巖溶地區鐵路線路選線的思考

杜 沐

北京中鐵第五勘察設計院集團有限公司，北京 102600

我國是世界上石灰巖巖分布面積最大，巖溶發育最為典型的國家。其中，廣西、貴州、云南等省巖溶地貌及巖溶形態發育齊全、巖溶地質問題特別突出，被認為是我國最為典型的巖溶發育區。隨著我國鐵路建設的高速發展，在西南地區的鐵路建設中，線路無法避免的會穿越巖溶分布地區。

1 巖溶地貌的特點

巖溶地貌又稱喀斯特地貌，我國廣西，云南等地區巖溶地貌最為典型，大部分地區分布著連綿成片、一眼望不到邊的尖錐狀、柱狀、塔狀的石灰巖山峰，綿延數百千米，而且各個山峰高度相近，構成一個自西北向東南緩緩傾斜的峰頂面，在林立的石峰之間密集分布著深達200 ～ 400m、直徑為100 ～200m 的小封閉洼地。隨著巖溶底層的峰頂高度依次降低，山峰密度逐漸變稀。同時山間封閉洼地的高程也漸次下降，洼地規模也明顯增大，由數個洼地連接成串珠狀洼地[1]。

2 巖溶對鐵路工程的危害和實例

巖溶對鐵路工程的危害主要表現在以下方面：一是巖溶地面塌陷威脅建筑物安全；二是隱伏巖溶洞穴及其充填物影響建筑物基礎的穩定性；三是巖溶涌水突泥對地下工程造成危害；四是巖溶洼地積水浸泡或淹沒路基和其他地面工程。

（1）巖溶地面塌陷。巖溶地面塌陷是指覆蓋在溶蝕洞穴發育的可溶性巖層之上的松散土石體在外動力因素作用下，向洞穴運移而導致的地面變形破壞，其表現形式是產生塌陷坑。川黔線、貴昆線、盤西線、黔桂線、南昆線等鐵路線上都有不同程度的巖溶塌陷問題。例如，1976 年貴昆線K606+475 處路基雨后發生巖溶崩塌形成直徑約8m 的陷坑，造成斷道約63h；1979 年昆貴線發生路基巖溶塌陷，導致貨物列車尾部脫軌；南昆線施工后期和試運營期間就發生巖溶地面塌陷50 多處。

（2）巖溶洞穴及其堆積物影響建筑物基礎穩定。巖溶洞穴及其堆積物危害工程的主要表現如下：一是建筑物基礎懸空；二是洞穴頂板過薄，不能承受荷載而發生突然坍塌，引起建筑物破壞；三是巖溶洞穴中的堆積物往往為強度低、穩定性差的松軟土或碎塊石土等，開挖易坍塌，不能直接作為建筑物基礎。在西南地區鐵路建設中，巖溶洞穴及其堆積物對工程的危害幾乎遍及各線的路基、橋梁、隧道、房屋建筑工程，技術處理難度大。

（3）巖溶隧道涌水突泥。隧道涌水突泥是巖溶地區常見的地質災害。西南地區長大巖溶隧道經常發生過突發性的涌水突泥災害，給工程造成經濟損失，甚至發生人員傷亡事故。巖溶隧道涌水突泥也常造成地表水或地下水滲漏，造成不利的環境影響。例如，襄渝線中梁山隧道、大巴山隧道京廣線大瑤山隧道、南嶺隧道造成了地表泉水井水干涸、農業和飲用水短缺外，還發生了大量的地面塌陷等次生災害。

（4）巖溶洼地積水。巖溶洼地及谷地由于排水不暢，洪水時沖刷、淹沒橋涵和路基，或洼地積水、冒水浸泡路堤，引起路堤下沉或坍塌。例如，貴昆線平壩兩所屯—羊昌河一帶，在鐵路建成后，雨季巖溶洼地大量積水、冒水鐵路路基被淹沒造成大量損失[2]。

3 巖溶發育規律及選線

水的交替循環是巖溶發育的主要條件。在水的交替循環過程中，裂隙越發育、越富水，水的交替循環越強烈對可溶巖地層的溶蝕作用越強烈，巖溶就越發育；反之對可溶巖地層的溶蝕作用不強，巖溶則不會太發育。巖溶水垂直分帶如圖1 所示。

一般情況下，地下水的交替循環受巖溶排水基準面的影響，易形成巖溶垂向的分帶性：垂直循環帶、季節變化帶、水平循環帶、深部滯流帶。垂直循環帶位于巖溶排水基準面以上，水以垂直運動為主，巖溶形態以漏斗、豎井、落水洞為主，局部可能形成水平溶洞，但總體巖溶發育程度較低，線路宜走行于此帶；季節變化帶地下水運動呈季節性交替，巖溶發育最為強烈，常形成復雜的溶洞、暗河等，隧道走行于此帶時風險較高；水平循環帶位于巖溶排水基準面附近，地下水的運動強烈，是巖溶最為發育的地帶，工程位于此帶風險極高；深部滯留帶位于巖溶排水基準面以下，水流相對緩慢，一般巖溶不發育，但條件適宜時也會產生大的溶洞，也會對地下工程產生極大影響。

圖1 巖溶水垂直分帶示意圖

根據以上巖溶發育規律，文章根據巖溶發育的規律大致對巖溶地區選線做以下思考和總結：

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（1）線路在選線時應繞避巖溶較為發育的地帶，可以選擇走行于巖溶發育較輕的地帶，或走行于地面上。

（2）線路走行于地面以上時，為避免洼地雨季積水淹沒路基，應將路線向山靠近并提高線路標高。

（3）線路為地下工程時應盡量抬升標高，并盡量走行于地下暗河和溶洞的上方，并保證線路距溶洞上方有足夠的距離，滿足溶洞頂板足夠的承載力要求。

（4）線路宜于地下暗河下游地層穩定的排泄區通過[3]。

（5）應盡量采用短隧道，防止長隧道多次揭露溶洞或暗河。

4 巖溶巖性和地質構造選線

（1）巖溶地區線路應盡量走行于較難溶解的巖層上，避開如斷層之類的地質構造破壞帶，非要穿越時線路最好與主要構造線垂直或以較大的角度通過，減少破碎帶巖溶對隧道的影響。某高速公路穿越巖溶區段斷層如圖2 所示。例如，廣西某高速公路在穿越巖溶區斷層時，先走行于非巖溶地帶，爭取到一定高程和空間時以大角度穿越斷層帶，在鐵路選線方面也是值得借鑒的。

圖2 某高速公路穿越巖溶區段斷層示意圖

（2）巖溶地區地質構造線具有明顯地貌特征，如埡口、干谷、溶蝕洼地、坡立谷等經常發育于構造帶上。某線走行于巖溶區一處坡立谷內，避開了谷心地帶，走行于谷邊，這樣避免了大段落的線路走行潛在的暗河頂上，同時靠近谷邊線路標高較高，線路條件較好。

5 根據巖溶地貌選線

（1）喀斯特漏斗和圓洼地。這是巖溶區一種常見的封閉狀負地形，呈漏斗狀和蝶形。在巖溶區分布較為廣泛，漏斗的底部平坦面積小；圓洼地的底部較平坦，有很薄的土層，可以耕種。有時有落水洞通往地下，起泄水的作用。線路為明線時應盡量走行于漏斗和圓洼地的邊緣，避免走行圓洼地的中部豎井或落水洞的上方，并盡量抬升線路標高，避免防止雨季洼地積水浸泡路堤，引起路堤下沉或坍塌；線路為地下工程時也要走行于漏斗和圓洼地的邊緣地帶。

（2）喀斯特槽谷。喀斯特槽谷是由合成洼地進一步發育而成的槽狀谷地，谷坡急陡，谷底平坦可以耕作，面積達數幾十至幾百平方千米。此類地區往往排水不暢，谷內多落水洞及間歇上升泉，線路盡量把標高定高，防止雨季積水浸泡路堤，引起路堤下沉或坍塌，或靠山走。

（3）巖溶丘陵區。在巖溶丘陵區，峰林常有早期巖溶的水平通道，谷底則為現代巖溶發育區，常見暗河等，線路一般抬升標高選擇在峰的腰部通過[5]。

6 巖溶地區選線案例

（1）案例一。某項目在前期研究階段于一處山谷盆地平坦區設置車站，該谷地地勢平坦長約3km，寬約1.5km 設站地形條件較好，但此處為一處典型的喀斯特槽谷，雖然在低洼處有排水的落水洞，但常年淤積排水不暢，每逢雨季整個谷地內積水高約10m，最終該方案改線。因此，在選線中要注意這種喀斯特槽谷地形，其底部或邊緣常有泉水和暗河出沒，選線時應盡量繞避此種難以技術處理的巖溶病害。無法繞避時線路最好走行于地質條件較好的邊緣地帶，標高定于洪水位以上，防止雨季積水浸泡路堤，引起路堤下沉或坍塌。

（2）案例二如圖3 所示。某段線路位于巖溶強烈發育區，沿線山大溝深，結合既有交通廊道，沿線地形地貌及地質條件，研究了方案一和方案二兩個比較方案。

方案一沿既有交通走廊走行于山邊并以短隧道形式穿越埡口，線路長約3km。方案二以長隧道形式穿越。在后期現場外業工作中，發現段落內有較為發育的地下暗河，其中方案一走行于地下暗河排泄區，標高高于巖溶排水基準面，線路整體位于垂直循環帶內。方案二走行段落經過勘察至少與三處地下暗河徑流交叉，由于距離區域內巖溶排水基準面的河流較遠，無法準確判斷暗河標高。權衡利弊最終選擇以方案一貫通。從上述案例中可以總結出線路為地下工程時應盡量抬升標高，并盡量靠近附近河流，走行于地下暗河的排泄區并采用短隧道，防止長大隧道多次揭露大的巖溶大廳和暗河。

圖3 案例二示意圖

7 結束語

國內巖溶區域鐵路建設項目在施工過程中災害頻發，輕則造成財產損失，延誤工期，重則造成人員傷亡。文章通過總結巖溶發育規律及相關鐵路選線經驗，探尋了適合巖溶地區鐵路選線原則，從而減少了施工過程中的巖溶災害。