成貴鐵路興文至威信斜坡過渡段方案研究

劉 琦

(中國中鐵二院工程集團有限責任公司,四川 成都 610031)

1 工程概述

成貴鐵路穿越西南地區云、貴、川三省,西起四川省成都市,途經樂山、宜賓、長寧、興文、威信、鎮雄、畢節、黔西,東至貴州省貴陽市。是西南乃至西北地區通達華南的客運主通道,對構建我國西部地區快速客運骨干網,完善四川對外鐵路運輸通道有著重要的作用。

成貴鐵路為速度目標值 200 km/h及以上的高速鐵路,最小曲線半徑 7000m,最大坡度 20‰,困難地段 25‰。

興文至威信段為海拔 395m的四川盆地抬升至海拔 2400m的云貴高原的過渡地帶,山勢陡竣、深切河谷眾多,地質條件極其復雜,對高速鐵路的施工及運營影響較大。筆者參與了該項目的方案研究,結合線路走向、南廣河橋位選擇、隧道條件、煤礦采空區、滑坡等重大不良地質,深入研究了該段線路方案;并從工程地質條件、工程難度、運營風險、工程投資等進行綜合比選,確定最優方案。

2 興文至威信高原斜坡過渡段方案研究

興文至威信段,是全線從四川盆地至云貴高原的主要越嶺地段,在攀升的同時受南廣河強烈下切;其間穿越了可溶巖地層和煤系地層,主要不良地質為礦區采空區、巖溶及滑坡。結合地形、地質條件、煤礦采空區、南廣河橋位、上河壩隧道及玉京山隧道的工程風險,在該地區進行了大面積的選線,主要研究了以下 6個方案(見圖 1)。

圖1 興文至威信段線路方案示意圖

2.1 方案簡述

方案Ⅰ:線路自興文比較起點后,經新壩,繞避響水灘煤礦后,折向東南沿墨黑礦區東側迂回,穿 13.04 km的玉京山隧道至比較終點。

方案Ⅱ:線路繞避響水灘煤礦后,以 9.73 km隧道穿過古佛山,后折向東南,又以 7.95 km上河壩隧道行至南廣河上游,經花家壩,以 7.44 km玉京山隧道繞避花家壩煤礦、柳尾壩煤礦采空區,穿威信城區邊緣至比較終點。

方案Ⅲ:線路同方案Ⅰ繞避響水灘煤礦后,折向西南,經新壩,以 13.12 km上河壩隧道上行至南廣河上游橋位,接上方案Ⅱ。

方案Ⅳ:線路同方案Ⅲ行至新壩后,以 5.93 km上河壩隧道和 8.505 km天篷隧道繞避天篷巨型滑坡,經花樹坡接上方案Ⅱ。

方案Ⅴ:線路同方案Ⅲ行至新壩后,經新街,以 6.59 km天篷隧道行至南廣河中游,經花家壩接上方案Ⅱ。

方案Ⅵ:線路同方案Ⅲ行至新壩后,穿 6.41 km上河壩隧道和 7.50 km天篷隧道,經新街、舊城、沙羅坪至南廣河下游,后經水井壩二次跨南廣河支流,經花家壩以 11.75 km玉京山隧道至比較終點。

2.2 工程及投資比較

各方案的主要工程數量及投資比較見表 1。

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2.3 綜合分析

2.3.1 從工程地質條件及工程風險分析

方案Ⅰ有 2座大于 10 km的單面坡隧道,且在進威信站前有長 13.042 km的玉京山隧道,有 2 km范圍線路順著二疊系梁山組煤系地層行進,軟硬巖相間,順層發育,地質構造復雜,工程風險極大。

方案Ⅱ有 5 km沿河谷行進,隧道埋深較小,沿河滑坡極為發育,規模巨大,且還要穿越廢棄的煤礦、鐵礦采空區,工程措施難以處理。

方案Ⅲ經過巖溶長度最少,上河壩隧道洞身淺埋穿越舊城河古河床,舊城河兩岸滑坡眾多,工程處理困難。

方案Ⅳ的上河壩隧道進出口有小規模的滑坡分布,工程能處理通過,工程地質條件相對較好。

方案Ⅴ該方案南廣河大橋貴陽端位于一巨型順層滑坡上,滑坡影響橋、隧、路基的穩定。

方案Ⅵ雖然繞過了上河壩隧道進口滑坡及天篷滑坡群,但是又穿進了南廣河下游滑坡群,南廣河下游滑坡群分布寬,規模大,工程難以整治。

綜上所述,方案Ⅰ、方案Ⅱ要以長隧穿越煤系地層或采空區,工程措施無法處理,地質條件最差;方案Ⅴ、方案Ⅵ沒有繞避滑坡,南廣河橋位均位于滑坡范圍,工程風險極大;方案Ⅲ上河壩隧道為 13.12 km的長隧,洞身淺埋穿越舊城河古河床,工程處理困難;方案Ⅳ的地質條件最好。

2.3.2 從南廣河橋位分析

方案Ⅰ線路從南廣河的源頭支流通過,切割不深,以 64 m的連續梁通過,方案Ⅱ、方案Ⅲ、方案Ⅳ的橋位相同,均位于南廣河上游,兩岸陡峭,呈“V”形分布,地質條件較好,采用 128m連續梁通過;方案Ⅴ的橋位位于南廣河中游,兩岸地形較緩,其大里程端有順層滑坡,采用 168m連續梁通過;方案Ⅵ的橋位位于南廣河的下游,橋范圍有滑坡分布,主跨采用 128m連續梁,其大里程端線路穿越了南廣河的支流,增加主跨為128m的高墩大跨橋。綜合以上分析,方案Ⅰ不受南廣河橋位控制,方案Ⅴ、方案Ⅵ橋位處于滑坡范圍,地質條件最差,工程量最大。方案Ⅱ、方案Ⅲ、方案Ⅳ的橋位地質條件相對較好,橋的工程量最小。

2.3.3 從隧道工程分析

方案Ⅰ有 2座大于 10 km的單面坡隧道,且玉京山隧道長 13.042 km,有2 km范圍順著二疊系梁山組煤系地層行進,且無輔助坑道條件,工程風險和運營風險最大,施工工期無法保證。方案Ⅱ、方案Ⅳ、方案Ⅴ的上河壩隧道和玉京山隧道的長度相差不大,均小于 10 km,有輔助坑道條件,但方案Ⅱ的隧道穿越了采空區,工程風險較大,方案Ⅳ、Ⅴ相對較好。方案Ⅲ上河壩隧道為 13.12 km的長隧,局部洞身位于古河床內,巖性松軟,地質條件較差,且施工工期相對較長,方案Ⅵ由于從南廣河下游跨越,損失較多高程,玉京山隧道長度為 11.75 km,隧道埋深最大,為高地應力、高瓦斯、巖溶水發育為一體的“爛”隧道。經綜合分析,方案Ⅳ、方案Ⅴ的隧道條件最好,工程最省,工程風險最小。

2.3.4 從線路順直性、工程投資分析

方案Ⅰ、方案Ⅱ線路迂回,線路長度較長,方案Ⅲ、方案Ⅳ、方案Ⅴ、方案Ⅵ線路順直,線路長度較短。方案Ⅰ、方案Ⅱ投資最大,方案Ⅲ、方案Ⅵ的投資次之。方案Ⅳ、方案Ⅴ最省。

2.4 結論

綜合上述分析比較,方案Ⅳ線路繞避了巨型滑坡、煤礦采空區等不良地質,展線合理,南廣河橋位岸坡穩定、跨度較小,隧道工程地質條件較好,工程風險小,施工條件及工期合理,投資省,推薦該方案為最優方案。

3 結束語

高原斜坡過渡帶屬地形、地質條件較為復雜的地帶,高速鐵路速度快、曲線半徑大,對工程安全性要求較高。如何在設計中,克服地形、地質困難,減少施工風險、運營風險的同時結合工程的可實施性及工程投資選擇線路方案,需要不斷探索和總結。

成貴線興文至威信段的線路方案,通過大范圍地質調繪、勘探,最大限度繞避不良地質,同時選擇最佳橋位,減小工程風險、運營風險,進行了多方案研究,最終確定推薦方案,尚需大量的勘探驗證和實施驗證。

在工作中,筆者感悟,在地形、地質條件復雜的高原斜坡過渡帶,扎實、全面的地勘工作是線路方案選擇的重要支撐,只有地質先行,從面到線,自線而點,以點控線,方能減少反復工作,快速穩定線路方案。