山西中南部鐵路通道某不良地質(zhì)地段設(shè)站方案研究

歐成章

(中鐵第六勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司,天津 300308)

1 研究背景

滑坡是指一定自然條件下(地層構(gòu)造、巖性、水文地質(zhì)條件等),受地下水活動(dòng)、河流沖刷、人工切坡、地震活動(dòng)等影響,大量土體或巖體沿著一定軟弱面整體向下滑動(dòng)的現(xiàn)象。 黃土遇水土粒膠膜脹大,導(dǎo)致連接力減弱、土體沉陷、承載力減弱,形成地質(zhì)軟層。 為確保臨近滑坡、軟層地段鐵路工程安全,國(guó)內(nèi)眾多學(xué)者對(duì)滑坡、軟層等不良地質(zhì)的工程特性及施工技術(shù)進(jìn)行了研究。 梁邵娟等[2]認(rèn)為:線路應(yīng)盡量繞避不穩(wěn)定的大型滑坡,對(duì)于中小型滑坡,可考慮在其下部以較低填方或在其上部以較淺挖方通過(guò);尹士清[9]通過(guò)綜合分析三維可視化高分辨率遙感數(shù)據(jù),判定規(guī)模不等的滑坡、巖堆、軟層的發(fā)育情況;李孝攀等[1113]基于灰色聚類(lèi)理論和關(guān)聯(lián)度法,研究了不良地質(zhì)(含滑坡、軟層)對(duì)線路方案的影響等級(jí)。

綜上所述,滑坡、軟層等不良地質(zhì)是控制線路方案的關(guān)鍵因素。 因此,開(kāi)展滑坡、地質(zhì)軟層的方案研究很有必要。

2 工程概況

山西中南部鐵路通道西起山西瓦塘,東至山東日照,線路全長(zhǎng)1 322 km,橋隧比為49%,是我國(guó)第一條按30t 軸重標(biāo)準(zhǔn)建設(shè)的重載鐵路[3]。

三交鎮(zhèn)位于山西呂梁山臨縣境內(nèi),是本線與呂臨孟支線的連接點(diǎn),設(shè)計(jì)初期于該處設(shè)置三交站。

勘測(cè)期間,該地段揭示地層為新黃土、老黃土、圓礫土、砂巖夾泥巖,未見(jiàn)地下水。 后期經(jīng)過(guò)多輪補(bǔ)充鉆探并結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研,認(rèn)為三交站位于一個(gè)多期、多塊、多級(jí)的古滑坡堆積體上,現(xiàn)狀總體穩(wěn)定。 受人工活動(dòng)影響,滑坡體前緣發(fā)生局部滑塌。

由于影響古滑坡穩(wěn)定的因素復(fù)雜(如重載鐵路、車(chē)站加載、排水、人工活動(dòng)等),且該地段尚存在軟弱層等不良地質(zhì),故有必要對(duì)在該處設(shè)站與否進(jìn)行研究[4]。

3 設(shè)站方案研究

針對(duì)三交滑坡、三交軟層不良地質(zhì)的現(xiàn)狀,分別研究了治理滑坡的穿滑坡方案,滑坡下緣加載的西移高路基方案,橋梁繞避方案,隧道繞避方案,繞避滑坡及軟層的車(chē)趕溝設(shè)站方案[58], 見(jiàn)圖1。

圖1 三交地區(qū)設(shè)站方案平面

3.1 穿滑坡方案

三交站為中間站(5000t 規(guī)模5 股道),CVK39+535 ～CVK40+490 段以路基形式穿越三交古滑坡,穿越滑坡段路基最高填方處為CVK39+820,路堤邊坡高16 m;最深挖方處為CVK39+750,路塹邊坡高度為40 m。 CVK37+270 ～CVK37+781 段以路塹、隧道形式穿越三交軟弱層。

穿越滑坡部分采用樁板墻、抗滑樁、樁板抗滑樁等處理措施;穿越軟層路基段落采用樁板墻,隧道部分采用大管棚、長(zhǎng)管棚及預(yù)加固樁等處理措施。 該方案主要技術(shù)參數(shù)見(jiàn)表1。

表1 穿滑坡方案線路主要技術(shù)參數(shù) km

本方案正線長(zhǎng)24.810 km,考慮滑坡及軟層等不良地質(zhì)處理費(fèi)用后,工程投資總額為167 373.7萬(wàn)元。

3.2 西移高路基方案

本方案全站范圍內(nèi)采用高填方通過(guò)。 為避免在滑坡范圍內(nèi)產(chǎn)生挖方,車(chē)站站房設(shè)在218 省道公路一側(cè),本方案需改移2 km 既有218 省道。

方案CK39+535 ～CK40+490 段以高路基的形式通過(guò)三交古滑坡范圍,滑坡段路基最高填方處為CK39+730,路堤邊坡高36 m。

根據(jù)黏聚力與內(nèi)摩擦角計(jì)算滑坡穩(wěn)定性,對(duì)局部滑動(dòng)、可能二次滑動(dòng)、淺層滑動(dòng)及深層滑動(dòng)4 種滑動(dòng)狀態(tài)分別進(jìn)行檢算,滑坡體在路基反壓作用下處于穩(wěn)定狀態(tài)。 但須在古滑坡內(nèi)部及外緣加強(qiáng)排水。 穿越三交軟層處理方案與前述方案一致,主要技術(shù)參數(shù)見(jiàn)表2。

表2 西移高路基方案線路主要技術(shù)參數(shù) km

本方案正線長(zhǎng)25.170 km,考慮軟層等不良地質(zhì)處理后,工程投資總額為167 468.4萬(wàn)元。

3.3 橋梁繞避方案

本方案線位西移,車(chē)站絕大部分填方高度在35 m左右,采用橋梁形式通過(guò),改移既有218 省道1 km。本方案對(duì)三交古滑坡無(wú)影響,主要技術(shù)參數(shù)見(jiàn)表3。

表3 橋梁躲避滑坡方案線路主要技術(shù)參數(shù) km

本方案正線長(zhǎng)24.512 km,考慮軟層等不良地質(zhì)處理費(fèi)用后,工程投資總額為169 702.8萬(wàn)元。

3.4 隧道繞避方案

三交地區(qū)地形西低東高, CVIIK39 + 495 ～CVIIK40+450 段以隧道形式東繞三交古滑坡,設(shè)計(jì)線高程為888 m,于完整基巖面以下通過(guò),三交古滑坡、三交軟層對(duì)線路均無(wú)影響。 主要技術(shù)參數(shù)見(jiàn)表4。

表4 隧道躲避滑坡方案線路主要技術(shù)參數(shù) km

本方案正線長(zhǎng)23.852 km,工程投資總額為171 977.1萬(wàn)元。

3.5 車(chē)趕溝設(shè)站方案

該方案以隧道形式于滑坡后緣外側(cè)外繞三交古滑坡,線位橫跨車(chē)趕溝于前陡泉村至下川坪村段東西向設(shè)置三交站(即三交站整體東移)。 三交古滑坡、三交軟層均對(duì)本方案無(wú)影響。 主要技術(shù)參數(shù)見(jiàn)表5。

表5 車(chē)趕溝設(shè)站方案線路主要技術(shù)參數(shù) km

本方案正線長(zhǎng)28.532 km,工程投資總額為180 222.4萬(wàn)元。

3.6 優(yōu)缺點(diǎn)分析及推薦意見(jiàn)

(1)三交設(shè)站條件

穿滑坡方案、西移高路基方案、橋梁繞避方案站址條件與前期設(shè)計(jì)相當(dāng);隧道繞避方案車(chē)站大部分位于隧道內(nèi),車(chē)趕溝設(shè)站方案站址南移至車(chē)趕溝內(nèi)。 從設(shè)站條件分析,穿滑坡方案、西移高路基方案、橋梁繞避方案相對(duì)較優(yōu),隧道繞避方案最差。

(2)與三交古滑坡關(guān)系

穿滑坡方案以低填挖方于滑坡前緣通過(guò);西移高路基方案以高填方于滑坡前緣加載通過(guò),滑坡不需治理。 橋梁繞避方案、隧道繞避方案、車(chē)趕溝設(shè)站方案均已繞避三交古滑坡。 從與三交滑坡關(guān)系方面分析,橋梁繞避方案、隧道繞避方案、車(chē)趕溝設(shè)站方案相對(duì)較優(yōu)。

(3)與三交軟弱層關(guān)系

穿滑坡方案、西移高路基方案、橋梁繞避方案、隧道繞避方案相當(dāng),車(chē)趕溝設(shè)站方案完全繞避了三交軟層區(qū)域。 從與三交軟弱層關(guān)系分析,車(chē)趕溝設(shè)站方案最優(yōu)。

(4)工程投資

主要工程數(shù)量及投資見(jiàn)表6。

表6 工程投資

由表6 可知,穿滑坡方案、西移高路基方案工程投資相當(dāng),較其它方案略有優(yōu)勢(shì),車(chē)趕溝設(shè)站方案投資較高,橋梁繞避方案工程投資較穿滑坡方案增加2 329萬(wàn)元(占總投資的1.4%),隧道繞避方案工程投資較穿滑坡方案增加4 603.4萬(wàn)元(占總投資的2.8%)。

綜上所述,橋梁繞避方案繞避了三交古滑坡范圍,消除了潛在的工程風(fēng)險(xiǎn),對(duì)湫水河河道行洪干擾小,站內(nèi)路基工程邊坡高度較低,且工程投資較穿滑坡方案、西移高路基方案增加幅度不大(總投資的1.4% 以?xún)?nèi)),建議按橋梁繞避方案開(kāi)展下步工作[12]。

4 取消三交設(shè)站可行性分析

考慮到三交站的貨物運(yùn)輸功能可調(diào)整至臨縣站加以解決(臨縣站到發(fā)線有效長(zhǎng)度由650 m 延長(zhǎng)至1 080 m),三交站具備取消條件,故對(duì)取消三交站方案進(jìn)行了詳細(xì)研究[10]。

4.1 設(shè)站分析

采用繞避方案(4 股到發(fā)線)、取消設(shè)站方案進(jìn)行對(duì)照。 主要工程數(shù)量對(duì)照見(jiàn)表7。

表7 三交是否設(shè)站方案主要工程內(nèi)容對(duì)照

從表7 可以看出,取消三交站節(jié)省工程投資8 576萬(wàn)元,節(jié)約投資顯著。

4.2 臨縣站到發(fā)線延長(zhǎng)投資對(duì)照

取消三交站后,臨縣站可承擔(dān)該站貨運(yùn)功能,需將到發(fā)線有效長(zhǎng)從650 m 調(diào)整為1 080 m。 主要工程數(shù)量見(jiàn)表8。

表8 到發(fā)線有效長(zhǎng)延長(zhǎng)主要工程數(shù)量及工程投資對(duì)照

由表8 可以看出,臨縣站到發(fā)線延長(zhǎng)至1 080 m后,工程投資3 171萬(wàn)元。

5 結(jié)論

取消三交站可節(jié)省工程投資8 576萬(wàn)元;臨縣站到發(fā)線有效長(zhǎng)由650 m 延長(zhǎng)至1 080 m,增加工程投資3 171萬(wàn)元,以上合計(jì)可節(jié)省工程投資5 405萬(wàn)元。

考慮到三交滑坡及三交軟弱層等不良地質(zhì)對(duì)線路方案的影響,結(jié)合技術(shù)經(jīng)濟(jì)比選,本次方案研究按取消三交站方案開(kāi)展后續(xù)工作[1416]。