寶(雞)蘭(州)客運專線天水至定西段不良地質地段選線

單留毅

(中鐵第一勘察設計院集團有限公司, 陜西西安 710043)

寶(雞)蘭(州)客運專線位于所規劃徐州至蘭州客運專線的西段,屬于國家鐵路“四縱四橫”客運專線網的重要組成部分。將與鄭(州)寶(雞)客運專線、蘭(州)新(疆)第二雙線，共同構筑高標準、大能力運輸通道,構成西北與東、中部地區大動脈,并實現區域內客貨分線運輸,徹底解決西北地區陸橋通道運輸能力問題。寶(雞)蘭(州)客運專線由陜西省寶雞南站引出,途經甘肅省天水市、秦安縣、通渭縣、定西市、榆中縣后進入蘭州盆地至終點蘭州市,并接入蘭州樞紐。

天水至定西段為天禮盆地低山丘陵區及黃土高原溝壑、梁峁區。地形地貌復雜,地層、巖性多變,斷裂構造較發育,且處于高地震烈度區。滑坡、崩塌、泥石流等不良地質極為發育,嚴重制約線路方案的比選工作。

1 自然地理概況

本段屬天禮盆地中渭河及其支流藉河、葫蘆河寬谷區,河谷寬闊,地形較為平緩;黃土梁峁區溝壑縱橫,地形起伏較大。

區內氣候以渭河與黃河分水嶺為界分為兩區：分水嶺以東屬暖溫帶半濕潤大陸性氣候,以西屬中溫帶半干旱大陸型氣候。具有由東向西氣溫降低，雨量減少,四季分明,春秋溫潤,夏秋多雨,冬季干燥。

2 工程地質條件

2.1 地層巖性

溝谷階地表層多為第四系全新統沖洪積黏性土、砂類土、碎石類土。梁峁區表層為第四系上更新統風積黃土,多具自重濕陷性，下伏第三系泥巖夾砂巖；在河谷岸坡、山坡及沖溝內局部可見二疊系砂巖,寒武系片麻巖,震旦系片巖、片麻巖,下元古界片麻巖，華力西期花崗巖、花崗閃長巖出露。

2.2 地質構造

本段沿線自東向西先后經過第三紀天禮盆地和隴西系褶斷帶兩個不同等級的構造單元,地質構造相對簡單。

天水南站至秦安在區域構造上地處祁呂弧形褶帶和隴西系旋卷構造的復合部位,具體位于天(水)禮(縣)盆地的北部,構造較為發育。晚第三紀以來,區內新構造運動較為活躍,表現為地震活動頻繁、河谷兩岸高階地發育、現代河流侵蝕、下切明顯,高差達30～100 m。沿藉河、渭河流域，發育走向近東西、北西的構造運動,線路穿越多條斷層。

秦安至定西一帶位于隴西系內旋褶帶中,構造相對簡單。晚第三紀以來,區內新構造運動較為活躍,表現為河谷階地上升顯著,現代河流侵蝕、下切明顯,高差達150～200 m。

綜上所述,受區域構造的控制,天禮盆地地震發生頻率較大,斷層多隱伏于第四系地層之下,線路多與斷裂帶大角度相交通過,局部與斷裂帶小角度通過。黃土高原梁峁溝壑區距活動斷層較遠,且黃土覆蓋厚度大,一般對線路工程無直接影響。

2.3 水文地質

線路通過的地區屬于渭河、黃河水系，平時水量不大,雨季洪水爆漲。支流枯水期基本無水,汛期河水流量蒙增,常誘發不同程度的地質災害,且汛期河水含砂量較大,具有一定的破壞性。

地下水類型主要為第四系松散層孔隙潛水及基巖孔隙裂隙水,其補給來源主要為大氣降水、河水、人工灌溉地表水體垂直入滲。由于所處的地貌單元及含水介質不同,地下水的水文地質條件也各不相同，地下水多具侵蝕性。

3 沿線不良地質及特殊巖土

3.1 不良地質

寶蘭客運專線天水—定西段走行于黃土梁峁溝壑區,主要不良地質現象為滑坡、錯落、溜坍、巖堆及泥石流等。

(1)滑坡

線路主要不良地質為滑坡,主要分布在(CK774～CK831)藉河北山至郭嘉鎮、通渭一帶,尤以藉河兩岸、南河川滑坡群及葫蘆河兩岸滑坡群最為密集。據統計,沿線規模較大、距線路較近的滑坡210余處。控制線路的主要滑坡按分區分述如下：

藉河南岸滑坡區：藉河南岸黃土梁峁區滑坡發育,主要有九峪溝滑坡群、董家溝滑坡群、二十里鋪滑坡群、高家灣滑坡群等4處滑坡密集區域。滑坡與線路的關系如表1。

藉河北山滑坡區：天水北山南麓東側從靳家莊開始,向西經陽坡里、鄧家莊、肖家莊、孫家坪、縣家上河、閻家河灣、紅旗山至周家山一帶,黃土覆蓋層滑坡和第三系參與的巨型滑坡非常發育,滑坡軸向長度從北山山脊至藉河岸邊約1.5 km,寬度連綿10 km左右,幾乎無完整山梁可供選線利用,地質條件很差。線路CK方案從地質條件稍好,滑坡邊界相對較為清晰的縣家上河滑坡群下穿通過(如圖1所示)。

表1 滑坡與線路的關系

圖1 天水北山縣家上河滑坡群全貌

南河川滑坡區：本區滑坡多為黃土沿基巖面形成的大中型和巨型滑坡,滑坡集中區域主要有麻家坪滑坡群、南河川渭河滑坡群、董家咀滑坡、樊家灣滑坡、劉家莊滑坡、王家灘南側滑坡、導流山滑坡群、石崖隧道滑坡等。線路CK貫通方案以北山隧道從連續、穩定的山嘴穿出,避開了左右兩側的大型滑坡,工程地質條件相對較好。

葫蘆河左岸滑坡區：主要有澗溝滑坡群、上龍池滑坡群、廟嘴溝滑坡群、黃家大溝滑坡群、鄭川滑坡群等。滑坡與線路的關系如表2所示。

表2 葫蘆河左岸滑坡區規模及對線路影響

雒家川—王家墩滑坡區：主要有葫蘆河峽谷右岸滑坡群、雒家川—王家墩滑群等。滑坡與線路的關系如表3所示。

葉家堡—郭嘉鎮滑坡區：本區滑坡多為黃土沿基巖面形成的大中型和巨型滑坡,滑坡集中區域主要有祿家河—小西河北岸滑坡群(如圖2)、祿家河南岸滑坡群、郭嘉河北岸滑坡群、背后溝兩岸滑坡群等,各方案均已繞避或以隧道下穿,對工程基本無影響。

表3 雒家川—王家墩滑坡區規模及對線路的影響

圖2 祿家河—小西河北岸滑坡群

碧玉鎮牛谷河滑坡區：本區滑坡不良地質發育,滑坡類型多為黃土沿基巖面形成的大中型和巨型滑坡,主要有碧玉南滑坡群、冉家石灘滑坡群、馬家磨滑坡群、宋家堡北滑坡群、李家溝南滑坡群等,各方案均已繞避或以隧道下穿,對工程無影響。

新店—馬營鎮滑坡區：新店—馬營鎮間滑坡多為黃土沿基巖面形成的大中型和巨型滑坡,滑坡集中區域主要有沙窩滑坡群、油坊川滑坡群等,各方案均已繞避或以隧道下穿,對工程基本無影響。

(2)錯落、溜坍

主要分布在(CK779～CK782)樊河灣至三陽川一帶,山體受構造影響嚴重,片麻巖、片巖巖體較破碎,風化嚴重,山體坡度較大,可達60°～70°,巖塊沿坡面不斷下落﹑滑塌,而形成錯落、溜坍。線路經過處錯落、溜塌發育規模數十至數百立方米,相對規模較小,對線路影響不大。

(3)巖堆

由于自然山體破碎和人工采石原因,基巖山體坡前一般發育巖堆,規模相對較小,除石崖隧道進口巖錐(CK780+750～CK780+775)規模較大,對線路有一定影響外,其他巖堆對線路基本無影響。

(4)泥石流

天水至通渭藉河、渭河、牛谷河等河谷兩岸黃土溝壑區大型沖溝均有泥石流分布。泥石流多屬間歇期,以溝谷型稀性泥石流為主,流域內形成區、流通區和堆積區均較明顯,溝口有一定規模的沖洪積扇,但扇區大多經人為改造,多改造為農田。泥石流主要松散物質來源于溝谷兩側的滑坡堆積物。線路多以橋梁形式通過中小型泥石流流通區,對工程影響較小,工程通過泥石流溝谷區時需采取必要的措施進行防護。

3.2 特殊巖土

(1)濕陷性黃土

寶蘭客運專線天水—定西段黃土廣泛分布,一般具有Ⅱ～Ⅳ級自重濕陷性。需選擇灰土擠密樁、碎石擠密樁、強夯及換填土墊層等措施進行處理,并加強工程范圍內防、排水措施。

(2)膨脹土(巖)

第三系泥巖遇水后易膨脹軟化,失水干縮。該土層經取樣檢驗具膨脹性。沿線泥巖廣泛分布,設計時應考慮其工程施工和運營的影響。

4 線路方案及地質選線

4.1 方案簡述

沿天巉公路,經秦安、通渭至定西CK方案：線路自天水出天水南客站后下穿藉河,穿隧道至三陽川,溯葫蘆河至秦安。秦安出站跨郭嘉河、葫蘆河穿大神仙梁隧道至通渭。線路通渭出站后沿牛谷河以隧道,橋梁經新店、錦屏、馬營鎮,以短隧道群行至定西市安定區李家堡，進入東河河谷至定西西山腳下設定西南站。

沿隴海線,經甘谷、武山、隴西至定西ⅢCK方案：線路自天水出站后沿藉河南岸山麓北緣行走,自秦城南側繞行后，沿渭河河谷隴海鐵路的兩側，經甘谷、武山、隴西至定西。

外包天水,經通渭IWCK、IWC3K方案：線路自天水出站后自秦城區南側繞行,跨渭河經甘谷設站,而后折向西北至通渭,沿CK方案至定西。

4.2 工程地質條件評價

從工程地質條件分析：CK、ⅢCK方案首先均通過二十里鋪高邊坡與隧道方案,高邊坡段落發育有兩滑坡,規模相當。

CK方案下穿藉河縣家上河滑坡群,通過王家墩滑坡約為800 m。隧道洞身地層主要為泥巖、片麻巖、花崗巖等。路基主要走行于河谷兩岸二級階地及山前風積黃土丘陵區,地勢低平,階地黃土一般具Ⅱ～Ⅳ級自重濕陷性,濕陷性土層厚8～30 m。

ⅢCK方案通過孫家莊滑坡群,通過長度約為300 m,隧道在該處為淺埋(最小埋深30～40 m),地質條件較差；沿隴海線ⅢCK方案隧道洞身主要穿行于砂礫巖、變質砂巖、花崗巖等地層。路基多位于橋隧連接帶,地表黃土一般具Ⅱ～Ⅳ級自重濕陷性,濕陷性土層厚6～12 m。

IWCK方案在二十里鋪隧道出口通過羅家溝東側滑坡前緣左側,線路在滑坡體中通過長度約為50 m,地質條件較差；避開了水家溝、龍王溝、呂二溝的滑坡群,隧道洞身地層主要為第三系泥巖、礫巖等，線路跨藉河后基本不受不良地質影響，隧道洞身主要在泥巖、砂礫巖、變質砂巖、花崗巖中。路基工點走行于溝谷兩側山前丘陵區,地表黃土一般具Ⅲ～Ⅳ級自重濕陷性,濕陷性土層厚15～25 m。

IWC3K方案IWCK方案均在二十里鋪隧道出口通過羅家溝東側滑坡前緣左側,二者相比,前者在滑坡體中通過長度略長,約為100 m,地質條件比后者略差；跨羅家溝后,均避開了了水家溝、龍王溝、呂二溝的滑坡群,地質條件相當。綜合比較，IWC3K方案略差于IWCK方案。

從工程地質條件看,沿天巉公路IWCK、IWC3K方案工程地質條件略優沿隴海線ⅢCK和外包天水線CK方案,推薦沿天巉公路IWCK方案。

5 結論

根據既有隴海鐵路歷年運營現狀及寶蘭二線修建經驗,影響線路方案的地質因素主要有斷裂構造、濕陷性黃土、滑波、泥石流、崩塌等。在地質條件復雜的山區進行選線,需要更多地考慮工程地質條件,應服從于施工、運營安全的需要,故做好地質選線十分重要。天水至定西段地質選線,在充分研究且利用既有地質資料和適當的勘測、勘探手段的基礎上,進行了大面積的工程地質調查工作,通過各方案線路的比選,選定了不良地質少、工程地質條件相對較好的線路方案。

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