西渝高鐵華鎣山越嶺方案研究

汪鋒華

（中鐵二院工程集團有限責任公司，四川 成都 610031）

1 概況

西安至重慶高速鐵路位于我國西部陜西、四川、重慶境內(nèi)，地形地質(zhì)條件極為復雜。線路北起西安市，南至重慶市，全長617.67km，橋隧總長542.56km，占線路總長87.9%。線路經(jīng)過的華鎣山背斜，背斜兩翼煤礦眾多且開采歷史悠久，形成條帶狀“密集連片、多層交錯分布”的采空區(qū)，背斜核部發(fā)育可溶巖典型的條帶狀富水構(gòu)造，控制本段線路方案的主要因素為華鎣山兩翼煤礦采空區(qū)、巖溶及經(jīng)濟據(jù)點分布等。本文結(jié)合西渝高鐵華鎣山區(qū)地質(zhì)勘察成果，對該區(qū)域主要工程地質(zhì)問題進行分析，比選研究了經(jīng)大竹12km 隧道、經(jīng)大竹16km 隧道、經(jīng)大竹鄰水、經(jīng)渠縣等四個方案方案。

2 自然特征

2.1 地形地貌

區(qū)域?qū)僦械蜕?丘陵地貌，地形起伏較大，地面高程275～1000m，相對高差約20～600m。鐵路穿越華鎣山背斜，背斜較狹窄，西翼巖層傾角較陡，東翼相對較緩，向斜成谷較開闊，具隔擋式構(gòu)造的特點，穿越復式背斜和斷層，分布典型的溶洞、峽谷等喀斯特景觀，溶洞、洼地等較為發(fā)育?？傮w上構(gòu)造較復雜。

線路所經(jīng)地區(qū)屬亞熱帶溫暖濕潤氣候區(qū)，雨量充沛，春早夏長，秋雨連綿，冬暖多霧。年平均降雨量1100～1200mm，雨量多集中在6—8 月，常有雷雨，年平均蒸發(fā)量為1100～1190mm，略少于降雨量。

2.2 水文地質(zhì)特征

區(qū)域內(nèi)地表水系發(fā)育，發(fā)育常年性溪溝。地下水為第四系土層孔隙水、基巖裂隙水及巖溶水等，基巖裂隙水主要賦存于須家河組砂巖中，巖溶水主要賦存于三疊系（T）、二疊系（P）可溶巖中，水量大。

2.3 主要工程地質(zhì)問題

主要工程地質(zhì)問題為巖溶水、地下水失水影響、采空區(qū)、有害氣體。

2.3.1 巖溶水及地下水失水

研究區(qū)屬川東隔擋式背斜區(qū)，巖溶問題作為川東隔擋式背斜區(qū)鐵路隧道的主要突出問題，巖溶工程水文地質(zhì)問題頻繁發(fā)生，因隧道建設將穿越非可溶巖和可溶巖地層，與隧道建設有關(guān)的水文地質(zhì)問題主要有巖溶涌突水、地表水枯竭、巖溶塌陷等問題。同時，可能誘發(fā)建筑物變形、損毀，居民生產(chǎn)、生活缺水、土地利用功能下降、植被破壞等各類次生災害問題，不僅影響工程施工進度與正常運行，而且還造成重大的人員傷亡和經(jīng)濟損失。

2.3.2 采空區(qū)

川東地區(qū)隔擋式背斜核部及兩翼的三疊系上統(tǒng)須家河組（T3xj）和二疊系上統(tǒng)龍?zhí)督M（P2l）為主要含煤地層，賦存有豐富的優(yōu)質(zhì)煤炭資源，開采歷史悠久，大、小煤礦眾多，多數(shù)礦井因資源枯竭和國家產(chǎn)業(yè)政策調(diào)整需要已關(guān)閉，各背斜（礦區(qū)）遺留大范圍采空區(qū)。

2.3.3 有害氣體

線路穿越的須家河組煤層含瓦斯有害氣體；二疊系龍?zhí)督M煤系地層存在高瓦斯及瓦斯突出風險，且H2S 氣體濃度高，存在涌出風險，風險高。

3 線路方案比選

控制線路方案的主要因素為華鎣山兩翼煤礦采空區(qū)、巖溶及經(jīng)濟據(jù)點分布等。結(jié)合地質(zhì)條件、采空區(qū)分布，結(jié)合渠縣、大竹縣、鄰水縣地理位置分布情況，開展了經(jīng)大竹12km 隧道、經(jīng)大竹16km 隧道、經(jīng)大竹鄰水、經(jīng)渠縣等四個方案比選。圖1 為華鎣山越嶺方案示意圖。

圖1 華鎣山越嶺方案

3.1 線路方案概述

3.1.1 經(jīng)大竹12km 隧道方案

線路自達州南站引出后，沿華鎣山東側(cè)向南行進，于大竹縣西北側(cè)設大竹站，出站后折向西以12.4km 隧道穿華鎣山至方案比較終點。新建線路長97.235km，橋隧總長60.022km，工程投資約155.882 億元。

3.1.2 經(jīng)大竹16km 隧道方案

線路自達州南站引出后，沿華鎣山東側(cè)向南行進，于大竹縣西北側(cè)設大竹站，出站后折向西南以16.3km 隧道斜穿華鎣山至比較終點。新建線路長92.679km，橋隧總長59.689km，工程投資約151.944 億元。

3.1.3 經(jīng)大竹鄰水方案

線路自達州南站引出后，沿華鎣山東側(cè)向南行進，于大竹縣西北側(cè)設大竹站，出站后繼續(xù)南下至鄰水縣北側(cè)歐家鎮(zhèn)設鄰水站，出站后折向西以14.9km 隧道穿華鎣山至比較終點。新建線路長100.292km，橋隧總長64.7km，工程投資約165.085 億元。

3.1.4 經(jīng)渠縣方案

線路自達州南站引出后折向西南，于匯南鄉(xiāng)以8.7km 隧道穿華鎣山后于渠縣東側(cè)設渠縣北站而后線路繼續(xù)向南至比較終點。新建線路長96.349km，橋隧總長58.102km，工程投資約150.186 億元。

3.2 方案比選

3.2.1 水文地質(zhì)條件

華鎣山越嶺段地表水系發(fā)育，發(fā)育常年性溪溝。地下水為第四系土層孔隙水、基巖裂隙水及巖溶水等，基巖裂隙水主要賦存于須家河組砂巖中，巖溶水主要賦存于三疊系（T）、二疊系（P）可溶巖中，水量大。預測華鎣山越嶺地段工程水文條件如圖2、表1～表3 所示。

表1 華鎣山越嶺段巖溶水條件

表2 華鎣山越嶺段地下水失水影響

表3 比選方案華鎣山隧道涌水量預測

圖2 華鎣山越嶺方案巖溶水文地質(zhì)剖面

研究認為，經(jīng)渠縣方案巖溶水及地表失水影響最小；經(jīng)大竹16km 隧道方案和經(jīng)大竹鄰水方案隧道小角度斜穿華鎣山背斜，長段落穿過巖溶水系統(tǒng)，水文地質(zhì)條件極復雜，風險極高；經(jīng)大竹12km 隧道方案穿越華鎣山為垂直越嶺隧道，巖溶水及地表失水影響相對適中。圖3 為經(jīng)大竹12km 隧道方案華鎣山隧道水文地質(zhì)圖。

圖3 經(jīng)大竹12km 隧道方案華鎣山隧道水文地質(zhì)

3.2.2 采空區(qū)及有害氣體

華鎣山背斜兩翼及軸部范圍內(nèi)共計47 個礦井采空區(qū)對鐵路走向有影響，此外還有部分老窯也有限制，主要開采須家河組煤層和龍?zhí)督M煤層。

如表4 所示，四個方案隧道均位于采空區(qū)下方，采空區(qū)對隧道影響均較?。唤?jīng)大竹鄰水方案穿越二疊系龍?zhí)督M煤系地層H2S氣體濃度高，存在涌出風險，風險高；經(jīng)大竹12km 隧道方案隧道高瓦斯段落相對較短，風險可控。圖4 為經(jīng)大竹12km 隧道方案華鎣山隧道瓦斯分區(qū)圖。

圖4 經(jīng)大竹12km 隧道方案華鎣山隧道瓦斯分區(qū)

表4 采空區(qū)及有害氣體分布情況

3.2.3 重難點隧道工程條件（見表5）

表5 重難點隧道工程條件

經(jīng)大竹16km 隧道方案和經(jīng)大竹鄰水方案隧道長，為克服不良地質(zhì)影響，全隧配置大型機械化施工后仍需65 個月的土建工期，不能滿足總工期要求；經(jīng)大竹12km 隧道方案和經(jīng)渠縣方案在不增加土建工程投資的情況下均可滿足6 年總工期要求。

3.2.4 經(jīng)濟據(jù)點分布

渠縣和大竹位于華鎣山同一緯度的東西兩側(cè)，西渝高鐵為一南北向通道。從而導致渠縣和大竹由同一高鐵線不能兼顧。根據(jù)前期規(guī)劃成果，擬建的成達萬高鐵已在渠縣設站，而本線經(jīng)大竹并設站后與成達萬高鐵分線引入達州樞紐，并集中新設達州南站是經(jīng)濟合理的。

3.3 方案比選意見

該段方案主要受控于華鎣山兩翼的采空區(qū)及向斜核部發(fā)育的高壓富水可溶巖地層分布。經(jīng)初步勘察，經(jīng)渠縣方案位于暗河系統(tǒng)排泄區(qū)，穿越可溶巖段落最短，水頭最低，但不經(jīng)過大竹縣，路網(wǎng)布局不合理；經(jīng)大竹16km 隧道方案和經(jīng)大竹鄰水方案小角度斜穿華鎣山背斜，長段落穿過巖溶水系統(tǒng)，水文地質(zhì)條件極復雜，風險極高，同時土建工期突破總工期要求；經(jīng)大竹12km 隧道方案經(jīng)大竹并設站，能夠更好的帶動沿線地方經(jīng)濟發(fā)展，雖巖溶段落相對較長，但風險可控且能滿足項目建設工期要求。

4 結(jié)論

西渝高鐵華鎣山越嶺段地處川東平行嶺谷區(qū)。區(qū)內(nèi)地形地質(zhì)條件極為復雜，巖溶水及富水構(gòu)造、采空區(qū)、有害氣體構(gòu)成了控制線路方案的主要工程地質(zhì)問題。在充分總結(jié)汲取西南山區(qū)高壓富水巖溶和采空區(qū)鐵路地質(zhì)選線經(jīng)驗的基礎(chǔ)上，選取了經(jīng)濟據(jù)點分布合理，線路長度及工程投資適中，地質(zhì)風險可控，滿足項目建設工期要求的經(jīng)大竹12km 隧道方案。