敘大鐵路規(guī)避不良地質(zhì)選線設(shè)計(jì)

周永德

（中鐵二院重慶公司 重慶 400023）

敘大鐵路規(guī)避不良地質(zhì)選線設(shè)計(jì)

周永德

（中鐵二院重慶公司 重慶 400023）

敘大鐵路位于四川省瀘州市境內(nèi)，是一條以煤炭運(yùn)輸為主；兼顧沿線客貨運(yùn)輸?shù)牡貐^(qū)性支線鐵路。針對(duì)本線主要服務(wù)于古敘礦區(qū)的特點(diǎn)，在鐵路選線設(shè)計(jì)中，以地質(zhì)選線為前提，力求靠近大采礦區(qū)，規(guī)避煤礦采空區(qū)、巖溶漏斗、暗河等不良地質(zhì)，科學(xué)經(jīng)濟(jì)安全的確定線路走向，合理選擇坡度折減系數(shù)及最小曲線半徑，降低工程風(fēng)險(xiǎn)，節(jié)約工程投資。

敘大鐵路；規(guī)避；不良地質(zhì)；坡度折減系數(shù)；選線設(shè)計(jì)

前言

影響鐵路選線的因素很多，如線路的政治、經(jīng)濟(jì)、國防意義及在路網(wǎng)中的作用，運(yùn)輸需求與所承擔(dān)的客貨運(yùn)及其性質(zhì)，所采用的鐵路的主要技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)及與鄰近鐵路標(biāo)準(zhǔn)的協(xié)調(diào)，經(jīng)行地區(qū)的地形、水文地質(zhì)等自然條件，沿線城鎮(zhèn)、工礦企業(yè)、交通、通訊和水利建設(shè)等相關(guān)部門的分布及規(guī)劃協(xié)調(diào)等，這些因素都直接影響鐵路選線決策。鐵路選線應(yīng)緊緊圍繞滿足運(yùn)輸需求的根本目的，正確處理整體與局部，建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)與投資效益的矛盾，做到符合規(guī)劃、滿足運(yùn)能、低碳環(huán)保、安全經(jīng)濟(jì)合理。

本文就敘大鐵路選線設(shè)計(jì)中，規(guī)避不良地質(zhì)，合理確定坡度折減系數(shù)，科學(xué)經(jīng)濟(jì)安全地確定線路走向進(jìn)行了探討。

1 敘大鐵路概述

敘大鐵路是一條以煤炭運(yùn)輸為主，兼顧沿線客貨運(yùn)輸?shù)牡貐^(qū)性支線鐵路。新建敘大鐵路位于四川省瀘州市東南部。線路起自納敘鐵路的敘永站，途經(jīng)敘永、古藺縣終到古藺縣大村鎮(zhèn)，線路全長85.390km，共設(shè)車站8個(gè)（含接軌站）；橋梁57座16523.96m；隧道33座隧道總長53401m；橋隧長度占線路總長的81.89%。概算總額為437272.87萬元，每正線公里指標(biāo)為5092.27萬元。

本線主要為古敘礦區(qū)煤炭運(yùn)輸服務(wù)的地方性鐵路，途經(jīng)地區(qū)屬四川盆地南緣山地與云貴高原的過度帶，為中低山地貌，山巒重疊，地形起伏大。本線不良地質(zhì)與特殊地質(zhì)發(fā)育，主要不良地質(zhì)為順層、巖溶暗河、地面沉陷與山體崩塌、巖堆、煤層與采空區(qū)。因此鐵路選線時(shí)，在滿足運(yùn)輸、服務(wù)礦區(qū)的情況下，規(guī)避不良地質(zhì)，合理選擇最大坡度尤為重要。下面就本線的坡度選擇及兩段重大不良地質(zhì)選線作論述比選。

2 敘大鐵路坡度選擇

本項(xiàng)目上行為重車方向（終點(diǎn)至起點(diǎn)敘永方向），采用與既有納敘線一致的限制坡度10‰，牽引質(zhì)量2400t方案。由于上、下行運(yùn)量相差甚大（下行運(yùn)量約為上行運(yùn)量的5%），區(qū)域地形的總體趨勢(shì)為敘永低 （約406m）而終點(diǎn)大村站高 （約870m），與煤炭流向恰巧吻合，因此研究采用分方向限制坡度方案。

敘永至烏龍段（下行方向）為全段緊坡地段，航空距離為20km，高差達(dá)394m，航空距離坡度為19.70‰。該段內(nèi)設(shè)有兩個(gè)車站，小曲線、隧道較多，根據(jù)《鐵路線路設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB 50090-2006）規(guī)定，坡度折減系數(shù)較大，為爭取高程，不折減坡度方案較坡度折減方案需展長線路3.50km，為避免展線帶來的工程增加，根據(jù)《列車牽引技術(shù)規(guī)程》（TB/T 1407-1998）計(jì)算最大限制坡度專題研究后認(rèn)為：經(jīng)檢算內(nèi)燃DF4B單機(jī)牽引2400t，在20‰（不折減）的長大下坡道上，采用空氣制動(dòng)和電阻制動(dòng)配合使用，實(shí)行周期制動(dòng)，能夠保證貨物列車在20‰的長大下坡道上安全運(yùn)行。因此坡度不折減方案可縮短線路3.50km，節(jié)約工程投資1.503億元。

經(jīng)檢算，內(nèi)燃DF4B單機(jī)牽引2400t，下行方向采用最大坡度20‰的牽引質(zhì)量為900t，可以滿足回空車的牽引質(zhì)量要求。

綜上所述，本線推薦限制坡度上行（重車）10‰、下行（輕車方向不折減）20‰坡度方案。

3 敘大鐵路重大不良地質(zhì)選線比較

3.1 涼水井煤礦段線路方案

3.1.1 方案說明

（1）根據(jù)四川省煤田地質(zhì)局一三五隊(duì)提交的《涼水井煤礦及涼水井粘硫煤廠采空區(qū)對(duì)敘大線鐵路工程影響評(píng)估報(bào)告》的結(jié)論，定測線路在該段走行于涼水井煤礦采空區(qū)塌陷盆地范圍內(nèi)，為了規(guī)避工程風(fēng)險(xiǎn)，提出繞避涼水井采空區(qū)方案。方案示意圖見圖1。

圖1 涼水井煤礦段方案示意圖

（2）涼水井煤礦段定測線路概況：原定測線位于預(yù)測涼水井煤礦采空區(qū)移動(dòng)盆地危險(xiǎn)變形區(qū)內(nèi)，采空區(qū)上覆巖土層厚30～110m，平均厚70m。該段工程為涼水井雙線道岔特大橋，采空區(qū)引起的地表移動(dòng)及變形對(duì)橋梁基礎(chǔ)產(chǎn)生較大的破壞作用，對(duì)橋梁的安全構(gòu)成威脅。

（3）繞避涼水井煤礦采空區(qū)改線后的線路概況：改線后線位從目前在涼水井煤礦、涼水井粘硫煤廠兩個(gè)移動(dòng)盆地危險(xiǎn)區(qū)之間尚存的安全通道通過，該線位繞避了煤礦采空區(qū)移動(dòng)盆地，工程安全可靠。

3.1.2 推薦意見

推薦繞避涼水井采空區(qū)方案。

3.2 古藺至龍山段線路方案比選

（1）可研推薦方案簡介及比選方案的提出

古藺至龍山段線路方案，可研推薦方案走行于鍋廠壩的南側(cè)即鍋廠壩南線方案（D5K），線路長度為23.938km，橋隧總長23.300 km，占路線長的97.34%，主要工程投資為90931.43萬元。控制工程為鍋廠壩隧道，長7.792km。

在定測過程中，經(jīng)過深入的地質(zhì)調(diào)查和測繪發(fā)現(xiàn)，可行性研究鍋廠壩南線方案存在以下問題：

一是新橋會(huì)讓站設(shè)在一個(gè)規(guī)模很大的巖堆上 （深度達(dá)28m），且以路基通過，工程處理的難度及代價(jià)大。

二是鍋廠壩整個(gè)隧道均處于石灰?guī)r地區(qū)，巖溶、暗河、漏斗等不良地質(zhì)發(fā)育，經(jīng)區(qū)測揭示的暗河至少有4條，暗河高程均不低于隧道設(shè)計(jì)高程。施工安全、工期、投資都難以控制，工程風(fēng)險(xiǎn)極大。

為了減少工程風(fēng)險(xiǎn)，結(jié)合區(qū)域地形、地質(zhì)情況，經(jīng)大面積的方案研究，提出了將線路北移的中線和北線方案，線路走向見方案示意圖2。

圖2 古藺至龍山段方案比較示意圖

3.2.1 中線和北線方案簡介

（1）中線方案（D6K）

線路稍微北移，穿規(guī)劃的龍山礦田，比較范圍內(nèi)線路長度21.725km，橋隧總長18.894 km，占路線長的86.97%。最長隧道為中壩隧道，長7.966km，最高橋?yàn)槿蹫程卮髽?（橋長278.60m，橋面離溝心140m，主墩高97m）。主要工程投資78813.06萬元。

（2）北線方案（DK）

線路繼續(xù)北移，減短隧道長度，避開主要的暗河、溶洞及壓覆龍山礦田的長度，在五里坡設(shè)會(huì)讓站，以4.097km的中壩隧道部分穿越龍山礦井，比較范圍內(nèi)線路長度22.939 km。橋隧總長20.741 km，占路線長的90.42%。最長隧道為中壩隧道4.097km，最高橋?yàn)槿蹫程卮髽?（橋長882m，橋面離溝心142m，墩高93m）。主要工程投資75906.88萬元。

3.2.2 方案優(yōu)缺點(diǎn)分析

（1）從工程地質(zhì)條件和工程風(fēng)險(xiǎn)上分析

鍋廠壩隧道南線方案（D5K）穿越地層主要為二疊系茅口組（P1m）灰?guī)r，該地層巖溶發(fā)育極強(qiáng)，地面溶蝕洼地、漏斗、落水洞、巖溶豎井等巖溶現(xiàn)象密布，地面落水洞、豎井與地下暗河相連通。隧道高程為760～770m，位于主暗河走廊內(nèi)，暗河補(bǔ)給匯水面積約40km2，暗河水量大，且推測的一段主暗河發(fā)育高程與隧道高程一致，南北方向支暗河至少4條，又位于隧道頂部。隧道穿越灰?guī)r長度5300m，因此隧道施工中將可能產(chǎn)生突水、突泥的情況，工程風(fēng)險(xiǎn)極大，應(yīng)避讓風(fēng)險(xiǎn)極大的巖溶發(fā)育區(qū)。

中線方案(D6K)中壩隧道長7.966km，隧道穿越地層有三疊系須家河組砂巖、雷口坡組泥灰?guī)r、嘉陵江組灰?guī)r、飛仙關(guān)組泥質(zhì)砂巖、頁巖、二疊系長興龍?zhí)督M灰?guī)r、炭質(zhì)頁巖夾煤層。隧道穿越嘉陵江組灰?guī)r長度為1600m，壓覆龍山礦井礦產(chǎn)資源長度為3360m，可溶巖段隧道線路兩側(cè)巖溶漏斗、落水洞較密集，隧道將大角度穿越3條推測暗河均位于隧道以上，補(bǔ)給暗河的匯水面積約16.0km2，施工中也會(huì)遇到突水、突泥、坍塌及高壓水等情況，隧道穿越二疊系龍?zhí)督M含煤地層，穿越含煤地層段為高瓦斯隧道，該隧道總體工程地質(zhì)條件較差。

北線方案（DK）中壩隧道長4.097km，隧道穿越雷口坡組泥灰?guī)r、嘉陵江組灰?guī)r、飛仙關(guān)組泥質(zhì)砂巖、頁巖、二疊系長興龍?zhí)督M灰?guī)r、炭質(zhì)頁巖夾煤層。隧道穿越嘉陵江組灰?guī)r長度為1300m，壓覆龍山礦井礦產(chǎn)資源長度為2800m，該方案穿行于分水嶺區(qū)，線路兩側(cè)地面巖溶現(xiàn)象較少，隧道大角度穿越山樂窩巖溶暗河，推測暗河位于隧頂以上175m，該暗河補(bǔ)給匯水面積約6.0km2，隧道位于暗河發(fā)育源頭區(qū)，下滲暗河的表水較少，施工中也可能會(huì)遇到突水、突泥、坍塌及高壓水等情況，但預(yù)計(jì)情況要比中線方案的好，涌水量相對(duì)最小。北線方案中壩隧道也穿越二疊系龍?zhí)督M含煤地層，穿越含煤地層段為瓦斯隧道。北線方案中壩隧道巖溶暗河沒有中線方案中壩隧道發(fā)育，同時(shí)壓覆礦產(chǎn)也比中線方案少，北線方案中壩隧道的工程地質(zhì)條件好于中線方案。

綜上所述，從工程地質(zhì)條件看，北線方案好于中線方案，中線方案好于南線方案。

（2）從線路長度分析：從線路長度分析，得出了中線最短的結(jié)論，該方案比南線和北線方案分別短2.213km、1.214km。

（3）從橋、隧工程分析：南線方案橋隧總長分別比中線、北線方案長4.406 km、2.559km。但是北線、中線方案在跨頭道河時(shí)，三槽灣特大橋橋高達(dá)146m，墩高93m。

（4）從對(duì)煤礦的影響程度分析：南線對(duì)煤礦影響最小。

（5）從工程費(fèi)用分析：北線最省。

鍋廠壩北線方案分別比中線、南線方案少2906.18萬元、15024.55萬元（如果都不算巖溶整治費(fèi)用則為7024.55萬元）。

3.2.3 龍山礦田北側(cè)補(bǔ)充方案

除鍋廠壩南、中、北三個(gè)方案外，為減少壓覆礦田，又補(bǔ)充完善了龍山礦田北側(cè)方案（D30K），線路以隧道形式沿規(guī)劃的龍山礦田的北側(cè)邊緣行進(jìn)，經(jīng)興隆田隧道（4933m）出口后，以月亮洞大橋 （2×32+200m鋼筋混凝土拱+1×24m梁，橋長306.52m）跨越202m深溝，穿瓦窯壩隧道（2633m）后，在龍山站進(jìn)站端接上初步設(shè)計(jì)方案。

方案優(yōu)點(diǎn)：線路走行于規(guī)劃龍山礦田北側(cè)，減少壓礦長度約3km。線路長度較推薦方案短1.445km。

方案缺點(diǎn)：該方案橋隧相連，在瓦窯坪處為煤系地層反向隧道，對(duì)施工、營運(yùn)通風(fēng)均不利，有安全隱患。且月亮洞大橋橋高202m，主跨度為200m鋼筋混凝土拱特殊橋梁，地形陡峭，施工場地困難、施工難度大。

通過比選后，放棄該方案。

3.2.4 推薦意見

綜上分析，方案的優(yōu)缺點(diǎn)匯總?cè)绫?。

表1 方案比較匯總表

由表1可以看出，鍋廠壩南線方案溶洞，暗河多，地質(zhì)差，工程風(fēng)險(xiǎn)大。北線方案工程地質(zhì)較好，工程風(fēng)險(xiǎn)明顯減小，投資也較省，但需對(duì)規(guī)劃的龍山礦井壓覆，線路方案已經(jīng)取得相關(guān)部門的同意和認(rèn)可，故推薦北線DK方案。

4 結(jié)論

（1）在鐵路工程設(shè)計(jì)與建設(shè)中，線路選線是一件關(guān)系到全局的總體性工作，綜合性強(qiáng)，牽涉面廣，涉及到多學(xué)科的綜合應(yīng)用，是一項(xiàng)復(fù)雜的系統(tǒng)工程。礦區(qū)鐵路因煤礦采空區(qū)的隱蔽性，在鐵路選線中，必須堅(jiān)持地質(zhì)選線，充分重視采空區(qū)對(duì)鐵路安全的影響。

（2）機(jī)車發(fā)展水平快，機(jī)車牽引力較以前有了較大的提高，在緊坡地段若機(jī)械套用《線路設(shè)計(jì)規(guī)范》進(jìn)行折減，勢(shì)必會(huì)損失坡度，造成額外展線，增加工程投資，故應(yīng)結(jié)合機(jī)車發(fā)展現(xiàn)狀及運(yùn)量情況，在滿足運(yùn)量的要求下，合理確定坡度折減系數(shù)。

[1]詹振炎.鐵路選線設(shè)計(jì)的現(xiàn)代理論和方法[M].北京:中國鐵道出版社，2001.

[2]中鐵二院.新建地方鐵路敘永至大村線初步設(shè)計(jì)文件[Z].2010,8.

[3]鐵道部第一勘察設(shè)計(jì)院.鐵路工程設(shè)計(jì)技術(shù)手冊(cè)[M].北京:中國鐵道出版社,1980.

[4]復(fù)雜艱險(xiǎn)山區(qū)鐵路選線與總體設(shè)計(jì)[M].中國鐵道出版社，2010.

Route Selection of Xuyong-Gulin Railway Avoiding PoorGeologic Zones

The Xuyong-Gulin railway is located in Luzhou,Sichuan province.It is a regional feed-in railway for coal transportation and for passenger and freightdelivery aswell.Themain purposeof this railway line is to serve theGuxu CoalM ine Areas.The prioritiesaregiven to thegeologicalsituations to enable that the railway line is close to themain coalm ine areas,that the unfavorable factorssuch aspoor geologic zones,coalgab area,karst funneland subsurface stream areavoided in the route planning,so that the projectand investment risksare reduced by way of scientific,econom ic and safemeasures tomake sure thatappropriateslope reduction factorsandminimum radiusof curvesareachieved.

Xuyong-Gulin Railway;circumvention;poorgeologic zones;slope reduction factors;route selection

10.3969/j.issn.1671-9107.2011.05.023

U212.32

A

1671-9107（2011）05-0023-04

2011-03-15

周永德（1966-），男，工程師，主要從事鐵路、公路的選線工作。

余詠梅

小竅門