汪 濤

(中鐵第一勘察設(shè)計院集團(tuán)有限公司，西安 710043)

陽安鐵路增建第二線山區(qū)地質(zhì)選線

汪 濤

(中鐵第一勘察設(shè)計院集團(tuán)有限公司，西安 710043)

近年來隨著我國山區(qū)鐵路的大量修建，山區(qū)鐵路地質(zhì)選線的重要性日益凸顯。陽安鐵路是典型的山區(qū)鐵路增建第二線項目，該項目進(jìn)行地質(zhì)選線對于降低后期勘察設(shè)計難度、減少投資、降低后期維護(hù)費(fèi)用等方面起決定性作用。針對既有河谷線地段，增建第二線線路穿越區(qū)域性大斷裂等工程地質(zhì)問題，采取何種地質(zhì)選線的技術(shù)原則進(jìn)行研究。研究結(jié)論：(1)本次地質(zhì)選線過程中，綜合采用遙感解譯、地質(zhì)調(diào)繪、鉆探、試驗等勘探方法，查清沿線的工程地質(zhì)條件；(2)對線位比選起決定性作用的工程地質(zhì)條件主要是斷層、滑坡等不良地質(zhì)，線路通過斷層應(yīng)以大角度、簡單工程通過，其余不良地質(zhì)應(yīng)以繞避為主；(3)在充分總結(jié)汲取山區(qū)鐵路綜合選線技術(shù)經(jīng)驗的基礎(chǔ)上，提出地質(zhì)選線、定線原則；(4)通過對陽平關(guān)至響水、西鄉(xiāng)至石泉、石泉至池河三段線路方案的比選，得出推薦方案。

山區(qū)鐵路；增建第二線；鐵路選線；地質(zhì)； 斷層

1 概述

陽安鐵路橫貫陜西省南部。線路西起寶成線陽平關(guān)站，跨嘉陵江，經(jīng)漢江上游河谷，過漢中盆地，經(jīng)西鄉(xiāng)，過石泉，沿月河河谷，至安康，行經(jīng)漢中、安康2市共9縣(區(qū))，全長約356 km。

陽安鐵路西接寶成、蘭渝鐵路，東聯(lián)西康、襄渝鐵路，是入川通道的組成部分，是以貨運(yùn)為主，客貨共線的區(qū)域路網(wǎng)干線鐵路。

2 自然地理及地質(zhì)環(huán)境特征

2.1 自然地理特征

陽安線主要經(jīng)過四個地貌單元，即陽平關(guān)-勉西大巴山西脈米倉山低山峽谷區(qū)、勉西-洋縣間漢中盆地沖洪積平原區(qū)、洋縣-高粱鋪間低山丘陵區(qū)、高粱鋪-安康間月河階地及丘陵區(qū)。

本線位于北亞熱帶亞濕潤-濕潤氣候區(qū)，氣候溫和濕潤，雨量豐沛。年平均氣溫12.9～16.7 ℃，極端最高氣溫41.4 ℃，極端最低氣溫-11.6 ℃，最冷月平均氣溫1.6～3.4 ℃。年平均降水量678.41～1 103.6 mm，降水多集中在7～10月，一般以9月份雨量最大，常有暴雨災(zāi)害。

2.2 地質(zhì)環(huán)境特征

本線在大地構(gòu)造單元上隸屬于秦嶺加里東褶皺帶和揚(yáng)子準(zhǔn)地臺兩大地質(zhì)構(gòu)造單元，構(gòu)造活動頻繁，巖漿巖類發(fā)育，沿線地質(zhì)構(gòu)造形跡極為復(fù)雜，褶皺、斷裂構(gòu)造發(fā)育。以石泉附近騎龍斷層(F8)為界，線路自西向東分別通過揚(yáng)子準(zhǔn)地臺區(qū)及南秦嶺加里東褶皺帶。

沿線由于受多期地質(zhì)構(gòu)造及巖漿侵入和變質(zhì)作用，地層巖性復(fù)雜，從元古界至新生界均有出露，巖性的分布多受斷裂構(gòu)造控制。

3 地質(zhì)災(zāi)害特征

影響選線及工程設(shè)置的地質(zhì)災(zāi)害主要是斷裂帶及滑坡、錯落、特殊巖土等。

3.1 沿線主要斷裂帶

沿線與線路相關(guān)大小斷裂構(gòu)造50余條，其中線路通過的區(qū)域性深大斷裂構(gòu)造有5條，其余次級斷裂構(gòu)造有40余條。沿線主要斷裂如下。

陽平關(guān)-勉縣斷層(F1)：為區(qū)域性逆斷層，斷層規(guī)模大，形成于元古代晚期至早古生代、中生代、新生代均有活動。該斷層西起陽平關(guān)東站嘉陵江左岸，東至勉西延伸長約60余km，勉西以東隱伏進(jìn)入漢中盆地。

三花石-茶鎮(zhèn)斷層(F6)：該斷層為走向北西傾北70°的逆斷層，屬茶鎮(zhèn)-漢王城斷層的一部分，斷帶寬50～150 m，斷帶物質(zhì)主要為壓碎巖，局部夾有斷層角礫及斷層泥，該斷層于茶鎮(zhèn)一帶控制漢江走向。

臺子山斷層(F7)：位于繒西河車站以東約400 m處，產(chǎn)狀N10°E/55°～64°N，為正斷層，破碎帶寬70～200 m，斷帶物質(zhì)主要由壓碎巖及斷層泥礫組成，地貌上斷層埡口極為明顯，沿斷層巖體裂隙極為發(fā)育，產(chǎn)生塌陷坑洞，沿斷層分布有小溶洞。

倒騎龍斷層(F8)：位于臺子山至甘塘灣之間。該斷層為揚(yáng)子準(zhǔn)地臺與秦嶺褶皺帶的分界。斷層產(chǎn)狀N5°E/50°～54°N，為逆斷層，斷帶寬60～80 m，由壓碎巖及斷層泥礫組成，斷帶含水，沿斷層不良地質(zhì)體發(fā)育較多。

馬嶺關(guān)-月河斷層(F9)：斷層北起兩河口經(jīng)石泉、馬嶺關(guān)、梅子鋪抵安康，延伸長達(dá)200 km。區(qū)域上稱之為月河斷層。該斷層控制了月河盆地的形成與發(fā)展。為正斷層，斷層破碎帶寬50～100 m，最寬可達(dá)350 m，斷帶物質(zhì)為壓碎巖、斷層泥及擠壓片理化帶。

3.2 不良地質(zhì)

沿線的不良地質(zhì)分布極為發(fā)育，主要類型有滑坡、錯落、巖堆、危巖落石、泥石流、巖溶、人為坑洞、地震液化等。

3.3 特殊巖土

沿線特殊巖土主要有膨脹土、膨脹巖、軟弱黏性土、人工填土及風(fēng)化花崗巖。

4 地質(zhì)選線研究

鐵路選線的好壞決定了項目工程的難易程度，工程投資的大小，施工和運(yùn)營的安全，所以鐵路選線是鐵路項目設(shè)計中最基本、最重要的工作，是影響全局的總體性工作。

選線工程地質(zhì)是鐵道線路各勘測設(shè)計階段的重要環(huán)節(jié)，復(fù)雜山區(qū)更為重要，目前選線工程地質(zhì)在可研(初測)、初步設(shè)計(定測)兩個階段，從解決線路若干大方案問題入手，進(jìn)而解決線路的基本走向，最后落實到局部方案平、剖面具體位置的選擇。就各階段選線工程地質(zhì)而言，必須研究的線路方案的工程地質(zhì)條件主要有八大因素：①地形地貌；②巖土組合；③構(gòu)造層及新老構(gòu)造應(yīng)力；④動力工程地質(zhì)；⑤水文及水文地質(zhì)；⑥氣象及地溫；⑦工程活動方式及規(guī)模；⑧天然建筑材料。這八大要素在地殼變形和地質(zhì)歷史演化到現(xiàn)階段的表現(xiàn)形式，構(gòu)成了空間上各不相同的組合特征，即為復(fù)雜山區(qū)的工程地質(zhì)條件。工程地質(zhì)條件是山區(qū)鐵路選線的重要因素，通過調(diào)查、測繪和必要的勘探，詳細(xì)查明沿線地形、地質(zhì)構(gòu)造、不良地質(zhì)等主要工程地質(zhì)條件，對于河谷線路，其勘測范圍還應(yīng)包括既有線對岸，同時，還應(yīng)詳細(xì)查明既有線歷年病害整治及效果，增建第二線的工程對既有線運(yùn)營的干擾等情況。

4.1 山區(qū)增建第二線地質(zhì)選線原則4.1.1 重大地質(zhì)選線原則

(1)線路應(yīng)繞避全新活動斷裂或在斷裂較窄處以大交角通過。

(2)重點(diǎn)工程必須置于“安全島”。

(3)繞避嚴(yán)重不良地質(zhì)地段。

4.1.2 一般地質(zhì)選線原則

(1)線路應(yīng)盡量以簡單工程通過斷層，避免以高路堤、深路塹、高橋通過之；如以長隧道通過斷層特別是全新世活動斷層，宜選擇最窄部位以大角度通過，且最好能在洞口附近，能順坡排水。

(2)隨著高橋、長隧修建技術(shù)的提高，多年來形成的沿河選線原則需重新思考，可考慮靠山長遂或改走山脊線，以繞開沿河的大量不良地質(zhì)現(xiàn)象，也可降低以后運(yùn)營中可能出現(xiàn)的山區(qū)鐵路常見病害風(fēng)險。

(3)增建第二線應(yīng)注重既有工程病害的調(diào)查，分析研究其性質(zhì)、類型及危害程度，對病害嚴(yán)重、較為集中地段，結(jié)合線路走向及增建第二線方案考慮一并改建。

(4)河谷線路左右岸方案的選擇，應(yīng)通過對兩岸工程地質(zhì)條件綜合對比分析，選擇地質(zhì)較好的一岸。

(5)繞避嚴(yán)重不良地質(zhì)，可在既有線內(nèi)側(cè)(靠山側(cè))以隧道方案繞避，如遇滑坡體，亦可在既有線外側(cè)(靠河側(cè))從滑坡前緣剪出口下方以路基或順河橋通過，并應(yīng)加強(qiáng)對岸的防護(hù)，當(dāng)河灣段存在嚴(yán)重河岸沖刷等病害且整治工程巨大，經(jīng)技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較后，可采用“裁彎取直”的線路方案。

(6)避免高邊坡，若在既有線增建第二線靠山側(cè)出現(xiàn)高邊坡地段，宜將二線線位內(nèi)移以隧道方式通過，或利用既有線外側(cè)(靠河側(cè))有利地形，選定二線線位，對河岸防護(hù)工程提出相應(yīng)的措施。

4.2 方案研究

根據(jù)全線地形地質(zhì)條件，既有線工程設(shè)置情況及車站布置、運(yùn)營生產(chǎn)設(shè)備，專支線接入等條件，增建第二線線路位置受地質(zhì)條件制約較大的主要是：①陽平關(guān)至響水段；②西鄉(xiāng)至石泉段；③石泉至池河段。下面通過這3個段落的線路方案比選，說明工程地質(zhì)在鐵路選線中的重要性。

4.2.1 陽平關(guān)至響水

陽平關(guān)至響水段約30 km，控制本段選線的地質(zhì)因素主要是F1、f2斷裂構(gòu)造、蔣家山地區(qū)F1北盤剪切節(jié)理密集帶群、軟巖、不良地質(zhì)、尾礦池等。F1斷裂為區(qū)域性逆斷層，斷層規(guī)模大，形成于元古代晚期至早古生代、中生代、新生代均有活動。該斷層西起陽平關(guān)東站嘉陵江左岸，東至勉西延伸長約60余km，勉西以東隱伏進(jìn)入漢中盆地。破碎帶寬50～300 m，最寬達(dá)320 m，斷帶物質(zhì)主要有：斷層泥、斷層角礫、碎裂巖等，斷帶內(nèi)地下水較發(fā)育。F1北盤蔣家山地區(qū)以片巖為主，而F1南盤向家坪地區(qū)以千枚巖為主，北盤巖性較南盤相對良好

本段既有線沿黑水河河谷走行，線形曲折，小半徑集中，坡度不足，路基邊坡高陡，橋隧工程設(shè)置條件差；既有路基邊坡開裂、隧道滲漏水及翻漿冒泥、軌道側(cè)磨等病害嚴(yán)重，曾多次中斷行車，每年雨季需耗費(fèi)大量人力、物力進(jìn)行看守、維修。隨著運(yùn)量的增長，既有線負(fù)荷越來越大，受“先天條件”限制，本段既有線運(yùn)營安全性會越來越差，特別是遭遇極端惡劣氣候時，情況將更為糟糕，每年投入的看守、維修成本也會越來越大，降低本線的經(jīng)濟(jì)效益，故本段增建第二線考慮廢棄既有線，新建雙線，以保證運(yùn)營安全、提高經(jīng)濟(jì)效益。所以本段增建第二線的方案研究均按照新建雙線進(jìn)行方案研究。

4.2.1.1 方案簡介

根據(jù)山區(qū)增建第二線地質(zhì)選線原則，沿線地形地質(zhì)情況，既有線工程設(shè)置，自北向南分別研究了4種方案，如圖1所示。

(1)北側(cè)雙繞方案，以長隧道走行于F1斷層上盤，小隧道過F1斷層至響水。新建線路長22.37 km，橋隧總長18.59 km/13座，橋隧比重為83.1%

(2)雙繞方案I，以長隧道走行于F1斷層上盤，路基過F1斷層。新建線路長度22.53 km，橋隧總長19.48 km/20座，橋隧比重為86.46%。

(3)雙繞方案Ⅱ，以長隧道走行于F1斷層上盤，以隧道穿F1斷層。新建線路長度24.73 km，橋隧總長21.33 km/29座，橋隧比重為86.3%。

(4)陽平關(guān)接軌雙繞方案，以長隧道取直走行于F1斷層下盤，以橋梁跨F1斷層。新建線路長度26.48 km，橋隧總長17.94 km/27座，橋隧比重67.75%

4.2.1.2 比選意見

各方案分為明線穿F1斷層和隧道穿越F1斷層兩種。其中隧道穿越F1分長隧道洞身穿F1和在F1斷帶內(nèi)設(shè)長隧洞口及短隧道穿F1斷層3種。各方案工程地質(zhì)條件見表1。

根據(jù)隧道進(jìn)、出口條件及巖性、不良地質(zhì)、穿越F1段落以及隧道淺埋等存在的地質(zhì)風(fēng)險因素考慮，雙繞方案I進(jìn)口條件較好，隧道洞身未穿越F1斷裂，巖性較好、存在地質(zhì)風(fēng)險小，地質(zhì)條件及工程可靠性較優(yōu)。故確定雙繞方案I作為本段的推薦方案。

4.2.2 西鄉(xiāng)至石泉段

西鄉(xiāng)至石泉約59 km，控制本段選線的主要地質(zhì)因素為區(qū)域內(nèi)發(fā)育的9條區(qū)域大斷裂，9條斷裂構(gòu)造走向與線路走向交角較小，斷帶內(nèi)夾有較多斷層泥礫。另外，漢江及其支流兩岸滑坡、錯落較為發(fā)育，第四系覆蓋層及基巖風(fēng)化層開挖也易發(fā)生溜坍、滑坡等不良地質(zhì)災(zāi)害。

圖1 陽平關(guān)至響水方案比選示意

本段既有線也屬河谷線，以橋隧工程為主走行于牧馬河、漢江兩岸，分別在茶鎮(zhèn)、石泉兩跨漢江。既有線受滑坡、錯落等由地質(zhì)病害引起的路基下沉、邊坡溜坍、隧道破底，橋涵裂損等病害非常嚴(yán)重。

表1 陽平關(guān)至響水線路比選方案地質(zhì)條件

4.2.2.1 方案簡介

根據(jù)山區(qū)增建第二線地質(zhì)選線原則，沿線地形地質(zhì)情況，既有線工程設(shè)置，自北向南分別研究了3個方案，如圖2所示。

(1) 沿既有線方案，沿既有線增建第二線，與倒騎龍斷層F6并行，未完全繞避滑坡、錯落等不良地質(zhì)。線路長度59.33 km，橋隧總長36.76 km/56座。最長隧道3.59 km。

(2) 經(jīng)白龍?zhí)寥≈狈桨?，二線遠(yuǎn)離既有線單繞，與F3、F4小角度相交，與F7、F8大角度相交。線路長度52.87 km，橋隧總長39.36 km/28座，最長隧道9.3 km。

(3)經(jīng)張嶺取直方案，二線遠(yuǎn)離既有線單繞，與F7、F8大角度相交。線路長度49.69 km，橋隧總長35.39 km/37座。最長隧道8.57 km。

圖2 西鄉(xiāng)至石泉方案比選示意

4.2.2.2 比選意見

線路走向盡可能避開斷裂帶或與其大角度相交，各方案與構(gòu)造走向及巖帶走向與線路走向大致相同，3個方案均與F6、F7、F8不可避免地相交。經(jīng)張嶺取直方案完全避開了F3、F4區(qū)域性斷裂，通過地層為玄武巖及輝長巖，巖性好，地質(zhì)條件較優(yōu)。經(jīng)白龍?zhí)寥≈狈桨妇€路與區(qū)域斷裂F3、F4相交，在區(qū)域斷帶內(nèi)穿越約450 m，地質(zhì)條件差。沿既有線方案與倒騎龍斷裂(F8)幾乎并行，受倒騎龍斷裂影響約600 m，方案走行于漢江沿岸，滑坡、錯落等不良地質(zhì)發(fā)育；有長約4 km段落存在水庫塌岸問題；工程地質(zhì)條件最差。

經(jīng)張嶺取直方案通過地層巖性好，完全繞避了區(qū)域性斷裂，較其余兩方案地質(zhì)風(fēng)險小，故確定經(jīng)張嶺取直方案作為本段推薦方案。

4.2.3 石泉至池河段

石泉至池河段約13 km，屬漢江峽谷中、低山區(qū)，河岸陡峻。沿漢江發(fā)育F9月河區(qū)域斷裂，其支斷裂也較為發(fā)育，既有線靠山側(cè)發(fā)育有滑坡等不良地質(zhì)。

4.2.3.1 方案比選

根據(jù)山區(qū)增建第二線地質(zhì)選線原則，沿線地形地質(zhì)情況，既有線工程設(shè)置，自北向南分別研究了3個方案，如圖3所示。

圖3 石泉至池河方案比選示意

(1)既有線左側(cè)取直方案，避開了F9斷裂帶，僅穿越了3條小的次級斷裂。新建線路長度12.03 km，橋隧總長7.74 km。

(2)既有線右側(cè)取直方案，與F9斷裂小角度相交。線路長度11.68 km，橋隧總長8.18 km。

(3)沿既有線方案，與F9區(qū)域斷裂小角度相交兩次，以隧道工程通過斷裂。新建線路長度12.64 km，橋隧總長4.57 km。

4.2.3.2 比選意見

沿既有線方案在馬嶺關(guān)附近與F9區(qū)域斷裂小角度相交兩次，線路以隧道工程通過，隧道在斷裂帶中段落較長，圍巖巖性條件較差，因該斷層內(nèi)水量較大，存在較大安全隱患，地質(zhì)情況較差。既有線右側(cè)取直方案與F9斷裂小角度相交，隧道有約400 m位于斷帶中，地質(zhì)情況較差。既有線左側(cè)取直方案出站后跨越漢江，走行于漢江東側(cè)，避開了F9斷裂帶，僅穿越了3條小的次級斷裂，工程地質(zhì)條件較好，優(yōu)于其余兩方案。因此，確定既有線左側(cè)取直方案作為本段推薦方案。

5 結(jié)語

改建既有線及增建第二線線路設(shè)計制約因素多，尤其是早期建設(shè)的山區(qū)單線項目，受當(dāng)時經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平和設(shè)計、施工能力的限制，一般既有線標(biāo)準(zhǔn)較低，長期超負(fù)荷運(yùn)營，致使線路工程病害較多，運(yùn)輸能力小、抵御自然災(zāi)害能力弱，運(yùn)營成本高，因此在增建第二線或提速改造時要重視工程地質(zhì)條件，要掌握地質(zhì)選線原則，特別是地形、地質(zhì)復(fù)雜地段鐵路選線更應(yīng)該充分掌握并合理運(yùn)用地質(zhì)選線原則，這樣才能夠選出一條經(jīng)濟(jì)、合理的鐵路線路，也能夠為該鐵路以后的施工、運(yùn)營安全打下良好的基礎(chǔ)。

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Research on Geological Route Selection for Yangpingguan-Ankang Railway Second Line

WANG Tao

(China Railway First Railway Survey and Design Institute Group Co. Ltd.， Xi’an 710043， China)

With the construction of a large number of mountain railways in our country， research on geological route selection becomes more important. Yang-An railway， passing the Micang mountain and Daba mountain is a typical railway in mountain area. Geological route selection plays a key role in reducing post-survey and design difficulties， cutting down investment and lowering ongoing maintenance costs. This paper is aimed at the principle of route selection with respect to the second line passing river valley and regional faults．Research conclusions: (1) In the process of geological route selection， remote sensing， geological mapping and drilling are employed to identify engineering geological conditions along the line. (2) The main decisive factors of engineering geological conditions in route selecting are regional faults， landslide and other unfavorable geological areas. The railway line shall pass faults at a big angle with simple engineering， and other unfavorable geological areas shall be bypassed. (3)Based on the experiences accumulated in route selection in mountain area， the principle for geological route selection and alignment is proposed. (4) With comparison of the route selection schemes for Yangpingguan-Xiangshui， Xixiang-Shiquan and Shiquan-Chihe railway lines， route selection scheme for Yang-An railway is obtained．

Mountain railway; Additional second line; Railway route selection; Geology; Fault

2014-12-03；

2014-12-10

汪濤(1983-)，男，工程師， 2005年畢業(yè)于蘭州交通大學(xué)鐵道與道路工程專業(yè)，工學(xué)學(xué)士，E-mail：wt198347@163.com。

1004-2954(2015)07-0003-06

U212.32

A

10.13238/j.issn.1004-2954.2015.07.002