成渝中線鐵路縉云山隧道坡度方案研究

祝志飛，黃艷磊，丁文富

（中鐵二院工程集團有限責任公司，四川 成都 610031）

1 概況

新建成渝中線鐵路位于重慶市和四川省境內，全長292.040km，橋隧總長223.110km，橋隧比例76.40%。線路經過的縉云山位于重慶市北碚區嘉陵江溫塘峽畔，古名巴山，是7000 萬年前“燕山運動”造就的“背斜”山嶺。山間白云繚繞，似霧非霧，似煙非煙，磅礴郁積，氣象萬千，早晚霞云，姹紫嫣紅，五彩繽紛。古人稱“赤多白少”為“縉”，故名縉云山。本段線路受線路走向、技術標準、中梁山和縉云山東西兩翼煤礦采空區分布及地熱水資源、縉云山國家級自然保護區功能分區、科學城站位、下穿興隆場編組站位置、規劃科學城及沙坪壩區規劃和在建項目等因素控制，平面位置較為唯一，本文結合沿線地形地質條件、采空區開采標高、巖溶風險等因素針對縉云山段線路縱斷面方案進行研究。

2 自然特征

2.1 地形地貌

縉云山位于重慶市西北部，地形總體上呈現中間高東西低。地形地貌嚴格受地質構造的控制，形成“兩山一槽”的地形特征。最高點位于重慶市北碚區境內的縉云山石花寺，海拔標高930m，最低點位于嘉陵江，海拔標高180m，相對高差750m，地形起伏大。

測區位于縉云山北段，嘉陵江以南至青木關鎮以北地段，地形總體上也呈現中間高東西低之特征?？N云山為狹窄的條狀山脈，呈北北東向延伸，與地質構造線方向一致，高程300～700m，呈一山兩嶺夾一槽的地貌形態。隧道進出口緩坡地帶及山頂槽谷內覆土相對較厚[1]，斜坡地帶多可見基巖出露，覆土較薄。隧道進出口及山頂巖溶槽谷內居民點集中，有高速、省道、縣道與線路相通，交通便利。

2.2 水文地質特征

縉云山南北向延伸，分別在小南海及北碚附近為長江及嘉陵江橫切。由于含水層與隔水層相間分布，決定了本區地下水主要沿巖層走向（南北方向），分別向兩江排泄，東西方向徑流條件差，含水層間水力聯系不明顯，因而本區泉水露頭多在山頂，含水層受侵蝕較強烈的低凹處呈帶狀出露，兩側山坡腳露頭少見。

隧道位于縉云山中部，自西向東橫穿溫塘峽背斜，背斜軸部為測區地下水的分水嶺，其兩側形成兩個獨立的地下水體系。本區地下水補給來源主要為大氣降水，含水層多為易溶蝕的碳酸鹽巖，地表多成槽谷凹地，巖溶發育，有利于地表水匯集[2]。由于巖層傾角較陡，含水巖層多暴露地表，直接接受大氣降水及地表水的補給，加之含水層上下多為透水性較弱的巖層阻隔，導致嘉陵江組灰巖地層形成狹長的地下水“水槽”。

區內地下水類型包括松散巖類孔隙水、紅層裂隙孔隙水、碎屑巖類裂隙水、碳酸鹽巖類巖溶水、采空區（老窯積水）、斷層水等，可溶巖包括三疊系中統雷口坡組（T2l）、下統嘉陵江組（T1j）地層，在構造變動、地貌發育及濕熱氣候條件下，溶蝕作用強烈，溶蝕空間發育，為碳酸鹽巖巖溶水的形成提供了條件。

2.3 主要工程地質問題

主要工程地質問題為巖溶、采空區。

2.3.1 巖溶

該區區域上經歷了長期的溶蝕和侵蝕作用（圖1、圖2），形成了較豐富的巖溶形態[3]。調查區內主要的巖溶形態有巖溶槽谷、巖溶洼地、落水洞、暗河等，但隧址地表未見大型溶洞發育。地形地貌具典型的川東平行嶺谷地貌特征?？N云山隧道通過可溶巖地段隧底標高300～325m，位于巖溶水水平循環帶下部。

圖1 高位巖溶槽谷地貌

圖2 中厚層T1j2 灰巖

2.3.2 采空區

《機·智》一書的第一作者朱鐸先認為，盡管現在設備通信協議的走向是趨于標準化，但是在利益格局的羈絆下，各大巨頭之間尚未達成一致?？傮w上，德國的工業設備集成，偏向采用OPC UA協議，而北美和日本則更偏愛MTConnect協議。無論如何，不弄懂弄通這5000多種設備通信協議，設備互聯就會受到極大的限制。

隧道穿煤地層為分布在隧道的進出口端陡坡段的溫塘峽背斜兩翼三疊系上統須家河組（T3xj）地層。主要為隧道進口端的王家溝煤礦（圖3）、龍洞槽煤礦、水窯子煤礦（圖4）和出口端的陰陽溝煤礦、河水溝煤礦，以及部分不同時期開采的小煤窯，目前均已全部關閉停采。本區須家河組煤系地層一般采煤方式是在侏羅系地層及須家河組二、四、六段砂巖內開洞，經垂直掘進一定距離進入一、三、五段的可采煤層后則沿煤層走向方向順層開采。煤窯的主井均在須家河組二、四段穩定的砂巖內，不易坍塌，橫向采煤段均埋藏較深，地表未見陷坑或變形跡象。

圖3 王家溝煤礦

圖4 水窯子煤礦

3 坡度方案比選

縉云山隧道進口段下穿王家溝煤礦采空區，通過鉆探、物探、孔內測試等綜合勘察技術，已查明洞身段最低開采標高為+317m。結合沿線最新地形地質條件、城市現狀及規劃、科學城站位等條件，對縉云山隧道縱斷面方案開展了下穿采空區的V 坡方案、順坡方案的比選（圖5、圖6）。

圖5 縉云山隧道平面

圖6 縉云山隧道坡度方案

3.1 坡度方案概述

3.1.1 下穿采空區V 坡方案

線路出科學城站后上跨桂花水庫泄洪溝渠，下穿青鳳園區縱二路、重慶繞城高速后在金塘水庫下游350m 上跨該水庫的排洪溝渠，然后進入縉云山隧道。為避免采空區影響，使線路設計標高位于最低開采標高317m 以下15m，煤礦采空區段線路采用V 坡，后以16.5‰縱坡穿越縉云山至隧道出口。

3.1.2 下穿采空區順坡方案

線路出科學城站后上跨桂花水庫泄洪溝渠，以淺埋隧道形式下穿青鳳園區縱二路、重慶繞城高速、金塘水庫排洪溝渠，然后以16.5‰縱坡穿越縉云山至隧道出口。

3.2 方案比選

3.2.1 工程地質條件

3.2.2 水文地質條件

從地熱水影響分析：根據對縉云山地熱鉆井水頭、天然溫泉、煤洞溫泉、隧道溫泉出露高程分析，推測地熱水的水頭高程在330m 左右，隧道高程低于330m 將對附近地熱水資源產生一定影響。下穿采空區V 坡方案和下穿采空區順坡方案在該路段最低高程分別為299m 和289m，都有一定影響。

從北溫泉影響分析：北溫泉深部地下熱水補給來源于嘉陵江北側華鎣山區，隧址位于北溫泉南側約16km，距離北溫泉南側地下水補給邊界的分水嶺約5km，隧址位于北溫泉主要補給區以外，隧道建設對北溫泉基本無影響，方案無明顯差別。

從巖溶風險分析：隧址區屬于巖溶地下水環境敏感區，地下巖溶水發育強烈，存在較大的涌突水風險[4]。下穿采空區V 坡方案隧道為V 型坡，需設置泄水洞，在巖溶發育地區，V 型坡隧道會增加施工階段及運營階段的安全風險[5]，下穿采空區順坡方案相對較優。

3.2.3 隧道工程條件

兩方案隧道工程均下穿采空區，受采空區影響相當。主要區別在于隧道排水條件、隧道工程出口段工程條件及淺埋下穿既有建構筑物風險。

隧道排水條件：下穿采空區順坡方案為順坡排水，下穿采空區V 坡方案為V 型坡隧道，需另設置排水洞約1.7km，下穿采空區順坡方案占優。

隧道工程進口段工程條件及下穿建構筑物風險：縉云山隧道進口段有G5001 重慶繞城高速、省道S204、城市道路（規劃縱一路、在建縱二路）、梁灘河、水庫泄洪道、灌溉溝渠等控制線路標高因素。下穿采空區V 坡方案隧道出口以路基工程為主，在下穿G5001 高速公路段采用頂進涵，對省道S204、縱二路進行改建；下穿采空區順坡方案以淺埋隧道形式下穿縱二路、省道S204、G5001 高速公路，淺埋段約1km，部分出露明洞，隧道長度較下穿采空區V 坡方案增長1.3km。兩方案均下穿既有構筑物，均存在施工干擾，工程條件及風險相當。

3.2.4 城市規劃的適應性

下穿采空區V 坡方案隧道出口以路基工程為主，需要對省道S204 改移約1.2km。在梁灘河和隧道進口之間都處于青鳳工業園規劃區范圍內，需要對高鐵影響范圍的場坪標高進行調整，對城市規劃和在建道路影響較大。

下穿采空區順坡方案以淺埋隧道形式通過城市規劃區并下穿縱二路、省道S204、G5001 高速公路等，避免了對青鳳工業園區道路的影響，不影響規劃區范圍內場坪標高，僅需要對園區范圍內道路與高鐵交叉部分的隧道進行結構加強。

3.2.5 工程投資

下穿采空區V 坡方案需設1.2km 泄水洞，同時需要對S204 省道進行改移，且需要對青鳳工業園區規劃場坪標高進行調整。下穿采空區順坡方案淺埋隧道增長1km，同時需設2.87km 輔助坑道。下穿采空區V 坡方案投資增加0.28 億元。

3.3 方案比選意見

下穿采空區V 坡方案隧道為V 型坡，需設置泄水洞，在巖溶發育地區，V 型坡隧道會增加施工階段及運營階段的安全風險，同時需要對青鳳工業園區規劃進行調整對城市規劃影響較大；下穿采空區順坡方案隧道排水條件較優，施工和運營安全風險較低，避免了對青鳳工業園區規劃的影響，同時工程投資節省0.28億元。

4 結語

成渝中線鐵路縉云山段地形地質條件復雜，巖溶及采空區構成了控制隧道坡度方案的主要工程地質問題。本文在充分總結汲取西南山區巖溶和采空區鐵路地質選線經驗的基礎上，選取了工程投資節省、地質條件較好、隧道排水條件好、滿足城市規劃的下穿采空區順坡方案。