合武鐵路大別山地區(qū)工程地質(zhì)選線

孫永發(fā)

(中鐵第四勘察設計院集團有限公司地路處，武漢 430063)

1 概述

合(肥)至武(漢)鐵路是我國《鐵路“十一五”規(guī)劃》中滬漢蓉通道中的一段，是國家重點建設的鐵路客運專線項目之一。合武鐵路穿越大別山區(qū)，連接湖北與安徽兩省省會，全長約370 km，其中墩義堂至麻城北站長約55 km，穿越大別山方案是全線的主要控制方案，方案的最終選擇將直接影響到全線的建設質(zhì)量、工期和投資，值得深入探討和研究。

2 自然條件

2.1 地形地貌

測區(qū)內(nèi)沿線屬中低山河谷地貌，山高坡陡，溝谷縱橫，植被發(fā)育，灌木雜草叢生，山脊高程400～900 m，大別山山脈孟匠巖主峰高程為879.9 m，其溝谷相對高差達710 m。自然坡一般為25°～40°，局部為陡崖。測區(qū)內(nèi)交通極為不便。

2.2 區(qū)域水系

以大別山孟匠巖主峰為分水嶺，往東區(qū)域?qū)倩春铀担€路經(jīng)過區(qū)域主要有洗馬河(上游有杉林河水庫)、竹根河(上游有界嶺水庫);往西區(qū)域?qū)匍L江水系，線路經(jīng)過區(qū)域主要有碧綠河(上游有碧綠河水庫)、閻家河、舉水河等。

2.3 地震動參數(shù)

根據(jù)《中國地震動參數(shù)區(qū)劃圖》(GB18306—2001)，測區(qū)地震動峰值加速度為0.05g，地震動反應譜周期為0.35 s。

3 線路概況及該區(qū)域工程地質(zhì)概況

3.1 初期地質(zhì)選線

線路經(jīng)過區(qū)域為大別山中間隆起帶，工程地質(zhì)條件復雜，斷層、節(jié)理發(fā)育，地表河流水庫眾多，不良地質(zhì)體發(fā)育。借助遙感工作從預可行性研究，可行性研究，定測研究先后進行3次不同方案的工程地質(zhì)解譯和驗證工作，結(jié)合不同時期的航片解譯，不同比例的解譯成果圖以及相關(guān)工作報告，否定往北穿越水庫群的方案，避開滑坡、溜坍及水系發(fā)育區(qū)，否定往南經(jīng)勝利一帶斷層構(gòu)造發(fā)育地帶的南線方案。結(jié)合區(qū)域地質(zhì)資料、遙感判釋資料等綜合分析，2004年1月、7月專門組織2次大面積地質(zhì)調(diào)查測繪，前期工作共完成遙感解譯14 km2，大面積測繪28 km2，為此提出如下下穿孟匠巖主峰的3個線路方案供比選。

3.2 線路概況

線路從墩義堂站由東向西，穿越大別山腹地至麻城北站，綜合利用前期地質(zhì)選線成果，定測勘察時主要做了3個方案(圖1)。

方案Ⅰ:線路下穿界嶺水庫、杉林河水庫長隧道(即大別山隧道)方案，線路長18 km，大別山隧道長13 km;

方案Ⅱ:線路經(jīng)杉林河水庫大壩下游短隧長橋方案，線路長17 km，隧道長12 km，線路與洗馬河50°斜交橋長1.5 km，形成長橋方案;

方案Ⅲ:線路離杉林河水庫下游5 km，正跨洗馬河，為短橋長隧道方案，線路長18 km，大別山隧道長13.2 km，線路與洗馬河正交橋長1.2 km，該方案橋較短。

3.3 工程地質(zhì)概況

墩義堂至三河段地層出露主要有Dbc下元古界大別山群片麻巖和K1白堊系二長花崗巖系列及少量第四系坡沖積層。按地層出露的時代由老至新分別敘述如下。

(1)下元古界大別山群片麻巖(Dbc):灰白、灰黑色夾雜色，呈條帶狀，鱗片花崗變晶結(jié)構(gòu)或粒狀變晶結(jié)構(gòu)，片(麻)狀構(gòu)造，受多期構(gòu)造影響，巖體中各種構(gòu)造行跡復雜，局部見磁鐵(角閃)石英巖、大理巖;出露于方案Ⅲ隧道進口附近和方案Ⅰ隧道局部洞身區(qū)域(圖1)。

(2)早白堊世烏石巖單元(K1W):中細粒黑云二長花崗巖、中粒黑云二長花崗巖，局部片麻狀構(gòu)造發(fā)育，各方案隧道洞身大范圍出露(圖2)。

(3)早白堊系樓下灣單元(K1L):細粒黑云二長花崗巖、中粒黑云二長花崗巖，局部片麻狀構(gòu)造，出露于各方案隧道洞身多處(圖2)。

圖1 大別山區(qū)各方案工程地質(zhì)平面示意

圖2 經(jīng)杉林河水庫大壩下游長隧短橋方案工程地質(zhì)縱斷面示意

(4)早白堊系白衣沖單元(K1B):疏斑黑云二長花崗巖，具微片麻狀構(gòu)造，出露于DK207～DK210之間(圖1)。

4 地質(zhì)構(gòu)造

測區(qū)內(nèi)存在5條斷層及若干節(jié)理密集帶，因大別山地層的古老歷史及造山運動的多期性，斷層帶附近的破碎巖塊均被長期的地質(zhì)作用所剝蝕，稍大的斷層在地表上多表現(xiàn)為山間谷地或深切溝谷，線路經(jīng)過時多以橋隧工程通過，對該段內(nèi)隧道及橋梁工程有影響的斷層簡述如下:

F1:西沖斷層。發(fā)育于早白堊世黑云二長花崗巖層中，斷層走向北西60°(與線路70°角交于DK206+780處)，長1.3 km，傾向北東，傾角80°，物探揭示影響寬度62 m，波速2.9 km/s。地貌表現(xiàn)為一溝谷，溝底寬20 m，長年流水，測時水量較小。溝底基巖可見強～弱風化層，鉆探揭示溝底下10 m基巖較完整，地下水較發(fā)育，線路以25 m淺埋隧道形式通過。

F2:洗馬河斷層。該斷層分布于木子店、杉林河一帶，走向北東5°～30°，斷層帶中廣泛發(fā)育各種碎裂巖，硅化、鉀化、高嶺土化絹云母化顯著，破碎帶寬50～100 m，長25 km，產(chǎn)狀 120°∠60°。它由一系列北北東向正斷層平行密集組成。地貌表現(xiàn)為山間谷地，并自然形成山谷河流，砂礫石淤積于河床上，部分河床基巖裸露，弱風化狀;兩側(cè)均出露二長花崗巖，具片麻巖化，條紋結(jié)構(gòu)明顯，巖體破碎，塊狀。方案Ⅱ(與線路30°角交于DK212+500～DK213+300之間)、方案Ⅲ線路以橋跨過洗馬河斷層。

F3桃李沖斷層。與線路夾角60°，斷層產(chǎn)狀220°∠75°，長約15.7 km，地貌表現(xiàn)為溝谷，局部見硅質(zhì)膠結(jié)構(gòu)造角礫巖及碎裂巖，表現(xiàn)為一組不連續(xù)的密集節(jié)理面，沖溝底可見基巖，為一左行正斷層，具一定壓扭特征，斷裂面位于溝谷合肥側(cè)坡腳，被第四系殘坡積層覆蓋。物探揭示破碎帶寬約10 m，彈性波速Vp=2.2 km/s。

F7饒家畈斷層。與線路大致呈75°夾角相交，斷層產(chǎn)狀300°∠75°～80°，長度約 20.5 km，地貌上表現(xiàn)為一溝谷，主斷裂面位于河谷中央，被第四系覆蓋，根據(jù)其旁側(cè)斷裂分析，為一右行平移斷層，破碎帶有硅化現(xiàn)象。物探揭示破碎帶寬約15 m，彈性波速Vp=3.0 km/s。

F8鄒家灣斷層。與線路大致呈70°夾角相交，斷層產(chǎn)狀100°∠85°，延伸規(guī)模較小，長約 1.2 km，地貌表現(xiàn)為一沖溝，斷裂面位于溝谷坡腳被覆蓋，溝中基巖順山谷方向的節(jié)理發(fā)育，破碎帶寬約20 m，物探彈性波速Vp=2.9 km/s。

5 方案的工程水文地質(zhì)條件分析

5.1 方案Ⅰ下穿杉林河水庫庫區(qū)長隧道方案

方案Ⅰ隧道長13.0 km，線位位于3個方案最右側(cè)，即右繞方案，線路地層出露主要有下元古界(Dbc)大別山群片麻巖和白堊系(K1)二長花崗巖及少量第四系坡洪積層。片麻巖和二長花崗巖接觸帶相對破碎。

線路以埋深80 m的隧道形式穿越界嶺水庫及杉林河水庫，小角度通過鐃家畈等斷層，且與杉林河水庫相距300 m的洗馬河斷層寬，影響范圍較廣，節(jié)理密集帶透水性強，隧道施工與運營過程產(chǎn)生突水風險大。

5.2 方案Ⅱ下穿杉林河水庫壩區(qū)短隧長橋方案

方案Ⅱ和方案Ⅲ線路經(jīng)過地層主要為白堊系(K1)二長花崗巖，僅大別山隧道進口局部為下元古界(Dbc)大別山群片麻巖，巖體較完整，地質(zhì)條件較好。

方案Ⅱ隧道相對方案Ⅰ、Ⅲ稍短，且線型直，雖避開了從水庫正下方通過和淺埋水溝等不良因素，但還是從水庫壩區(qū)影響范圍穿過，且進口段洗馬河特大橋橋址與洗馬河斷層夾角較小，橋梁基礎(chǔ)設置需大跨度回避置于斷層上，以及線路路基形成深塹高邊坡，陡坡路基多，不利于水土保持和生態(tài)保護，工程運營后易產(chǎn)生病害，增加了客運專線的運營維護難度。

5.3 方案Ⅲ經(jīng)杉林河水庫大壩下游長隧短橋方案

線路離杉林河水庫下游5 km長隧道方案，不僅避開了庫區(qū)的影響范圍，且隧道多以大角度穿過期間斷層，通過遙感判釋及專項地質(zhì)測繪和針對性的鉆探核實，該方案地層較單一，通過的斷層破碎帶多在30～50 m的較窄范圍，巖體較完整，Ⅱ、Ⅲ級圍巖比例超90%，隧道長度略長但因圍巖較好，施工工期有保障。

方案Ⅲ隧道出口存在坡積體，勘察監(jiān)理及建設單位對該方案因隧道出口坡積體的存在要求局部改線，經(jīng)過對隧道出口處地質(zhì)條件的詳細勘察與分析，排除了該坡積層為巖堆或小型滑坡體等不良地質(zhì)體的可能性。該坡積體范圍小，坡積體厚度僅5～6 m厚，對隧道洞口方案不存在安全隱患，易于處理，避免了再次改線所造成的經(jīng)濟損失及對控制性工程工期的影響。

為確保方案Ⅲ切實可行，2004年11月至次年8月對大別山隧道進行補充定測工作，對淺埋地段、斷層及巖層接觸帶加深地質(zhì)工作，收集到更為詳細的地質(zhì)資料，共完成鉆探工作量467.9 m/12孔，物探(震法、電法)長度1.8 km，深層電磁法14 km(全隧道貫通)。

6 結(jié)論

綜上所述，歸納如下。

(1)隧道勘察前期利用遙感解譯成果、物探和大面積地質(zhì)調(diào)查等綜合勘探方法進行地質(zhì)選線，對線路方案的穩(wěn)定至關(guān)重要。

(2)方案Ⅲ洗馬河特大橋長度短，與構(gòu)造帶大角度相交，避免過多的墩臺基礎(chǔ)跨越破碎地層;大別山隧道稍長，但洞身避開了杉林河水庫庫區(qū)(DK210+000處長嶺關(guān)隧道避開了界嶺水庫)，避免了施工及運營后患。且本方案沿線山體穩(wěn)定，構(gòu)造較簡單，Ⅱ、Ⅲ級圍巖比例高，工程、水文地質(zhì)條件較好，隧道棄渣可用于建筑材料，因此采用了方案Ⅲ為貫通方案。

(3)隨著鐵路設計標準的逐步提高，山區(qū)地質(zhì)選線不僅要考慮橋隧方案，也需要綜合考慮路基設計，盡量避免高填深挖工程，將運營維護難度降低到最低限度。

［1］楚涌池，李法昶.鐵路工程地質(zhì)手冊［M］.修訂版.北京:中國鐵道出版社，2005.

［2］常士驃，張?zhí)K民.工程地質(zhì)手冊［M］.3版.北京:中國建筑工業(yè)出版社，2004.

［3］中華人民共和國鐵道部.TB10012—2007 鐵路工程地質(zhì)勘察規(guī)范［S］.北京:中國鐵道出版社，2007.

［4］中華人民共和國鐵道部.TB10027—2001 鐵路工程不良地質(zhì)勘察規(guī)范［S］.北京:中國鐵道出版社，2001.

［5］中華人民共和國建設部.GB50021—2001 巖土工程勘察規(guī)范［S］.北京:中國建筑工業(yè)出版社，2002.

［6］中華人民共和國鐵道部.TB10041—2003 鐵路工程地質(zhì)勘遙感技術(shù)規(guī)程.北京:中國鐵道出版社，2003.

［7］中華人民共和國建設部.GB550330—2002 建筑邊坡工程技術(shù)規(guī)范［S］.北京:中國建筑工業(yè)出版社，2002.