、金坪坦、天子嶺等地質條件復雜地段,在遙感、大面積地質調繪的基礎上進行了較為詳細的工程地質選線工作。新南嶺、寒水、金門口、大瑤山隧道群、天子嶺等隧道施工開挖過程中,揭示圍巖整體性較好,未發生災難性地質災害,涌水涌泥多是小規模的且控制在可處理范圍,表明工程地質選線是較為成功的。

[1] 鐵道第四勘察設計院.郴州至韶關段加深地質工作工程地質勘察總報告[M].武漢：鐵道第四勘察設計院,2004：1-70．

[2] TB10012—2007/J124—2007,鐵路工程地質勘察規范[S]．

[3] TB10027—2001/J125—2001,鐵路工程不良地質勘察規程[S]．

[4] 鐵道部第一勘測設計院.鐵路工程地質手冊[M].北京：中國鐵道出版社,1999：512-518．

[5] 鐵道部第四勘測設計院.大瑤山隧道設計總結[M].武漢：鐵道部第四勘測設計院,1992：16-120．