可溶巖地質下鐵路勘察設計原則研究

陳建鋼

（中鐵二院地勘巖土設計研究院， 四川 成都 610031）

0 引言

隨著社會發展水平的不斷提升，鐵路設計和建設的范圍不斷擴充，除了具有良好地質的區域之外，在一些地形復雜地區，尤其西南地區的鐵路建設當中，會有眾多制約其建設的影響因素，在這當中，可溶巖就屬于比較常見的一種不良地質，在可溶巖山區修建鐵路最關鍵的一點是要充分認識到巖溶的特點和危害，只有從根本上重視起來才能夠強化工作人員的責任感，提高工程勘察設計的質量。受巖溶地質特點的影響，鐵路工程的設計和施工可能會存在一定不安全和質量因素，但只要重視選線、勘察和設計各個環節的工作，就能夠有效地控制災害的產生[2]。

1 可溶巖地質山區鐵路的施工特點及不足

1.1 可溶巖與巖溶的差別及特點

分析可溶巖地區的特點得知，其會有較大面積的碳酸鹽巖裸露在表面上，一般為灰巖、白云巖和白云巖灰巖等。這些巖質結構穩定，不容易風化，很容易開采，能夠在建筑領域得到廣泛應用，其具有較大的礦產資源價值[3]。但除了以上這些優點之外，其還有比較明顯的一個不足是在水化學作用下會因水溶蝕而出現地質災害，會在一定條件下對工程施工的安全造成影響。但其本身的造型結構比較特殊，部分地區會將其作為旅游資源開發利用，可以說，巖體資源本身集聚災害性和欣賞性于一體，站在不同的研究角度就會得出不同的結論，其本身的利和弊是共同存在且可以互相轉換的。受其特殊特性的影響，不能絕對地將巖體資源看成不良的災害地質，只要能夠加強檢查并在施工前后做出預防并結合針對性的措施做以整治，就能夠有效地避免問題的出現[4]。作為巖溶形成的必要條件和主要內在因素，可溶巖是巖溶形成的關鍵，巖溶的出現要以可溶巖的存在為第一前提。可溶巖受到水化或者水的機械侵蝕等情況形成巖溶，主要形成的地質現象包括溶洞或者暗河等，從而會導致一些地質問題會對工程安全造成不良影響。根據對大量的資料研究分析可知，巖溶發育情況具有明顯的地域性特點，其雖然并不是完全連續但又相對集中，在整個巖溶極強發育區會同時存在發育和不發育的地段，由此形成較為安全的地帶[5]。

1.2 巖溶地質鐵路工程的施工特點及不足

分析目前熔巖地質鐵路工程施工的不足主要體現在基本的建設工作在拓展和延伸過程中對地下水的過量開采所導致的地質破壞，首先體現在對隧道的影響，如果隧道穿越巖溶地段，地質災害會直接影響施工，施工也會加劇水道河流以及地表的斷道和坍塌，這種破壞是快速且不可逆轉的；其次，體現在對橋梁施工的影響，橋梁施工的選址主要在斷裂比較集中的平坦地勢區域，這些地區的地下水活躍會促進巖溶發育，從而導致的洞穴或溶洞會影響橋梁施工的質量；再有，體現在對路基工程的影響。如果在工程施工的過程中不能依據路基的實際情況和地質特點去預防地質災害對工程的影響，很容易會引發路基病害[6]。

2 巖溶地區鐵路勘測的步驟規劃

2.1 踏勘階段

踏勘階段作為巖溶地區鐵路勘測的第一個步驟，最主要的特點是設計施工人員通過自身的觀察和測算掌握熔巖的實際情況，了解具體的分布、種類和可能出現的地質災害類型，不僅要研究巖溶強發育區，對于巖溶地下水和暗河發育區也要展開研究，總結出地表可能出現不穩定現象和塌陷的區域，總結出后續施工中可能出現的突發事件及地質問題，設計出幾種不同的預案進行分析判斷，實現對不良地質線路的繞避最終選擇科學的施工方案[7]。

2.2 初測階段

初測之前加深地質工作階段指的是在線路可能通過的最大范圍內，確定線路所選擇方案會出現的不良地質因素并提出初測方案和意見。在確定整體的方案方向后結合初測階段的勘察研究線路會經過的可溶巖范圍區域、易發地段、地下水富集情況以及巖溶的影響狀況，進而總結出更為具體的施工方案。

2.3 定測階段

確定施工線路方案后，要查明地質的具體情況，主要包括溶洞的面積、分布、位置和形態等多項內容，從這些方面分析隧道范圍內的地下暗河的高程和流量特點，總結地質特點和可能產生災害的情況。通過科學有效的測定，掌握鐵路工程巖溶地質的具體情況從而開始工程的初步設計和施工規劃。

例如，渝懷鐵路的設計施工就充分驗證了這一特點，渝懷鐵路作為四川和重慶對外鐵路運輸的東通道，其建設的地質十分艱險復雜，工程沿線的水庫坍塌、泥石流溝、瓦斯隧道等不良地質相對較多，軟土、膨脹土等特殊沿途供電也力度較高，整個鐵路工程的建設難度相對較大。渝懷鐵路吸引區土地面積為5.23 萬平方千米，總人口數1,320 萬，除重慶地區之外，其他沿線地區的經濟相對落后，會經有很多少數民族貧困地區。其水資源、礦產資源和旅游資源以及生物資源相對豐富，所以渝懷鐵路的建設對于川渝地區經濟發展和少數民族地區的經濟提升和脫貧致富具有重要意義，在技術標準的選擇上，要能夠滿足社會經濟和自然等情況。渝懷鐵路全線擬定正線數目為單線，但在設計工作中通過分析川渝和東南沿海地區客戶交流的流通重要性要為后續的發展留出空間，所以在控制資本的基礎上，對個別重點工程和即將增建的第二線會可能出現困難的車站兩段預留了復線工程。同時考慮到現有鐵路施工狀況分析此類鐵路施工因坡度大其養護方面的工作量和資金投入較大，會直接加大運營管理的負擔，所以在設計工作中充分利用高橋長隧較強的跨越和穿越能力來客服高層實現坡度的減緩。通過科學的對比分析，確定越嶺地段，選擇13‰加力坡同時輔以采用部分高橋和長遂道以后能夠滿足地形的發展，會有效地控制高程狀況需要克服的情況。在初測時期對渝懷線進行線路功能分析可知，其客運量的大小直接決定了其以客運為主要作用的運輸定位，想要實現列車的速度提升，就要引入較大的最小曲線半徑，同時根據沿線的實際情況，分段式的選擇不同的最小曲線半徑，確保分區段的各個路段旅客列車設計行車速度各有差別，保證路段旅客列車設計行車速度達到140km/h 千米每小時的地段，能夠占到全線的30%以上，正是因為高標準的采用和路徑的縮短，川渝和東南沿海地區間列車經過川渝線的時間，要比其他路徑的時間要快很多。

3 巖溶地區鐵路建設的選線問題

3.1 在可溶巖大面積出露地區的地質選線

巖溶地區的鐵路建設工作都會經過嚴格的勘察和設計，但在具體施工過程中依然會出現因復雜地形等自然因素所造成的各類地形地質問題，所以在施工過程中要盡量少經過鹽酸鹽巖地區，以此來防止巖溶地質災害的出現。在線路的選擇上要避開已經發現的大面積覆蓋型巖溶的地表塌陷區，這些不良地質因素會導致工程隱患，同時有效的繞避也能夠減少地基處理資源的投入，有效控制工程投入。

3.2 可溶巖局部出露地段的地質選線

在實際施工工作的地質選線工作進行過程中可能會出現各類問題，首先在越嶺地帶抬高線路高程，規避水平徑流帶，盡量使得工程項目穿越于垂直徑流帶，實現工程項目的走向盡量保持在巖溶和地下水發育密度較低的垂直徑流帶，以此實現對災害的預防、工程質量的提升和造價的降低。在選線過程中，要控制長隧道工程的數量和長度，盡量確保隧道工程在可溶巖裸露的地段通過路塹形式從表面通過，這樣可以更好地掌握地質狀況，降低施工難度。

在川渝地區修建高質量的電氣化鐵路要充分分析其地勢特點和來進行線路的選擇，渝懷現地形起伏大，其中有三次越嶺最大的越嶺在烏江和沅江的分水嶺，整個線路長達150km，是整個線路地形最為復雜的位置，在設計過程中分別研究了園梁山方案和丁市龍潭方案以及丁市干龍方案和沿河銅仁4 個不同走向的越嶺方案，在實際研究的過程中結合整個路段的限坡進行方案的差別分析。同時研究了采用6‰和13‰的加利坡的不同坡度方案對工程的影響情況，整個研究方案的研究長度為2000km 以上。在設計的過程中首先結合小比例尺度的地形圖以及區域地質圖和遙感拍攝結果，對于預先做好的研究方案進行深入的分析，結合地質工程和資金方面的特點決定了園梁山方案和丁市龍潭方案兩個不同走向的越嶺方案是相對具有較為明顯優勢的方案，受工程的地質環境和水文特點的影響，圓梁山隧道通過高水位富水區，所以要在該段進行大范圍的加深地質階段的工作，要通過大范圍的地質測繪、深層物探、同位素分析等方式，進行深入的研究和分析，對圓梁山隧道的地質巖性構造和水文情況有了明顯的認知，由專家進行復檢和審查最終得出在園梁山修建隧道的可行性。和園梁山方案相比，丁市龍潭方案線路當中的危巖落石及巖溶等不了不良地質情況相對較多，整個方案的工程地質條件要比園梁山方案差，同時線路的長度約為8km 米且不能經過中心城市黔江。相比于兩個方案的投資，圓梁山方案的整體可行性更高，所以結合宏觀地質選線的的考量，最終選擇園梁山方案，在確定了線路方案之后分析整個隧道所穿越的高水位輸水區能夠得知要將減少小毛壩向斜頂部水平循環帶的巖溶水，同時分析影響隧道的主要地質因素，結合施工過程中地域的斷層分布狀況來確定線路的平面位置防止施工過程會出現斷層情況，要通過這一操作來避免水平循環帶巖溶水。在斷層和隧道的連通下，在施工的過程中會產生突水突泥，同時可以有效地緩解隧道襯砌結構產生的水壓力。線路在選擇的過程中以技術和重大線路方案為標準，強化整個線路的輸送能力，來滿足鐵路設計和施工的主要目的，在山區越嶺的選線過程中，可以融入遙感技術來加強地質的前期區測工作，將地質條件作為線路方案選擇和比較的根本，要結合橋隧工程來繞開不良地質防治行車安全隱患的出現。

4 結束語

巖溶作為不良地質，較為容易引發工程建設問題，要在設計和施工過程中加強思想認識，明確可溶巖對于巖溶的重要影響作用，要從根本上區分兩者的差別，從思想上明確認知，客觀準確地區分兩者，以此來加強對鐵路建設工程勘察和設計工作的認識，在總結巖溶工程地質問題的基礎上強化鐵路工程地質選線方面的認識和能力，進而實現工程設計和建筑質量的提升。