1.概況

西安至成都客運(yùn)專(zhuān)線跨越嘉陵江地段屬于構(gòu)造侵蝕峽谷區(qū)，線路自川陜界附近的寧強(qiáng)站接出，西南向穿越大巴山-四川盆地陡降段至嘉陵江河谷，跨江后沿右岸寶成鐵路通道接入既有廣元站，受客專(zhuān)線線路參數(shù)和前后站位控制，跨江位置被局限在嘉陵江邊須家河村上下游約3.5km的區(qū)域。兩岸地勢(shì)陡峻，危巖落石、巖堆及滑坡堆積體、采空區(qū)等不良地質(zhì)強(qiáng)烈發(fā)育。本段河流有三級(jí)通航要求，右岸分布既有寶成鐵路，左岸分布川陜二級(jí)公路及高速公路，線位和工程布置較為困難。深入研究了上、中、下游方案，上、下游方案均存在不能確保徹底整治的不良地質(zhì)安全隱患，最終找出了在工程上可實(shí)施的中游方案：繞避了不可根治的不良地質(zhì)，妥善處置了與既有工程的相互干擾，并對(duì)可治理的不良地質(zhì)進(jìn)行了整治，可滿足行洪及通航要求。

2.工程地質(zhì)條件

2.1 地形地貌

嘉陵江河面寬100m～200m，河床平均縱坡約3.8‰，雨季水深約6m，旱季約3m。兩岸山坡自然坡度平均40°以上，相對(duì)高差大于800m，軟質(zhì)巖多形成相對(duì)緩坡，硬質(zhì)巖多形成陡坎、陡崖。

2.2 地層巖性與地質(zhì)構(gòu)造

第四系全新統(tǒng)人工棄填土主要沿既有寶成鐵路、川陜二級(jí)公路分布，厚度為2m～10m；沖洪積粉質(zhì)黏土、粉細(xì)砂、粗圓礫土沿嘉陵江河床及漫灘分布，厚度為8m～20m；坡崩積及滑坡堆積塊石土、碎石土、黏性土,厚度為10m～35m，沿部分緩坡及槽谷地帶分布。

基巖主要為侏羅系（J）、三疊系（T）泥頁(yè)巖、砂巖、泥灰?guī)r、灰?guī)r。由新至老依次是：侏羅系中統(tǒng)沙溪廟組（J2s）泥巖夾砂巖，千佛崖組（J2q）泥巖、砂巖、礫巖，下統(tǒng)侏羅系中統(tǒng)白田壩組（J1b）砂巖、泥巖、礫巖。三疊系上統(tǒng)須家河組（T3xj）第一、三、五段泥頁(yè)巖夾煤層（線），其中一段含煤一層，煤層厚0.2m～0.8m，煤層穩(wěn)定性差；三段含煤線，不具開(kāi)采價(jià)值；五段含煤3層～8層，煤厚0.15m～1.5m，平均厚度為0.75m，煤層穩(wěn)定性較好，為主要開(kāi)采煤層；第二、六、四段主要為中厚層巖屑石英砂巖。三疊系中統(tǒng)雷口坡組（T2l）厚層灰?guī)r、白云巖夾鈣質(zhì)泥巖、鹽溶角礫巖；下統(tǒng)嘉陵江組（T1j）灰?guī)r、白云巖夾鹽溶角礫巖、鈣質(zhì)泥巖、石膏；下統(tǒng)銅街子組（T1t）鈣質(zhì)頁(yè)巖、泥灰?guī)r、薄層灰?guī)r。

測(cè)區(qū)屬于揚(yáng)子準(zhǔn)地臺(tái)西北邊緣地帶，位于近東西向的米倉(cāng)山臺(tái)穹西緣，處于北東向與東西向兩構(gòu)造的結(jié)合部位。段內(nèi)為單斜巖層構(gòu)造，巖層產(chǎn)狀N76°～79°W/22°～26°SW，局部小撓曲發(fā)育。節(jié)理主要發(fā)育兩組：N66°～59°W/59°～86°NE、N18°～19°E/56°～66°SE。

2.3 不良地質(zhì)

2.3.1 復(fù)雜煤窯采空區(qū)

現(xiàn)場(chǎng)調(diào)繪發(fā)現(xiàn)，嘉陵江右岸須家河村附近山坡上分布著陳舊的煤矸石，從江邊往上主要分布4個(gè)煤窯（參見(jiàn)圖1）。1#煤窯井口完好，未封閉；2#井口已自然坍塌，井口處形成凹槽負(fù)地形；3#、4#采用人工砌石封堵。4個(gè)煤窯井口相距90m～190m，相鄰井口高差15m～39m。1#煤窯井口距嘉陵江邊約40m，高出嘉陵江洪水位約10m。井口巷道寬約2.0m，高約1.8m，S80°W方向延伸，坡率約1‰。圍巖為中厚層砂巖、泥巖，井壁未作防護(hù)，延伸約10m后巷道部分坍塌。底部常年有地下水流出，流量約1.8L/s，水質(zhì)清澈，水痕現(xiàn)鐵銹色。

據(jù)了解，小煤窯最早于清朝開(kāi)采，作為居民生活燃料使用。由于開(kāi)采效率低、風(fēng)險(xiǎn)大，容易采掘的煤層已近枯竭，上個(gè)世紀(jì)80年代已陸續(xù)停止。1#煤窯主巷道掘進(jìn)約1200m，2#約1500m，3#約1200m，4#煤窯約600m。上述煤窯采煤井巷相互已部分連通。由于小煤窯開(kāi)采所預(yù)留的保安煤柱較多，采空區(qū)埋深較大，采空區(qū)塌陷尚未影響到地表。采空區(qū)投影地面地勢(shì)陡峻，多為懸崖峭壁，難于開(kāi)展有效的勘察作業(yè)。

圖1 西成客專(zhuān)嘉陵江峽谷段工程地質(zhì)平面圖（比例1:2.5萬(wàn)）

另外，團(tuán)隊(duì)收集了右岸研究區(qū)附近的煤礦資料，多為上世紀(jì)八、九十年代設(shè)立，有正式的勘察、設(shè)計(jì)、采煤記錄等資料。采空區(qū)距離研究區(qū)較遠(yuǎn)，對(duì)線路方案沒(méi)有影響。

嘉陵江左岸山坡上分布較多廢棄的小煤窯井口，沒(méi)有形成規(guī)模開(kāi)采。附近的南橋煤礦（平硐標(biāo)高500m）規(guī)模開(kāi)采了10余年，在左岸研究區(qū)形成了較大規(guī)模的采空區(qū)。

2.3.2 巖堆及古滑坡堆積體

須家河村分布于嘉陵江右岸須家河1#巖堆及古滑坡堆積體上，間隔一個(gè)山梁，其下游約300m處分布有須家河2#巖堆及古滑坡。

須家河1#巖堆體軸向約呈NW85°向分布，與巖層走向近乎一致，長(zhǎng)約1285m，寬約190m，面積約24.4萬(wàn)m2，厚度2m～30m，體積約366萬(wàn)m3。物質(zhì)成份由粉質(zhì)黏土、角礫土、碎石土及塊石土組成。巖堆體形成后，下部受嘉陵江沖刷形成須家河1#古滑坡?；露逊e體平面上呈扇形，軸向長(zhǎng)約175m，中部寬約75m，下部寬約100m，面積約1.2m2，厚度10m～29m，體積約25萬(wàn)m3，物質(zhì)成份主要為塊石土、碎石土、粉質(zhì)黏土，前緣多為塊石、孤石?；麦w后緣、周邊邊界形態(tài)尚可辨認(rèn)，前緣向嘉陵江突出?；麦w上植被發(fā)育良好，多分布大型喬木，表明該滑坡形成時(shí)間較長(zhǎng)，在自然條件下，滑坡穩(wěn)定性較好，未發(fā)現(xiàn)變形跡象。寶成鐵路以小挖小填從其前緣通過(guò)，僅工程邊坡設(shè)擋墻防護(hù)，未對(duì)滑坡進(jìn)行整體加固處理。

圖2 C1K方案嘉陵江右岸隧道地質(zhì)縱斷面示意圖

須家河2#巖堆體軸向呈NW80°向分布，長(zhǎng)約675m，寬度約148m，面積約8.6萬(wàn)m2，厚度10m～25m，體積約155萬(wàn)m3。物質(zhì)成份由粉質(zhì)黏土、角礫土、碎石土及塊石土組成，粉質(zhì)黏土占比較大。巖堆體下部受嘉陵江沖刷，形成須家河2#古滑坡?；露逊e體軸向SE向，長(zhǎng)約385m，面積約5.3萬(wàn)m2，厚度10m～25m，體積約95萬(wàn)m3。物質(zhì)成分主要為碎石土、粉質(zhì)黏土。前緣以細(xì)粒土為主，受江水浸泡軟化，滑坡穩(wěn)定性不如須家河1#滑坡堆積體。寶成鐵路以小填方通過(guò)本滑坡前部，在靠山側(cè)設(shè)置了8根抗滑樁。

2.3.3 危巖落石

危巖落石為該地區(qū)交通工程廣泛存在的不良地質(zhì)現(xiàn)象。寶成鐵路已通車(chē)數(shù)10年，工務(wù)部門(mén)一直采取清除、支頂、鑲補(bǔ)等措施處理，嚴(yán)重地段內(nèi)移改設(shè)隧道，目前仍有不少段落受到危巖落石威脅。該區(qū)屬于構(gòu)造侵蝕山區(qū)，地形切割劇烈、地勢(shì)陡峻，嘉陵江兩岸多為單面坡，相對(duì)高差達(dá)數(shù)百米，多懸崖陡壁。組成巖體為中生界侏羅系、三疊系軟硬相間地層，受構(gòu)造及風(fēng)化應(yīng)力作用，巖體切割嚴(yán)重、破碎，軟、硬巖差異風(fēng)化明顯，軟巖常形成凹腔，使得其上部硬巖形成突出“懸臂”危巖。危巖落石主要有兩種類(lèi)型：“基巖凌空側(cè)危巖”和斜坡上的“孤石危巖”。“基巖凌空側(cè)危巖”是主要類(lèi)型，分布點(diǎn)多面廣、落差大、危害嚴(yán)重，且潛在新的危巖落石在不斷的孕育生成之中；定位困難，極易漏判，且整治難度極大，整治可靠度難于保證；嚴(yán)重的“基巖凌空側(cè)危巖”往往控制線路方案是否可行?！肮率r”為“基巖凌空側(cè)危巖”崩落，分布于較陡的斜坡上形成，受摩擦力作用及周?chē)鷺?shù)木支擋而處于臨時(shí)穩(wěn)定狀態(tài)；數(shù)量總體有限，可準(zhǔn)確定位，可采用分解、清除、固定等多種方法徹底處置，一般不影響線路方案的成立。

3.工程地質(zhì)選線研究

3.1 上游大角度跨越嘉陵江方案

嘉陵江上游大角度跨越方案位于須家河村上游約2.5km，河流寬約90m。線路以長(zhǎng)度5580m隧道穿越至嘉陵江左岸，線路與嘉陵江交角約40°，以98.5m+144m+98.5m連續(xù)梁跨越川陜二級(jí)路、川陜高速公路、嘉陵江及寶成鐵路，橋梁長(zhǎng)度360m，后以長(zhǎng)度3822m右岸傍河隧道通過(guò)嘉陵江峽谷區(qū)，再次大角度跨越川陜二級(jí)路及高速公路，以橋梁方式沿階地接入廣元車(chē)站。該方案不影響河流的行洪與通航，除了施工期間加強(qiáng)安全防護(hù)，不需要改建既有二專(zhuān)路、川陜高速公路和寶成鐵路。

該方案除了跨越嘉陵江和既有工程的諸多優(yōu)點(diǎn)外，還在嘉陵江右岸完全避開(kāi)了須家河1#、2#滑坡體及2#巖堆體；從1#巖堆體下方穿過(guò)，巖堆體對(duì)隧道基本沒(méi)有影響。

該方案最大的問(wèn)題在于隧道穿越歷史久遠(yuǎn)的小煤窯采空區(qū)系統(tǒng)，以及嘉陵江兩岸嚴(yán)重的危巖落石危害。

C1K390+780～C1K391+080段穿過(guò)采空區(qū)，線路長(zhǎng)度約300m，采空區(qū)上界面位于路肩高程以上約50m，下界面位于路肩高程以下約40m。采空區(qū)無(wú)檔案資料，也難于采用勘探手段查明，不具備完全可靠的整治措施與手段。由于客專(zhuān)線采用無(wú)砟軌道，沉降控制要求十分嚴(yán)格，一旦采用該方案，將給運(yùn)營(yíng)安全帶來(lái)巨大潛在風(fēng)險(xiǎn)。

嘉陵江左岸隧道出口上方對(duì)線路有影響的危巖分布面積約8.9萬(wàn)m2，單處危巖最大體積約30m3，最高處危巖距線路落差近500m。右岸隧道進(jìn)口上方對(duì)線路有影響的危巖分布面積約4.7萬(wàn)m2，單處危巖最大體積約18m3，最高處危巖距線路落差近350m。上述危巖落石治理成本高昂、難度極大，整治可靠性難于保證。由于存在采空區(qū)和危巖落石兩項(xiàng)致命缺陷，盡管存在眾多優(yōu)點(diǎn)，C1K 線路方案不得不被放棄。

3.2 下游小角度跨越嘉陵江方案

線路在須家河村下游約1.3km附近跨越嘉陵江（CK2、CK3方案），兩個(gè)方案存在的根本問(wèn)題與大角度跨越嘉陵江方案經(jīng)過(guò)采空區(qū)情況相似，隧道穿越了嘉陵江左岸的煤層采空區(qū)，采空區(qū)位于路肩以下，且存在穿越鄉(xiāng)鎮(zhèn)、拆遷量大、與既有交通工程沖突、嘉陵江通航、行洪干擾大、靠近千佛崖文物保護(hù)區(qū)等諸多難于解決的問(wèn)題，因此，該方案不能成立。

3.3 中游較小角度跨越嘉陵江方案及主要工程措施

線路以較小角度在須家河村附近跨江（DK線），左岸隧道出口位于大角度跨越方案下游約1.5km的平緩山脊，消除嚴(yán)重落石危害；右岸以最下部的1#煤窯井口為控制點(diǎn)，線路完全避開(kāi)采空區(qū)影響。跨越嘉陵江后，以短隧道穿過(guò)一小山梁，接一段路基，之后以廣元特大橋沿寶成鐵路外側(cè)接入廣元車(chē)站。該方案成功躲避了采空區(qū)和嚴(yán)重危巖落石，但線路與河流交角較小，一定程度上對(duì)嘉陵江行洪及通航存在影響；工程布置受既有二專(zhuān)路、高速公路、寶成鐵路干擾大；線路經(jīng)過(guò)古滑坡堆積體，局部地段仍然需要對(duì)一般的危巖落石進(jìn)行處理。通過(guò)深入研究，采用工程措施可以逐一妥善解決這些問(wèn)題。

3.3.1 優(yōu)化孔跨布置滿足嘉陵江行洪及通航要求

優(yōu)化橋墩臺(tái)布置，采用76m+144m+76m的連續(xù)梁組合，行洪凈寬達(dá)133m，通航凈寬達(dá)70m，滿足了行洪及通航要求。

3.3.2 局部改建川陜二級(jí)路及大跨跨越川陜高速公路

線路與川陜二級(jí)路、川陜高速公路第一次相交交角僅約15°，向靠山側(cè)局部改建二專(zhuān)路，將其中一個(gè)主墩設(shè)置于原二專(zhuān)路上，采用144m梁跨越川陜高速公路。第二次與川陜二專(zhuān)路及高速公路為大角度交叉，線路以橋梁從川陜高速公路兩個(gè)墩之間穿過(guò)，拆除一個(gè)二專(zhuān)路沖突橋墩而改建為門(mén)式墩結(jié)構(gòu)。

3.3.3 局部改建寶成鐵路

圖3 須家河1#滑坡堆積體抗滑樁示意圖

圖4 須家河2#滑坡堆積體抗滑樁示意圖

西成線與既有寶成鐵路在1150m范圍兩次交叉，交叉角度小于15°，之間線路位于寶成鐵路上方，線間距約20m。工程主要為67m路塹、250m隧道，其余為橋梁工程，地勢(shì)橫坡陡。首先研究了既有線施工防護(hù)方案，防護(hù)方案實(shí)施難度及成本大，同時(shí)由于寶成鐵路安全運(yùn)營(yíng)可靠性仍然難于確保，西成線施工場(chǎng)地、便道等作業(yè)安排與防護(hù)工程相互嚴(yán)重干擾，該防護(hù)方案不能成立。采用局部改移寶成鐵路方案，改建線路長(zhǎng)度2.298km，工程主要為一座長(zhǎng)為1305m向山側(cè)內(nèi)移隧道，其余為路基。先進(jìn)行寶成鐵路改線施工，改線段投入使用后，再進(jìn)行西成線施工。

3.3.4 加固滑坡堆積體

如前所述，采空區(qū)和嚴(yán)重危巖落石是不得不完全繞避的不良地質(zhì)體，線路已不可能再完全繞避須家河1#、2#古滑坡堆積體。通過(guò)綜合勘察，查明了堆積體性質(zhì)，評(píng)估確認(rèn)古滑坡堆積體形成時(shí)間長(zhǎng)、自穩(wěn)性較好，不控制線路方案成立?？紤]客專(zhuān)線安全的極端重要性以及橋梁基礎(chǔ)幾乎不能承受剪切變形作用，更主要的是滑坡前緣嘉陵江的沖蝕作用風(fēng)險(xiǎn)因素一直存在，最終確定主要采用抗滑樁對(duì)滑坡堆積體進(jìn)行可靠加固，并配套設(shè)置完善的地面截排水系統(tǒng)，確保橋梁工程安全。加固代表性斷面，見(jiàn)圖3、圖4。

3.3.5 徹底治理危巖落石

該方案已避開(kāi)嚴(yán)重危巖落石區(qū)，僅嘉陵江特大橋成都端約90m線路右側(cè)地勢(shì)逐漸變陡，平均坡度約40°，山坡上分布數(shù)十塊直徑0.5m～3m孤石，位置最高處孤石距離線路高差約90m。對(duì)這些孤石采取清除處理，對(duì)接近陡坡段墩臺(tái)設(shè)置遮擋防撞棚洞，對(duì)其進(jìn)行可靠防護(hù)。

4.小結(jié)

現(xiàn)場(chǎng)調(diào)繪發(fā)現(xiàn)小煤窯和煤矸石跡象，通過(guò)深入調(diào)查、收集資料后了解到嘉陵江河谷須家河村附近河谷右岸隱藏的歷史久遠(yuǎn)的復(fù)雜小煤窯采空區(qū)系統(tǒng)。采空區(qū)多為懸崖峭壁，地面地勢(shì)陡峻，沒(méi)有技術(shù)手段可查明線路通過(guò)地段采空區(qū)情況，評(píng)估認(rèn)為整治措施存在不確定、不可控風(fēng)險(xiǎn)。結(jié)合該采空區(qū)特點(diǎn)，以其最低處煤窯井口為安全邊界控制點(diǎn)，線位徹底繞避采空影響區(qū)。線路避開(kāi)危巖落石嚴(yán)重地段，對(duì)輕微危巖落石采取清除、棚洞等強(qiáng)化措施進(jìn)行徹底治理?？紤]到客專(zhuān)線的重要性和橋梁樁基受力特點(diǎn)，綜合分析古滑坡堆積體特征和潛在風(fēng)險(xiǎn)因素，采用以抗滑樁為主的措施予以加固，徹底消除安全隱患。不良地質(zhì)綜合發(fā)育地段的工程地質(zhì)工作，應(yīng)充分收集既有資料，進(jìn)行詳細(xì)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)繪和調(diào)查，特別注意不要疏忽潛在的不良地質(zhì)跡象。堅(jiān)決繞避不能徹底治理的不良地質(zhì)體，線路從影響小、處理相對(duì)容易、治理綜合成本低的地段通過(guò)，并對(duì)有影響的不良地質(zhì)體進(jìn)行徹底整治與加固，確保客專(zhuān)線安全。