山西中南部鐵路通道某不良地質地段設站方案研究

歐成章

(中鐵第六勘察設計院集團有限公司,天津 300308)

1 研究背景

滑坡是指一定自然條件下(地層構造、巖性、水文地質條件等),受地下水活動、河流沖刷、人工切坡、地震活動等影響,大量土體或巖體沿著一定軟弱面整體向下滑動的現象。 黃土遇水土粒膠膜脹大,導致連接力減弱、土體沉陷、承載力減弱,形成地質軟層。 為確保臨近滑坡、軟層地段鐵路工程安全,國內眾多學者對滑坡、軟層等不良地質的工程特性及施工技術進行了研究。 梁邵娟等[2]認為:線路應盡量繞避不穩定的大型滑坡,對于中小型滑坡,可考慮在其下部以較低填方或在其上部以較淺挖方通過;尹士清[9]通過綜合分析三維可視化高分辨率遙感數據,判定規模不等的滑坡、巖堆、軟層的發育情況;李孝攀等[1113]基于灰色聚類理論和關聯度法,研究了不良地質(含滑坡、軟層)對線路方案的影響等級。

綜上所述,滑坡、軟層等不良地質是控制線路方案的關鍵因素。 因此,開展滑坡、地質軟層的方案研究很有必要。

2 工程概況

山西中南部鐵路通道西起山西瓦塘,東至山東日照,線路全長1 322 km,橋隧比為49%,是我國第一條按30t 軸重標準建設的重載鐵路[3]。

三交鎮位于山西呂梁山臨縣境內,是本線與呂臨孟支線的連接點,設計初期于該處設置三交站。

勘測期間,該地段揭示地層為新黃土、老黃土、圓礫土、砂巖夾泥巖,未見地下水。 后期經過多輪補充鉆探并結合現場調研,認為三交站位于一個多期、多塊、多級的古滑坡堆積體上,現狀總體穩定。 受人工活動影響,滑坡體前緣發生局部滑塌。

由于影響古滑坡穩定的因素復雜(如重載鐵路、車站加載、排水、人工活動等),且該地段尚存在軟弱層等不良地質,故有必要對在該處設站與否進行研究[4]。

3 設站方案研究

針對三交滑坡、三交軟層不良地質的現狀,分別研究了治理滑坡的穿滑坡方案,滑坡下緣加載的西移高路基方案,橋梁繞避方案,隧道繞避方案,繞避滑坡及軟層的車趕溝設站方案[58], 見圖1。

圖1 三交地區設站方案平面

3.1 穿滑坡方案

三交站為中間站(5000t 規模5 股道),CVK39+535 ～CVK40+490 段以路基形式穿越三交古滑坡,穿越滑坡段路基最高填方處為CVK39+820,路堤邊坡高16 m;最深挖方處為CVK39+750,路塹邊坡高度為40 m。 CVK37+270 ～CVK37+781 段以路塹、隧道形式穿越三交軟弱層。

穿越滑坡部分采用樁板墻、抗滑樁、樁板抗滑樁等處理措施;穿越軟層路基段落采用樁板墻,隧道部分采用大管棚、長管棚及預加固樁等處理措施。 該方案主要技術參數見表1。

表1 穿滑坡方案線路主要技術參數 km

本方案正線長24.810 km,考慮滑坡及軟層等不良地質處理費用后,工程投資總額為167 373.7萬元。

3.2 西移高路基方案

本方案全站范圍內采用高填方通過。 為避免在滑坡范圍內產生挖方,車站站房設在218 省道公路一側,本方案需改移2 km 既有218 省道。

方案CK39+535 ～CK40+490 段以高路基的形式通過三交古滑坡范圍,滑坡段路基最高填方處為CK39+730,路堤邊坡高36 m。

根據黏聚力與內摩擦角計算滑坡穩定性,對局部滑動、可能二次滑動、淺層滑動及深層滑動4 種滑動狀態分別進行檢算,滑坡體在路基反壓作用下處于穩定狀態。 但須在古滑坡內部及外緣加強排水。 穿越三交軟層處理方案與前述方案一致,主要技術參數見表2。

表2 西移高路基方案線路主要技術參數 km

本方案正線長25.170 km,考慮軟層等不良地質處理后,工程投資總額為167 468.4萬元。

3.3 橋梁繞避方案

本方案線位西移,車站絕大部分填方高度在35 m左右,采用橋梁形式通過,改移既有218 省道1 km。本方案對三交古滑坡無影響,主要技術參數見表3。

表3 橋梁躲避滑坡方案線路主要技術參數 km

本方案正線長24.512 km,考慮軟層等不良地質處理費用后,工程投資總額為169 702.8萬元。

3.4 隧道繞避方案

三交地區地形西低東高, CVIIK39 + 495 ～CVIIK40+450 段以隧道形式東繞三交古滑坡,設計線高程為888 m,于完整基巖面以下通過,三交古滑坡、三交軟層對線路均無影響。 主要技術參數見表4。

表4 隧道躲避滑坡方案線路主要技術參數 km

本方案正線長23.852 km,工程投資總額為171 977.1萬元。

3.5 車趕溝設站方案

該方案以隧道形式于滑坡后緣外側外繞三交古滑坡,線位橫跨車趕溝于前陡泉村至下川坪村段東西向設置三交站(即三交站整體東移)。 三交古滑坡、三交軟層均對本方案無影響。 主要技術參數見表5。

表5 車趕溝設站方案線路主要技術參數 km

本方案正線長28.532 km,工程投資總額為180 222.4萬元。

3.6 優缺點分析及推薦意見

(1)三交設站條件

穿滑坡方案、西移高路基方案、橋梁繞避方案站址條件與前期設計相當;隧道繞避方案車站大部分位于隧道內,車趕溝設站方案站址南移至車趕溝內。 從設站條件分析,穿滑坡方案、西移高路基方案、橋梁繞避方案相對較優,隧道繞避方案最差。

(2)與三交古滑坡關系

穿滑坡方案以低填挖方于滑坡前緣通過;西移高路基方案以高填方于滑坡前緣加載通過,滑坡不需治理。 橋梁繞避方案、隧道繞避方案、車趕溝設站方案均已繞避三交古滑坡。 從與三交滑坡關系方面分析,橋梁繞避方案、隧道繞避方案、車趕溝設站方案相對較優。

(3)與三交軟弱層關系

穿滑坡方案、西移高路基方案、橋梁繞避方案、隧道繞避方案相當,車趕溝設站方案完全繞避了三交軟層區域。 從與三交軟弱層關系分析,車趕溝設站方案最優。

(4)工程投資

主要工程數量及投資見表6。

表6 工程投資

由表6 可知,穿滑坡方案、西移高路基方案工程投資相當,較其它方案略有優勢,車趕溝設站方案投資較高,橋梁繞避方案工程投資較穿滑坡方案增加2 329萬元(占總投資的1.4%),隧道繞避方案工程投資較穿滑坡方案增加4 603.4萬元(占總投資的2.8%)。

綜上所述,橋梁繞避方案繞避了三交古滑坡范圍,消除了潛在的工程風險,對湫水河河道行洪干擾小,站內路基工程邊坡高度較低,且工程投資較穿滑坡方案、西移高路基方案增加幅度不大(總投資的1.4% 以內),建議按橋梁繞避方案開展下步工作[12]。

4 取消三交設站可行性分析

考慮到三交站的貨物運輸功能可調整至臨縣站加以解決(臨縣站到發線有效長度由650 m 延長至1 080 m),三交站具備取消條件,故對取消三交站方案進行了詳細研究[10]。

4.1 設站分析

采用繞避方案(4 股到發線)、取消設站方案進行對照。 主要工程數量對照見表7。

表7 三交是否設站方案主要工程內容對照

從表7 可以看出,取消三交站節省工程投資8 576萬元,節約投資顯著。

4.2 臨縣站到發線延長投資對照

取消三交站后,臨縣站可承擔該站貨運功能,需將到發線有效長從650 m 調整為1 080 m。 主要工程數量見表8。

表8 到發線有效長延長主要工程數量及工程投資對照

由表8 可以看出,臨縣站到發線延長至1 080 m后,工程投資3 171萬元。

5 結論

取消三交站可節省工程投資8 576萬元;臨縣站到發線有效長由650 m 延長至1 080 m,增加工程投資3 171萬元,以上合計可節省工程投資5 405萬元。

考慮到三交滑坡及三交軟弱層等不良地質對線路方案的影響,結合技術經濟比選,本次方案研究按取消三交站方案開展后續工作[1416]。