朱 濤

(中鐵工程設(shè)計(jì)咨詢集團(tuán)有限公司，北京 100055)

鄂西、渝東區(qū)域內(nèi)不良地質(zhì)廣布，巖溶、巖溶水(暗河)、卸荷式地質(zhì)災(zāi)害、采空區(qū)、高地應(yīng)力與軟巖變形等均有發(fā)育。尤其是野三關(guān)、云霧山、齊岳山、方斗山等地段，巖溶強(qiáng)烈發(fā)育區(qū)、大型滑坡(崩塌)和高勢能危巖落石等控制線路走向方案。因此，在該區(qū)域修建鐵路難度較大。為了有效降低不良地質(zhì)的影響，必須貫徹地質(zhì)選線理念，查清不良地質(zhì)分布范圍，并采取相應(yīng)的工程措施。已有學(xué)者開展相關(guān)研究，彭學(xué)理對(duì)宜萬鐵路復(fù)雜不良地質(zhì)地段進(jìn)行線路方案比選，當(dāng)線路通過巖堆、危巖落石集中發(fā)育地段等不良地質(zhì)體且難以規(guī)避時(shí)，宜采用多方案綜合比選，按照“兩害相權(quán)取其輕”的原則選擇合理的線路方案[1]；展志成在伊寧至阿克蘇鐵路南天山越嶺方案研究中，對(duì)南天山西、中、東3個(gè)越嶺方案進(jìn)行分析，從越嶺埡口、越嶺高程、越嶺隧道長度、工程地質(zhì)條件及工程投資進(jìn)行比較，推薦工程條件較好、投資省的中方案[2]。宜涪高鐵所經(jīng)過區(qū)域內(nèi)巖溶發(fā)育強(qiáng)烈，如何在穿越巖溶區(qū)是本線的重難點(diǎn)，結(jié)合有“鐵路橋隧博物館”之稱的既有宜萬鐵路的案例[3]，對(duì)宜涪高鐵宜昌至恩施段線路走向進(jìn)行深入研究。

1 概述

宜昌至涪陵高速鐵路(簡稱“宜涪高鐵”)，位于湖北省西部、重慶市中東部。項(xiàng)目東端銜接武漢至宜昌高速鐵路，西端經(jīng)重慶樞紐與成都至重慶中線高速鐵路貫通，通過渝萬城際與成渝高鐵連通，設(shè)計(jì)速度為350 km/h，是沿江高速鐵路通道的主干線路，線路正線全長448 km[4]。

宜涪高鐵的建設(shè)可支撐長江經(jīng)濟(jì)帶發(fā)展，促進(jìn)長三角、長江中游、成渝三大城市群協(xié)調(diào)發(fā)展；形成的沿江高鐵主通道，完善長江經(jīng)濟(jì)帶高標(biāo)準(zhǔn)高鐵網(wǎng)絡(luò)布局；提升沿江通道客運(yùn)能力和服務(wù)質(zhì)量，釋放沿江既有鐵路通道貨運(yùn)能力。宜涪高鐵地理位置見圖1。

圖1 宜涪高鐵地理位置示意

2 沿線自然特征

2.1 地形地貌

宜涪高鐵位于鄂西渝東中低山區(qū)，溝谷深切，地形陡峻，地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜，海拔500～1 800 m，分布有較為典型的利川、恩施和建始3個(gè)規(guī)模較大的山間盆地，相對(duì)高差一般在200～800 m。沿線分布有天陽坪、仙女山、新華、建始-恩施、齊岳山、方斗山等多處斷裂及斷裂束，東部長陽東西向褶皺帶、西部北東向弧形褶皺帶[5-8]。區(qū)內(nèi)不良地質(zhì)廣布，巖溶、巖溶水發(fā)育強(qiáng)烈。

區(qū)域內(nèi)滑坡、錯(cuò)落、崩塌、危巖落石、巖堆、順層滑動(dòng)、采空區(qū)、有害氣體、高地應(yīng)力與軟巖變形等也較為發(fā)育；巖溶強(qiáng)烈發(fā)育區(qū)、大型滑坡、崩塌與高勢能危巖落石較為普遍[9-12]，其典型地貌見圖2。

圖2 低山重丘區(qū)典型地貌

2.2 水文地質(zhì)特征及主要河流

研究區(qū)水系較發(fā)育，主要為長江、龍河、清江及其支流。地表水量豐富但分布極不均勻，廣大的碳酸鹽巖區(qū)“喀斯特干旱”較為嚴(yán)重。地下水類型主要有第四系孔隙水、基巖裂隙水及巖溶水。一般地段為重碳酸、硫酸鈣、鎂水，水質(zhì)較好，含煤、石膏地層中地下水水質(zhì)對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)具侵蝕性。

2.3 環(huán)境敏感點(diǎn)

本區(qū)段內(nèi)，分布有長江湖北宜昌中華鱘自然保護(hù)區(qū)、湖北長陽清江地質(zhì)公園、清江白甲魚水產(chǎn)種質(zhì)資源保護(hù)區(qū)、長陽清江風(fēng)景名勝區(qū)、湖北長陽清江濕地公園、湖北五峰地質(zhì)公園、重慶龍河濕地公園、長江三峽風(fēng)景名勝區(qū)以及長江重慶段四大家魚水產(chǎn)種質(zhì)資源保護(hù)區(qū)等多處環(huán)境敏感區(qū)。

線路走向方案研究中，應(yīng)盡量繞避自然保護(hù)區(qū)、風(fēng)景名勝區(qū)、水利風(fēng)景區(qū)、濕地公園、森林公園、地質(zhì)公園、飲用水源保護(hù)區(qū)、文物保護(hù)單位及生態(tài)保護(hù)紅線等環(huán)境敏感區(qū)[13-18]。受線路走向、站位選擇、不良地質(zhì)區(qū)域分布等因素限制，若線路走向、站位方案難以繞避，應(yīng)加強(qiáng)工程處理措施，最大限度地減少對(duì)其的影響。

3 野三關(guān)至建始段方案研究

宜涪高鐵是鞏固沿線武陵山片區(qū)經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展脫貧成果的重要交通干線，線路應(yīng)盡量經(jīng)過縣級(jí)及以上城市；沿線位于鄂西渝東中低山區(qū)，地形陡峻，地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜，不良地質(zhì)廣布，巖溶、巖溶水發(fā)育強(qiáng)烈。根據(jù)既有宜萬鐵路運(yùn)營統(tǒng)計(jì)資料，首先對(duì)宜萬鐵路隧道涌水以及病害較多的野三關(guān)至建始段進(jìn)行深入研究。

野三關(guān)至建始段線路穿越陽雀山、坳角山和蔡家山，地勢中間高兩端低，海拔高差達(dá)800 m，地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜，巖溶強(qiáng)烈發(fā)育，地下水豐富，根據(jù)既有宜萬鐵路施工、運(yùn)營期的統(tǒng)計(jì)資料，野三關(guān)、大支坪兩座隧道巖溶發(fā)育，發(fā)生的涌水病害較多[11]。因此，沿既有宜萬鐵路通道方案中野三關(guān)至建始段是最為復(fù)雜的一段，為確保沿既有宜萬鐵路通道方案可行，研究了沿高速公路、沿宜萬鐵路、取直和北繞野三關(guān)4個(gè)方案，見圖3。地質(zhì)巖溶分布及剖面情況見圖4、圖5。

圖5 Ⅰ-Ⅰ剖面示意

3.1 從工程地質(zhì)條件分析

沿高速公路方案：并行滬渝高速公路通道，以高橋、短隧形式穿越巖溶強(qiáng)烈發(fā)育區(qū)，線路縱斷面高程大部分走行于水平循環(huán)帶以上，利用其降水漏斗穿行，工程地質(zhì)條件較好。

沿宜萬鐵路方案：并行宜萬鐵路野三關(guān)和大支坪隧道穿越巖溶強(qiáng)烈發(fā)育區(qū)，線路縱斷面高程局部位于水平循壞帶以下，特別是該段既有宜萬鐵路施工、運(yùn)營期間涌水病害較多，工程條件較差。

取直方案：主要以長大隧道穿過巖溶強(qiáng)烈發(fā)育區(qū)，線路縱斷面高程局部位于水平循壞帶以下，涌水風(fēng)險(xiǎn)高且處理難度大，工程地質(zhì)條件最差。

北繞方案：沿著巖溶發(fā)育區(qū)的邊緣走行，線路所經(jīng)地區(qū)巖溶、暗河等不良地質(zhì)相對(duì)較小，工程地質(zhì)條件最好。

綜上，在工程地質(zhì)條件方面，北繞方案最優(yōu)、沿高速公路方案其次，另外兩個(gè)方案工程地質(zhì)條件均較差，后續(xù)施工、運(yùn)營風(fēng)險(xiǎn)較大。

3.2 從環(huán)保方面分析

沿高速公路方案、取直方案均繞避了各類環(huán)境敏感區(qū)，沿宜萬鐵路方案穿越了大支坪鎮(zhèn)鴉鵲溝水源地保護(hù)區(qū)二級(jí)區(qū)，北繞方案穿越巴東縣野三關(guān)鎮(zhèn)兩溪坪村水源地保護(hù)區(qū)二級(jí)區(qū)。

3.3從線路長度、工程投資分析

取直方案線路長度最短、工程投資最省，較沿高速公路方案短2.08 km、工程投資節(jié)省3.54億元；沿宜萬鐵路方案較沿高速公路方案線路長度長1.84 km、工程投資高3.17億元；北繞方案較沿高速公路方案線路長度長10.42 km、工程投資高17.74億元。方案主要工程數(shù)量及投資比較見表1。

表1 主要工程數(shù)量及投資比較

3.4 小結(jié)

沿高速公路方案并行滬渝高速公路通道，以高橋、短隧形式穿越巖溶強(qiáng)烈發(fā)育區(qū)，工程地質(zhì)條件相對(duì)較好，且線路長度較短、工程投資較低；在對(duì)環(huán)境敏感區(qū)無影響，因此，野三關(guān)至建始段推薦采用沿高速公路方案。

4 宜昌至恩施線路方案研究

在對(duì)沿宜萬鐵路方案中地質(zhì)條件較為復(fù)雜的野三關(guān)至建始段研究中確定了沿高速公路方案。根據(jù)宜昌至恩施段經(jīng)濟(jì)據(jù)點(diǎn)、地形地貌、不良地質(zhì)和環(huán)境敏感點(diǎn)分布等因素，結(jié)合沿著既有宜萬鐵路、清江廊道的相對(duì)關(guān)系，研究了經(jīng)五峰、鶴峰北方案，沿宜萬鐵路方案，經(jīng)秭歸、建始方案，經(jīng)五峰、鶴峰方案和沿清江方案5個(gè)走向方案，見圖6。

圖6 宜昌至恩施段走向方案示意

4.1 方案說明

經(jīng)五峰、鶴峰北方案：線路自在建宜昌至鄭萬聯(lián)絡(luò)線金巴嶺線路所引出后西行，跨越長江后依次經(jīng)過長陽縣、五峰縣、鶴峰縣北部、恩施市后至既有利川站。新建線路長度為261.20 km。

沿宜萬鐵路方案：線路自在建宜昌至鄭萬聯(lián)絡(luò)線金巴嶺線路所引出后西行，跨越長江后沿宜萬鐵路依次經(jīng)過長陽縣、建始縣、恩施市后至既有利川站。新建線路長度為256.73 km。

經(jīng)秭歸、建始方案：線路自在建宜昌至鄭萬聯(lián)絡(luò)線新設(shè)三里崗線路所引出，跨越長江后西行，依次經(jīng)秭歸縣、長陽縣、巴東縣、建始縣、恩施市后至既有利川站。新建線路長度為260.76 km。

經(jīng)五峰、鶴峰方案：線路自在建宜昌至鄭萬聯(lián)絡(luò)線金巴嶺線路所引出后西行，跨越長江后依次經(jīng)過長陽縣、五峰縣、鶴峰縣、恩施市后至既有利川站。新建線路長度為293.80 km。該方案線路長度和運(yùn)營時(shí)間長，與項(xiàng)目功能定位不匹配，故予以舍棄。

沿清江方案：線路自在建宜昌至鄭萬聯(lián)絡(luò)線金巴嶺線路所引出后西行，跨越長江后依次經(jīng)過長陽縣、巴東縣、建始縣、恩施市后至既有利川站。新建線路長度為250.23 km。該方案吸引客流條件最差，故予以舍棄。

前3個(gè)方案主要工程數(shù)量及投資比較見表2。

表2 主要工程數(shù)量及投資比較

4.2 方案優(yōu)缺點(diǎn)分析

(1)從區(qū)域鐵路網(wǎng)布局合理性分析

經(jīng)五峰、鶴峰北方案與宜萬鐵路拉開間距，區(qū)域路網(wǎng)布局合理；沿宜萬鐵路方案與宜萬鐵路并行，功能重疊，區(qū)域路網(wǎng)布局合理性較差；經(jīng)秭歸、建始方案走行于既有宜萬線和在建鄭萬高鐵之間，部分區(qū)段功能重疊，區(qū)域路網(wǎng)布局合理性最差。

(2)從經(jīng)濟(jì)據(jù)點(diǎn)及吸引客流分析

3個(gè)方案在輻射經(jīng)濟(jì)據(jù)點(diǎn)方面均是5個(gè)縣級(jí)以上城市，其中未通鐵路的經(jīng)濟(jì)據(jù)點(diǎn)為秭歸、五峰2個(gè)縣。秭歸縣距宜昌市約50 km，是渝東鄂西的交通樞紐，作為長江上游的交通咽喉，境內(nèi)擁有長江黃金水道64 km、高速公路2條，縣城及周邊交通便捷、路網(wǎng)密布。五峰縣屬國家武陵山集中連片特困地區(qū)，是土家族少數(shù)民族聚居地區(qū)，也是全國首批革命老區(qū)縣，五峰縣域海拔高度為100～2 500 m，地形、地勢起伏較大，較為落后的交通對(duì)縣域經(jīng)濟(jì)造成嚴(yán)重制約和影響。因此，經(jīng)五峰、鶴峰北方案能更好地帶動(dòng)五峰縣經(jīng)濟(jì)發(fā)展，也能適當(dāng)兼顧鶴峰縣的客流。各方案經(jīng)由經(jīng)濟(jì)據(jù)點(diǎn)及人口覆蓋情況見表3。

表3 經(jīng)由經(jīng)濟(jì)據(jù)點(diǎn)及人口覆蓋情況

(3)從城市規(guī)劃符合性分析

經(jīng)五峰、鶴峰北方案：長陽東站、五峰站、恩施南站距離城區(qū)均較近，與地方意見和城市總體規(guī)劃相符，并能適當(dāng)兼顧鶴峰縣。

沿宜萬鐵路方案：長陽西站、建始站距離城區(qū)均較遠(yuǎn)，引入既有恩施站，車站周邊發(fā)展空間有限，與地方意見和城市總體規(guī)劃不符。

經(jīng)秭歸、建始方案：建始站距離城區(qū)較遠(yuǎn)，引入既有恩施站，車站周邊發(fā)展空間有限，與地方意見和城市總體規(guī)劃不符。

(4)從工程地質(zhì)條件分析

經(jīng)五峰、鶴峰北方案：長陽至五峰段穿越清江兩岸巖溶區(qū)(垂直循環(huán)帶)后順著非可溶巖條帶進(jìn)入五峰，之后以短距離穿越巖溶強(qiáng)烈區(qū)，多走行于垂直循壞帶或可溶巖底板以下，整體工程地質(zhì)條件復(fù)雜，但繞避了大型不良地質(zhì)體。

沿宜萬鐵路方案：宜昌至榔坪段走行于非可溶巖區(qū)或巖溶弱發(fā)育區(qū)；榔坪至高坪段巖溶條件復(fù)雜；高坪至恩施段主要沿既有線以簡單工程或短隧穿過溶蝕侵蝕山間谷地區(qū)，整體工程地質(zhì)條件較經(jīng)五峰方案略差。

經(jīng)秭歸、建始方案：線路穿越黃陵背斜控制的巖溶系統(tǒng)后進(jìn)入花崗巖地層，之后主要以隧道形式穿越巖溶強(qiáng)烈發(fā)育區(qū)。除宜昌北及花崗巖地段工程地質(zhì)條件相對(duì)較好外，其余工程地質(zhì)及水文地質(zhì)條件均較差。

(5)從對(duì)環(huán)境影響分析

經(jīng)五峰、鶴峰北方案：經(jīng)過宜昌中華鱘自然保護(hù)區(qū)、長陽清江濕地公園、清江白甲魚水產(chǎn)種質(zhì)資源保護(hù)區(qū)、長江清江地質(zhì)公園、五峰地質(zhì)公園等6處環(huán)境敏感區(qū)，對(duì)環(huán)境影響相對(duì)較大。

沿宜萬鐵路方案：經(jīng)過宜昌中華鱘自然保護(hù)區(qū)、清江森林公園、清江風(fēng)景名勝區(qū)等4處環(huán)境敏感區(qū)，對(duì)環(huán)境影響相對(duì)較小。

經(jīng)秭歸、建始方案：經(jīng)過宜昌中華鱘自然保護(hù)區(qū)、長江三峽地質(zhì)公園、長江三峽風(fēng)景名勝區(qū)等4處環(huán)境敏感區(qū)，對(duì)環(huán)境影響相對(duì)較小。

(6)從工程建設(shè)條件及投資分析

經(jīng)五峰、鶴峰北方案：10 km以上隧道6座(最長隧道16.05 km)，長江橋位于庫區(qū)下游，水位較低，橋梁造價(jià)較低，且能兼顧呼南通道過江資源，工程建設(shè)條件相對(duì)較好。線路長度為261.2 km、工程投資444.04億元，工程投資適中。

沿宜萬鐵路方案：10 km以上隧道5座(最長隧道15.21 km)，長江橋位于庫區(qū)下游，水位較低，橋梁造價(jià)較低，且能兼顧呼南通道過江資源，工程建設(shè)條件相對(duì)較好。線路長度為256.73 km、工程投資436.44億元，工程投資最省。

經(jīng)秭歸、建始方案：10 km以上隧道7座(最長隧道18.32 km)，長江橋位于三峽庫區(qū)，水位較深，深水基礎(chǔ)施工工藝復(fù)雜，造價(jià)較高，且不能兼顧呼南通道過江資源，工程建設(shè)條件相對(duì)較差。線路長度為260.76 km、工程投資445.79億元，工程投資最高。

4.3 小結(jié)

綜上分析，經(jīng)五峰、鶴峰北方案區(qū)域路網(wǎng)布局合理，能兼顧較多的經(jīng)濟(jì)據(jù)點(diǎn)，吸引客流能力較好；車站位置與地方意見和城市總體規(guī)劃相符；地形地質(zhì)條件相對(duì)較好，且線路順直，工程投資適中，故推薦經(jīng)五峰、鶴峰北方案。

5 結(jié)語

鄂西渝東中低山區(qū)不良地質(zhì)廣布，穿越巖溶、發(fā)育強(qiáng)烈地段時(shí)，應(yīng)對(duì)線路方案進(jìn)行充分分析、論證。首先，在勘察設(shè)計(jì)前期要深入開展地質(zhì)加深工作，查明可能經(jīng)過區(qū)域的工程地質(zhì)條件、水文地質(zhì)條件和各種不良地質(zhì)，為選線及工程處理措施提供翔實(shí)的技術(shù)基礎(chǔ)資料；其次，在設(shè)計(jì)中應(yīng)遵循“先繞避、短通過、抬高程、傍河邊、靠既隧、人字坡”的選線原則，繞避溶洞、暗河、采空區(qū)等嚴(yán)重不良地質(zhì)。若不能繞避，應(yīng)盡量減少通過的長度，采取可靠的工程處理措施，以確保隧道施工和運(yùn)營的安全。