渝湘高速鐵路穿越南山隧道方案比選研究

才 廣

(中鐵二院重慶勘察設(shè)計(jì)研究院有限責(zé)任公司， 重慶 400023)

近年來(lái)，為了更好地促進(jìn)西南地區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)展，我國(guó)加快了西南地區(qū)的交通建設(shè)，加強(qiáng)了各城市間的經(jīng)濟(jì)來(lái)往，西南地區(qū)鐵路線路建設(shè)突飛猛進(jìn)。地處丘陵和山區(qū)的重慶，雖然面積廣闊，但由于地形的特殊導(dǎo)致隧道成為必要的城市交通建設(shè)，隨著城市隧道線路越來(lái)越長(zhǎng)，且重慶地區(qū)多為褶皺山,隧道穿越山處在向斜或背斜區(qū)域，穿越的地層巖性也復(fù)雜多樣，存在形態(tài)豐富的地下河、地下溶洞、巖溶泉、巖溶地層等，各巖層的工程地質(zhì)特征差異也非常大，加大了重慶地區(qū)隧道修建的難度和成本。擬建鐵路隧道選出一條安全可靠，經(jīng)濟(jì)適用的隧道線路具有一定意義。

擬建鐵路隧道穿越重慶南山，其地質(zhì)復(fù)雜，地形起伏較大，地勢(shì)陡峻。在山脈中部，巖溶溝谷、洼地、漏斗、落水洞、豎井以及溶溝及石芽等巖溶形態(tài)豐富，地下溶洞、地下河、巖溶泉等均有發(fā)育。現(xiàn)有多條隧道穿越南山，且各個(gè)隧道穿越南山的地質(zhì)情況也有一定差異：內(nèi)環(huán)高速真武山隧道穿越地層存在可溶巖層、煤線、采空區(qū)、瓦斯等不良地質(zhì)[1]；市政道路南山隧道穿越巖層巖溶地下水豐富，存在涌水隱患[2]；軌道6號(hào)線銅鑼山隧道在隧道建設(shè)中多次遇到溶洞，發(fā)生過(guò)涌水、突泥、塌方等地質(zhì)災(zāi)害[3]；市政道路慈母山隧道施工期發(fā)生過(guò)涌水，主要來(lái)源于松散堆積層孔隙水、基巖風(fēng)化裂隙水等[4]。

目前從工程地質(zhì)勘察到設(shè)計(jì)階段,已有一套體系。陳茜茜[5]基于巖溶區(qū)高速鐵路建設(shè)實(shí)踐，結(jié)合相關(guān)地質(zhì)特征，尋求了隧道工程建設(shè)對(duì)地下水環(huán)境影響較小且工程投資低的線路優(yōu)化選址方案；王佳權(quán)[6]在根據(jù)勘察資料，布線原則，采用避重就輕，在強(qiáng)巖溶發(fā)育帶設(shè)法避讓的方針完成線路方案評(píng)價(jià)；宋旭東[7]就田德鐵路巖溶發(fā)育特征及巖溶形態(tài)特征，提出巖溶中低山選線原則及防治措施；李金城[8]以武陵山隧道群工程為例，根據(jù)巖溶危害與施工風(fēng)險(xiǎn)、線位布設(shè)條件及投資方面對(duì)線路進(jìn)行優(yōu)化比選，確定合理方案，降低工程投資和施工風(fēng)險(xiǎn)，優(yōu)化巖溶區(qū)隧道地質(zhì)選線工作；孫柏林[9]按照《隧道巖溶涌水專家評(píng)判系統(tǒng)》對(duì)紅巖寺進(jìn)行涌水量預(yù)測(cè)，再根據(jù)巖溶水文地質(zhì)條件提出一種利于施工和環(huán)保的最優(yōu)線路；畢煥軍[10]利用多階段綜合勘察技術(shù)，查明巖溶及巖溶水的發(fā)育特征及分布規(guī)律，提出巖溶區(qū)水文地質(zhì)選線原則；曹化平[11]分析并總結(jié)鐵路巖溶隧道工程地質(zhì)選線的多條原則，以降低隧道突水突泥風(fēng)險(xiǎn)，控制施工堵水工程投資；宋章[12]等針對(duì)巖溶災(zāi)害的特性及危害形式，對(duì)巖溶區(qū)減災(zāi)選線、勘察技術(shù)、災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估及防治技術(shù)的國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)進(jìn)行了詳細(xì)的述評(píng)；朱穎[13]等介紹復(fù)雜艱險(xiǎn)山區(qū)高速鐵路減災(zāi)選線設(shè)計(jì)成套技術(shù)，該技術(shù)成功突破復(fù)雜艱險(xiǎn)山區(qū)修建高速鐵路的技術(shù)瓶頸。

本文對(duì)渝湘高速鐵路長(zhǎng)江隧道穿越南山方案進(jìn)行研究，分析相關(guān)影響因素，并結(jié)合現(xiàn)有的工程現(xiàn)狀、工程經(jīng)驗(yàn)以及實(shí)際的工程條件，針對(duì)3個(gè)線路方案，綜合考慮工程地質(zhì)條件、工程風(fēng)險(xiǎn)、社會(huì)影響、經(jīng)濟(jì)適用、運(yùn)營(yíng)維護(hù)等方面因素，選擇合適的線路方案，制定安全可靠且經(jīng)濟(jì)適用的穿越方案。

1 工程概況

為降低渝湘高鐵長(zhǎng)江隧道穿越南山隧道的施工及運(yùn)營(yíng)風(fēng)險(xiǎn)，首先對(duì)既有工程的南山隧道情況做了資料收集和現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查，為確定穿越南山儲(chǔ)水構(gòu)造的平面位置及豎向高程提供必要的技術(shù)支撐。

南山自然地形受地質(zhì)構(gòu)造控制，背斜成條狀低山，向斜成丘陵谷地，構(gòu)造線與山脊一致，呈北東向展布。地形起伏較大，地勢(shì)陡峻。在山脈中部，巖溶溝谷、洼地、漏斗、落水洞、豎井以及溶溝及石芽等巖溶形態(tài)豐富，地下溶洞、地下河、巖溶泉等均有發(fā)育。巖溶槽谷地表水均通過(guò)漏斗、落水洞等轉(zhuǎn)入地下，而未形成大的地表水系。

根據(jù)收集勘察成果資料，通過(guò)對(duì)既有工程南山隧道的勘察、施工、運(yùn)營(yíng)期資料收集和現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查，穿越南山慈母山隧道和真武山隧道通道施工、運(yùn)營(yíng)基本無(wú)風(fēng)險(xiǎn)，6號(hào)線和南山隧道通道施工還是有一定的施工、運(yùn)營(yíng)、環(huán)保風(fēng)險(xiǎn)，但風(fēng)險(xiǎn)可控。

可見(jiàn)，依據(jù)南山既有隧道的施工運(yùn)營(yíng)及調(diào)查的地質(zhì)情況，對(duì)于南山越嶺段，線路標(biāo)高越高，線路越往北靠近非可溶巖段落，線路風(fēng)險(xiǎn)越低。

2 隧道穿南山方案概述

根據(jù)線路走向、渝中半島主要建構(gòu)筑物分布及對(duì)既有工程的南山隧道情況的資料收集和現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查，線路在下穿渝中區(qū)、長(zhǎng)江后于南山地段從北至南比選了3個(gè)穿南山方案，如圖1所示。

圖1 隧道方案比選示意圖

2.1 經(jīng)翠云水庫(kù)方案

隧道下穿長(zhǎng)江后，于海棠煙雨公園處進(jìn)入重慶市南岸區(qū)，下穿南濱路和東原1891，下穿軌道環(huán)線上浩站、內(nèi)環(huán)快速和南山，經(jīng)翠云水庫(kù)后在大嵐埡處出長(zhǎng)江隧道，設(shè)橋跨溝后在李家院子入隧道，下穿規(guī)劃六縱線經(jīng)劉家坪，沿昌都·三江花園地塊邊緣出隧道，下穿在建道路，上跨縱一路、石塔立交和在建茶涪路后在金科博翠園和恒大濱河左岸兩地塊之間高架通過(guò)，經(jīng)長(zhǎng)嶺崗進(jìn)入重慶東站。

2.2 沿軌道6號(hào)線方案

線路在下穿渝中半島和長(zhǎng)江段與推薦方案一致，在穿過(guò)內(nèi)環(huán)快速路后，線路下穿軌道6號(hào)線并沿軌道6號(hào)線往東穿越南山，在經(jīng)過(guò)軌道6號(hào)線劉家坪車(chē)輛段后在昌都·三江花園地塊邊緣出長(zhǎng)江隧道接推薦方案。

2.3 穿南山取直方案

線路在下穿渝中半島和長(zhǎng)江段與推薦方案一致，過(guò)長(zhǎng)江后線路直行，沿既有市政道路南山隧道穿越南山，在南山隧道出口外路基段下穿東西大道后沿軌道6號(hào)線劉家坪車(chē)輛段邊緣和昌都·三江花園地塊邊緣出長(zhǎng)江隧道接推薦方案。

3 方案比選

3.1 線路長(zhǎng)度及投資比選

穿南山取直線路平面順直，線路長(zhǎng)度最短，較推薦方案短4.64 km，較沿六號(hào)線方案短0.63 km。主要工程投資最小，較推薦方案少7.8億元，較沿6號(hào)線方案少4.2億元，推薦方案線路長(zhǎng)度、工程投資增加較大。

3.2 工程地質(zhì)條件比選

(1)經(jīng)翠云水庫(kù)方案

隧道位于巖溶水平循環(huán)帶，主要工程地質(zhì)問(wèn)題為煤層與低瓦斯、巖溶與巖溶突水突泥、地表出露地層為須家河組的砂巖、頁(yè)巖，隧道最大埋深約330 m，由于上覆多層頁(yè)巖為相對(duì)隔水層，施工時(shí)對(duì)地表環(huán)境影響較小，不會(huì)導(dǎo)致地表水的大量流失，巖溶水頭高度約250 m；故該隧道工程地質(zhì)條件相對(duì)較為復(fù)雜，但地質(zhì)風(fēng)險(xiǎn)可控。

(2)沿軌道6號(hào)線方案

隧道位于巖溶水平循環(huán)帶，主要工程地質(zhì)問(wèn)題為煤層與低瓦斯、巖溶與巖溶突水突泥、地表出露地層為嘉陵江組的灰?guī)r、角礫巖，隧道最大埋深約430 m，巖溶槽谷表面覆蓋厚層紅粘土，地表建筑較多。施工時(shí)對(duì)地表環(huán)境影響較大，將會(huì)導(dǎo)致地表水的大量流失，并可能導(dǎo)致地下水疏干范圍內(nèi)的地面產(chǎn)生大面積塌陷、房屋開(kāi)裂；隧道穿越巖溶段落約 1 105 m，巖溶水水頭高度約250 m。故該隧道工程地質(zhì)條件復(fù)雜，社會(huì)影響大，工程風(fēng)險(xiǎn)高。

(3)穿南山取直方案

隧道位于巖溶水平循環(huán)帶，主要工程地質(zhì)問(wèn)題為煤層與低瓦斯、巖溶與巖溶突水突泥、地表出露地層為嘉陵江組的灰?guī)r、角礫巖，隧道最大埋深約400 m，巖溶槽谷表面覆蓋厚層紅粘土，地表分布住宅和學(xué)校，隧道施工將會(huì)導(dǎo)致地表水的大量流失，并可能導(dǎo)致地下水疏干范圍內(nèi)的地面產(chǎn)生大面積塌陷，隧道頂部為涂山湖，隧道施工將會(huì)嚴(yán)重疏干湖水，破壞地表生態(tài)；隧道穿越巖溶段落約 1 350 m，巖溶水水頭高度約270 m，故該隧道工程地質(zhì)條件極復(fù)雜，社會(huì)影響極大，工程風(fēng)險(xiǎn)極高。

4 結(jié) 論

文章根據(jù)現(xiàn)有4條南山隧道的穿越位置、工程特點(diǎn)，以及長(zhǎng)江越嶺隧道線路走向、渝中半島主要建、構(gòu)筑物分布及對(duì)既有工程的南山隧道情況的資料收集和現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查，分別對(duì)3個(gè)穿越南山的隧道線路方案進(jìn)行比選分析，得出主要結(jié)論如下：

(1)經(jīng)翠云水庫(kù)方案(推薦方案)地質(zhì)條件較其它兩方案好，對(duì)巖溶槽谷稍有影響；沿軌道6號(hào)線方案工程地質(zhì)條件復(fù)雜，對(duì)地表環(huán)境影響較大，社會(huì)風(fēng)險(xiǎn)和工程風(fēng)險(xiǎn)均較高。穿南山取直方案工程地質(zhì)條件最復(fù)雜，社會(huì)風(fēng)險(xiǎn)、工程風(fēng)險(xiǎn)、環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)均極高；受長(zhǎng)江江底高程控制沿軌道6號(hào)線方案和穿南山取直方案在巖溶段落存在巖溶水倒灌隧道江底段的可能，施工和運(yùn)營(yíng)風(fēng)險(xiǎn)極高；經(jīng)翠云水庫(kù)方案(推薦方案)在巖溶段落的巖溶水將順坡排向隧道出口，施工和運(yùn)營(yíng)風(fēng)險(xiǎn)小。

(2)經(jīng)綜合比選發(fā)現(xiàn)，經(jīng)翠云水庫(kù)方案線路長(zhǎng)度較長(zhǎng)，投資較大，工程地質(zhì)條件較好，社會(huì)風(fēng)險(xiǎn)、環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)均可控，且該方案隧道巖溶段采用下坡，保證了可溶巖段地下水通過(guò)順坡自然排出洞外，避免了巖溶水倒灌長(zhǎng)江隧道V形坡段風(fēng)險(xiǎn)，工程及運(yùn)營(yíng)風(fēng)險(xiǎn)亦可控，本次研究推薦經(jīng)翠云水庫(kù)方案。