向莆鐵路戴云山越嶺隧道群工程地質選線

尹士清

(中鐵第四勘察設計院集團有限公司，武漢　430063)

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向莆鐵路戴云山越嶺隧道群工程地質選線

尹士清

(中鐵第四勘察設計院集團有限公司，武漢430063)

摘要:向莆鐵路戴云山脈越嶺隧道群沿線不良地質發育、地質構造復雜，線位選擇的優劣對工程成敗影響巨大，推薦地質條件最優的戴云山脈越嶺隧道群線位是向莆鐵路地質勘察工作的重點和難點。以三維可視化高分辨率遙感解譯、大面積地質調繪、高頻大地電磁測深等技術為核心的工程地質綜合選線貫穿于越嶺隧道群工程地質勘察過程的不同階段，持續不斷的比選和優化越嶺隧道群線位和隧址。推薦的戴云山越嶺隧道群線位和隧址進出口，成功繞避了洞身各種不利構造和洞口不良地質體，隧道群工程地質條件整體良好，合理規避了各類工程風險，施工進展順利、鐵路運營狀況良好，社會、環境、技術、經濟效益顯著。

關鍵詞:向莆鐵路;地質選線;隧道群

1　工程概況

向莆鐵路為I級雙線電氣化客貨共線鐵路，設計速度200 km/h，預留250 km/h提速條件，線間距4.6 m，長度＞6 km的隧道鋪設無砟軌道［1-4］。

戴云山越嶺隧道群位于福建省尤溪縣中仙鄉劍溪村—永泰縣城峰鎮劉岐村之間，工程起訖里程DK422+810～DK486+365，線路長64.776 km(中有長、短鏈)，總投資約35億元。受山間峽谷及溪流的分割成10座隧道，主要長大隧道有戴云山(長15.634 km)、赤嶺(長7.098 km)、連亭(長5.971 km)、秀巖(長6.17 km)、高蓋山(長17.594 km)等;僅在永泰長慶河谷一帶，地勢相對低緩，分布有3座大中橋、1座小隧道和長慶車站，其余均橋隧相連;隧道群最大埋深723 m，最淺埋深20 m;隧道總長約占線路長度的94.5%［1-3］。

隧道群工程于2006年2月～2008年10月期間進行勘察設計，2008年10月開工建設，2012年6月隧道群全部開挖貫通，2013年9月完成初步驗收并通車運營［5］。

2　越嶺隧道群場區工程地質背景

2.1自然地理

戴云山脈橫亙于福建省的中部，山脈走勢由西南向東北方向延伸，主峰海拔1856 m，是福建中部的最高峰，溝谷縱橫、深切，多呈“V”字形峽谷，植被茂盛，見圖1［5-7］。

戴云山脈是北部尤溪水系和南部大樟溪水系的天然分水嶺［6］。

2.2地質構造

越嶺隧道群穿越戴云山脈，處于福建東部火山斷坳帶的福安—平和北東向火山噴發帶中段。主要斷裂構造形成時代為燕山晚期，以北北東、北東、北西為主，少量為近南北向，斷層控制區內主要地層和巖性的空間展布，見圖2。晚第三紀以來的新構造運動使本區域地殼上升，形成高峻的地勢，由于巖石抗蝕力強，多呈尖峰峭嶺，山高坡陡［1-7］。

圖1　越嶺隧道群三維場景

圖2　戴云山越嶺隧道群場區地質構造

區內褶皺構造相對不發育，僅在變質巖和沉積巖老地層的區域內發育，主要集中在戴云山隧道進口段［6］。

2.3地層巖性

越嶺隧道群區域內地層巖性復雜，見圖2，主要有P1t煤系地層(中薄層粉砂巖、粉砂質泥巖夾煤層或煤線)，P2cp巖屑石英砂巖、粉砂巖，T3w石英砂巖局部夾英安巖、細砂巖、凝灰質砂巖、沉凝灰巖等，J1l粉砂巖，J3c雜砂巖，J3n火山碎屑巖(凝灰巖、凝灰熔巖)，K1z1紫紅色凝灰質砂巖、粉砂巖、砂礫巖，K1z2紫紅色流紋巖、石泡流紋巖夾流紋質(角礫)晶屑熔結凝灰巖，Zdx2變質巖(變質粉砂巖、千枚巖，局部夾大理巖透鏡體)，以及J－K的侵入巖(花崗閃長巖、花崗斑巖、流紋斑巖)和零星出露的巖脈等［1-7］。

3　越嶺隧道群工程地質選線及其主要工程地質問題

戴云山越嶺隧道群沿線不良地質發育、地質構造復雜，隧道進出口及線位選址的優劣對工程成敗影響巨大，隧址選擇困難。

3.1初測階段大面積工程地質選線

初測期間在尤溪至永泰段寬約40 km的范圍內進行大面積工程地質選線，共完成三維可視化高分辨率遙感解譯1 900 km2、大面積地質調繪240 km2，對戴云山長、短隧道方案進行重點比選［4.5］，見圖2。

兩個線路方案的區別主要集中在中仙站和長慶(上際)站之間戴云山隧道線位，長慶站以后的高蓋山隧道(長21.05 km)線位逐漸重合。

短隧道方案控制性工程戴云山隧道(長24.86 km)長度較長隧道方案(長27.79 km)短2.92 km，但線路長度增加834 m;兩個方案的戴云山隧道工程地質條件基本相近，但短隧道方案戴云山隧道洞身與6條區域性斷裂大角度相交，且短隧道方案在隧道出口段及上際站位附近，線路緊貼倒流溪—三峰北西向長大斷裂［2］，工程地質條件差;另外，短隧道方案上際站位于峽谷地帶，存在危巖落石和大型巖堆，且河道彎曲，線路多次跨河，需改移河道，投資規模大，工程風險很高［4］。

經綜合比選，推薦采用了戴云山長隧道方案。

3.2定測階段局部工程地質選線

定測期間，綜合分析沿線三維可視化高分辨率遙感解譯、地形地貌、地層巖性和地質構造等工程地質條件，初步判定原戴云山隧道進口、高蓋山隧道出口附近等存在規模不等的滑坡、巖堆、堆積體等［2］。

(1)戴云山隧道進口滑坡

戴云山隧道進口DK422+500～+700段線路斜穿一古滑坡，山體巖性為P1t煤系地層;滑坡體長約300 m、寬約250 m、厚度約15 m，滑坡體主軸線與線路夾角約40°，鐵路從滑坡體右側中下部以深路塹和隧道形式通過，滑體前緣有突出隆起侵占河道的現象，見圖3［4，6］。

圖3　戴云山隧道進口滑坡

根據物探、機動鉆探等勘察資料的綜合分析，原鐵路線位通過滑坡體中下部時極易引起古滑坡復活，產生工程滑坡，且整治工程量巨大，隧道進口段工程安全風險高。

經綜合比選，隧道進口線位向右偏移約120 m，避開了古滑坡體。

(2)高蓋山隧道出口堆積體古滑坡

高蓋山隧道出口DK481+550～+770段位于一大型堆積體古滑坡上，該滑體寬約240 m、長約220 m，堆積體厚度大于10 m，見圖4。

圖4　高蓋山隧道出口古滑坡

該滑坡體后緣為高聳陡峻的山體，巖性為K1z2凝灰熔巖，屬硬質巖，坡底溝谷有一條大型區域斷裂通過，堆積體成分主要為凝灰熔巖的塊石和風化角礫，巖塊棱角分明，塊徑以0.3～2 m為主;堆積體前緣突出隆起侵占河道，近幾十年來坡體沒有滑動，現狀趨于穩定;但隧道出口和路塹開挖施工極易引起古滑坡復活，產生工程滑坡，整治工程量極大，隧道出口段工程安全風險高。

經綜合比選，隧道出口線位向右偏移約125 m，從滑體右側外緣繞避通過［1，2，4］。

3.3補充定測階段戴云山隧道改線工程地質選線

補充定測期間線路限制縱坡由6‰調整為9‰，戴云山隧道群隧道長度全部降至20 km以下，在戴云山隧道進出口位置基本不變的情況下洞身線位南移，利用自然溝谷分割為5個隧道、4座橋梁，見圖5;高蓋山隧道線位進口北移、出口南移，利用自然溝谷分割為2個隧道。在現場踏勘和勘察期間發現一系列工程地質問題［2-4］。

圖5　戴云山隧道改線平面地質

(1)戴云山隧道出口巖堆

改線后的戴云山隧道出口位于坡腳一片低洼的沼澤地，見圖6，且隧道出口DK437+350～+830淺埋段位于一大型深厚層巖堆上，見圖7，崩塌落石大量分布，塊石直徑0.2～6.0 m。通過物探和機動鉆探等綜合勘探，揭示該巖堆覆蓋層厚度10～26 m，隧道出口段洞身從巖堆中穿過，工程地質條件很差。

圖6　戴云山隧道出口沼澤地

野外地質調查還發現長山隧道出口和苦竹山隧道進口一帶位于數條不同方向的斷裂交匯部位，巖體破碎，長山隧道出口和清坑里隧道進口附近存在小巖堆等，多個隧道進出口工程地質條件差。

(2)戴云山隧道洞身F18斷裂

在改線后的戴云山隧道洞身DK432 + 200～DK435+360左側發現1條傾向洞身且與線路小角度相交的壓扭性斷裂F18，見圖8，現場物探(震探、電法、EH－4)、鉆探均有反映，該斷裂傾角約80°，寬約20 m，破碎帶以構造糜棱巖、碎裂巖和節理密集帶為主，F18斷裂影響洞身范圍3.2 km［1-3］。

圖7　戴云山隧道出口巖堆遙感影像

圖8　戴云山隧道洞身F18斷裂與線位關系平面

針對戴云山隧道改線發現的諸多工程地質問題，越嶺隧道群線位再次進行局部調整，戴云山隧道洞身線位左移300～500 m以避開F18斷裂，確保隧道洞身位于斷層面的左側，出口線位左移600 m以避開原出口大型巖堆和沼澤地，同時原長山、苦竹山和清坑里隧道進出口附近的不良地質體全部繞避，并減少1座小隧道;這次改線使戴云山長隧道改為4隧3橋的格局［1］。

4　工程地質選線成果及綜合效益

(1)工程地質選線推薦的戴云山越嶺隧道群線位和隧址，成功繞避了洞身各種不利構造和洞口不良地質體，隧道群工程地質條件整體良好。

(2)戴云山越嶺隧道群工程施工歷時44個月全部順利貫通，施工過程中未發生安全、質量和地質災害事故，合理規避了各類工程風險，工程實施期間所揭示的地質資料與勘察資料基本一致，沒有發生因地質資料不準而引起的Ⅰ類變更，僅發生少量Ⅱ類變更，圍巖變更長度約為隧道總長的12%;通車運營2年來隧道群整體狀況良好，社會、環境、技術、經濟效益顯著。

5　結論

(1)工程地質選線的理念應始終貫穿于鐵路工程地質勘察的不同階段，隧道進出口及線位選址的優劣對工程成敗影響巨大，持續不斷的比選和優化并推薦地質條件最優的線位和隧址，是鐵路地質勘察工作的重點和難點。

(2)戴云山越嶺隧道群工程地質選線以三維可視化高分辨率遙感解譯、大面積地質調繪、高頻大地電磁測深等技術為核心，其應用和實踐的成功，降低了工程投資、施工風險和運營維護費用，保障了工程安全，為鐵路工程地質選線積累了寶貴的經驗，這個成功的案例可供其他項目類似工程借鑒［8-12］。

參考文獻:

［1］中鐵第四勘察設計院集團有限公司.向莆鐵路越嶺隧道群工程地質選線報告［R］.武漢:中鐵第四勘察設計院集團有限公司，2008.

［2］中鐵第四勘察設計院集團有限公司.向莆鐵路長大隧道勘察技術研究［R］.武漢:中鐵第四勘察設計院集團有限公司，2014.

［3］中鐵第四勘察設計院集團有限公司.向莆鐵路補充定測戴云山隧道工程地質勘察報告［R］.武漢:中鐵第四勘察設計院集團有限公司，2008.

［4］中鐵第四勘察設計院集團有限公司.向莆鐵路補充定測高蓋山隧道工程地質勘察報告［R］.武漢:中鐵第四勘察設計院集團有限公司，2008.

［5］福建省區調隊.中華人民共和國1∶5萬地質圖G50E013018中仙幅［Z］.福州:福建省地質礦產局，1992.

［6］福建省區調隊.中華人民共和國1∶5萬地質圖G50E013019長慶幅［Z］.福州:福建省地質礦產局，2001.

［7］福建省區調隊.中華人民共和國1∶5萬地質圖G50E013020永泰縣幅［Z］.福州:福建省地質礦產局，2001.

［8］鐵道部第一勘測設計院.鐵路工程地質手冊［M］.修訂版.北京:中國鐵道出版社，1999.

［9］鐵道第一勘察設計院.TB10012—2007鐵路工程地質勘察規范［S］.北京:中國鐵道出版社，2007.

［10］趙忠保.向莆鐵路選線的總體思路［J］.鐵道標準設計，2010 (2):61-63.

［11］高山.長大隧道三維可視化遙感地質解譯技術應用［J］.鐵道工程學報，2011(11):13-18.

［12］韋隨慶，郭建湖.武廣鐵路客運專線南嶺越嶺地段工程地質選線思路與實踐［J］.鐵道標準設計，2010(1):25-27.

Geological Route Selection for Daiyunshan Mountain Group Tunnels on Xiangtang-Putian Railway

YIN Shi-qing
(China Railway Siyuan Survey and Design Group Co.，Ltd.，Wuhan 430063，China)

Abstract:The Daiyunshan group tunnels of Xiangtang-Putian Railway are located in the rugged mountain area and featured with complex geological conditions and multiple adverse geological phenomena.Reasonable route selection is very crucial to the success of this project and tunnel locations with optimum geological conditions are important and challenging to the geological investigation.Some core technologies such as three-dimensional visualization of high resolution remote sensing interpretation，large regional geological investigation and high-frequency magneto telluric sounding technology were carried out through different stages of geological investigation.The recommended scheme for group tunnels is succeeded to avoid adverse geological phenomena around tunnel body and portal.The route selection for Daiyunshan Mountain group tunnels is proved practical to guarantee engineering quality and prevent risks.Moreover，this scheme has achieved remarkable social，environmental，technological and economic benefits.

Key words:Xiangtang-Putian Railway; Geological route selection; Group tunnels

作者簡介:尹士清(1971—)，男，高級工程師，1993年畢業于中國地質大學(武漢)水文地質與工程地質專業，E-mail:807178235@ qq.com。

收稿日期:2015-08-11;修回日期:2015-08-28

文章編號:1004-2954(2016) 03-0007-04

中圖分類號:U212.22

文獻標識碼:A

DOI:10.13238/j.issn.1004－2954.2016.03.002