重慶至貴陽鐵路息烽至修文段線路方案研究

郭 強

(中鐵二院工程集團有限責任公司貴陽公司,貴陽 550002)

1 概述

鐵路選線是鐵路勘察設計中重要的基礎工作。尤其對于復雜山區鐵路,通過選線設計可以確定線路的合理走向,以降低工程難度、節省工程投資,提高修建鐵路的經濟社會效益[1]。已有許多學者開展相關研究,朱穎等提出減災選線中需根據地質控制因素,篩選技術可行、經濟合理、風險可控的線路方案,并指出選線中要高度重視投資控制,但不能把投資作為唯一的考慮要素[2-3];樂重對鐵路綜合選線原則進行探討,認為選線時應分析各影響因素并抓住主要制約因素確定方案[4]; 陳俊等通過對鄭萬鐵路平頂山地區線路客流、工程地質條件、線路順直、工程投資和城市規劃銜接等影響因素的研究,推薦經禹州平頂山西方案[5];武巍等針對路網規劃,地質選線,環保要求等影響因素,綜合比選蒙西至華中地區鐵路五里川至鄧州段線路走向,推薦沿既有線方案[6];陳明浩等根據地質選線原則,選擇工程地質條件相對較優、工程風險可控的銅梁取直和經大足、銅梁方案[7]。綜上所述,鐵路選線受規劃、地形地質、環保、工程投資等眾多因素影響,為確定合理的線路方案,設計中應充分考慮各影響因素,綜合比選,抓住主要制約因素,從而得出工程可靠、綜合效益好的推薦方案[8]。

重慶至貴陽鐵路擴能改造工程(以下簡稱“渝貴鐵路”)從川南低山丘陵區爬升至云貴高原,地形起伏大,線路橫穿涼風埡等區域性分水嶺,跨越長江、烏江等河流,沿線不良地質眾多,是一條地形、地質、環境都極為復雜的鐵路。其中,息烽至修文段線路區域內,城鎮規劃、地形地質、環境敏感點等影響因素多,以下充分考慮各因素影響并進行綜合比選,以期得出工程安全可靠、社會效益好的線路方案。

2 概況

渝貴鐵路位于重慶市西南部和貴州省北部地區,線路北起重慶市,自重慶西站引出后,向南經綦江進入貴州省境內,經遵義、息烽,接入既有貴陽北站,正線全長約345km[9],為國鐵Ⅰ級200km/h客貨共線鐵路。

項目北端可通過成渝、遂渝線直達川渝地區,通過襄渝和蘭渝線通往華北、西北地區; 南端經黔桂線通往北部灣地區,通過貴廣線直達珠江三角洲和港澳發達地區;還可通過滬昆通道通往云南和湖南等華中地區,是我國西南至華南地區快速鐵路通道的重要組成部分,也是重慶、川東、川北和黔北至廣東、廣西沿海地區最便捷的鐵路通道[10-11]。該線功能定位為以客為主、客貨兼顧[12]。

圖1 地理位置示意

渝貴鐵路沿線所經處不良地質發育齊全,其中巖溶、壓礦、采空區、順層對工程影響尤為突出。可溶巖地段主要分布于趕水至貴陽段,約占全線長度的65%,其中涼風埡、婁山關、遵義、閣老壩、息烽、高壩、都拉營等地區巖溶強烈發育,約占整個可溶巖區的30%,其他地區巖溶為中等發育至弱發育。

3 方案研究

3.1 自然特征

息烽至修文段線路位于貴州省貴陽市息烽縣至修文縣一帶,橫穿斗篷山區域性分水嶺,線路呈北南走向,區域位于海拔800～1600m的云貴高原區,總體北低南高。

(1)地形地貌

線路沿線區域為云貴高原區,間屬云貴高原溶蝕洼地。兩側平行山脈走向發育,有長達數公里的長條形溶蝕槽谷地貌。巖溶地貌占據主導地位,呈帶狀展布,在靠近分水嶺、構造影響強烈處形成“V”形峽谷。

(2)工程地質

沿線覆蓋層為第四系全新統;下伏三疊系、二疊系、志留系、奧陶系、寒武系、震旦系上統燈影組地層。構造主要由南北向構造體系、北東向構造體系及北北東向構造體系構成。

(3)水文地質

沿線主要排泄基準面為烏江,屬長江水系。分水嶺為斗蓬山,由于巖組的特殊組合關系(含水層與隔水層相間),層組間水力聯系差,在構造條件控制下,分割成不同的水文地質小單元,導致各地層分屬不同的水力系統,沒有統一地下水位,各水文地質單元徑流、排泄特征各異。

3.2 方案說明

研究范圍內分布有4處煤礦采空區、2處水源保護區、1處風景名勝區、1處城鎮規劃區及既有川黔鐵路,巖溶強烈發育,尤其是含水層與隔水層相間形成的復雜水文地質環境等影響因素眾多,極大限制線路方案的選擇。

共研究東側經羅家壩方案、經新寨方案、取直方案、經久長方案及經久長西側方案。經新寨方案中,羅家壩隧道出口段巖溶強烈發育,3條橫穿線路的巖溶管道位于線路正洞拱頂以上10～30m,工程風險極高;取直方案中,羅家壩隧道為9.236km單面坡巖溶隧道,且通過采空區范圍,工程風險巨大,不滿足建設工期要求;經久長西側方案4跨既有川黔鐵路,線路較經羅家壩方案長1.641km,工程投資增加較多,同時進入久長城填規劃區范圍,地方政府強烈反對。綜上所述,經久長方案與經羅家壩方案可行性較高,故進行進一步比較研究。線路方案示意見圖2。

圖2 息烽至修文段線路方案示意

經羅家壩方案線路從息烽站引出后,向東于下紅馬水源保護區及煤礦采空區間通過,之后穿天馬山、羅家壩隧道,經順興場接入修文站。

經久長方案線路從息烽站引出后,向西繞避下紅馬水源保護區及煤礦采空區,之后2次上跨既有川黔鐵路,穿中寨隧道,于久長城鎮規劃區東側到達方案比較終點,后接入修文站。

3.3 影響因素分析

(1)從線路條件分析

經久長方案較經羅家壩方案線路長0.923km,最小曲線半徑由5500m變為3500m[13],平面曲線增加2個,平面條件稍差,但橋隧總長由18329m變為15887m,橋隧比降低約14%[14]。

(2)從地質條件分析

兩方案均屬云貴高原黔中東緣中低山峰叢洼地地貌,地層為灰巖及白云巖。

經羅家壩方案羅家壩隧道處于巖溶水水平循環帶中,存在4段巖溶管道,施工中涌水突泥風險較大,工程地質條件差。另外,由于隧道施工,會造成地下水徑流發生變化,引起地表失水。根據水文地質資料、各自然村寨落與隧道位置關系,確定隧址區地下水資源環境影響范圍約31.6km2,涉及6個村莊24個組居民約3000人,水田1530hm2、旱地2130hm2[15],易引發社會穩定性風險。

經久長方案線路以短隧和橋為主,隧道處于巖溶水垂直循環帶,存在1段可能揭示巖溶管道,方案線路多出露于地表,對地下水環境影響較小,工程地質條件一般。

(3)從環境敏感點分析

比較范圍內分布有兩處水源保護區,分別為下紅馬水源保護區及高潮水源保護區。兩方案均對水源保護區和風景名勝區予以了繞避。

(4)從施工組織分析

經久長方案無控制性工程;經羅家壩方案中,天馬山隧道為控制性工程,天馬山隧道長4855m,主體土建工程總工期為38個月,為滿足施工工期需要,需設置橫洞(長1538m)、斜井(長480m)各1座。

(5)從規劃適應性分析

兩方案對久長城鎮規劃區無干擾,與規劃適應性較好,但經久長方案占地稍多。

(6)從工程實施難度分析

經久長方案較經羅家壩方案隧道推測巖溶管道與線路交叉次數少,且隧道由處于水平循環帶變為處于垂直循環帶,涌水、突泥風險有所降低;同時巖溶管道位于設計高程以下,不易造成地表失水,對沿線居民生產生活影響小,施工及社會穩定風險相對較小;線路兩跨既有川黔鐵路,施工期間對既有線運營有一定干擾,橋梁跨越鐵路時均為32m簡支梁,風險及干擾較小,工程實施難度小。

3.4 方案比較及推薦意見

(1)工程數量及投資

兩個方案主要工程數量及投資比較見表1。

表1 主要工程數量及投資比較

(2)方案優缺點分析

兩方案優缺點對比分析見表2。

表2 方案優缺點分析

由表1、表2可知,線路條件上,經久長方案線路略長,平面曲線增加2個,略差于經羅家壩方案;在繞避環境敏感點、與規劃適應性上兩方案基本一致,均對環境敏感點、城鎮規劃區予以繞避;地質條件上,經久長方案與巖溶通道交叉減少3處,巖溶隧道長度縮短5455m;施工組織及工程實施難度上,經久長方案均優于經羅家壩方案;工程投資上,經久長方案增加2749萬元。

(3)推薦意見

結合上述比較分析,經久長方案線路略長,投資略高,但本段線路主要制約因素為巖溶問題,且經久長方案以短隧和橋為主,同時隧道處于垂直循環帶,可溶巖段落減少可降低涌水、突泥等施工風險及地表失水帶來的社會穩定性風險,工程風險及實施難度小,故推薦采用經久長方案。

4 結語

鐵路選線設計是一個集決策和設計為一體的多因素、多層次的復雜系統工程。雖然本段線路不長,但其控制因素多,在復雜山區選線設計中具有一定的代表性。根據本段線路方案的研究,總結出復雜山區鐵路選線設計原則。

(1)堅持減災選線原則:設計中應全面識別地質災害風險,采取措施規避重大地質災害風險及防控重大地質災害風險。首先對采空區予以繞避,其次對巖溶強烈發育區盡量繞避,不能繞避時減少通過地段的長度,快速通過,盡量抬高線路高程,使線路處于垂直循環帶中,靠近排泄基準面傍河布線,同時隧道采用順坡施工以降低涌水突泥等地質災害風險。

(2)堅持環保選線原則:對生態環境敏感區,線路應盡量繞避,不能繞避的,在滿足政策和環保要求下以對環境影響最小的方式通過。本段方案研究中對水源保護區及風景區均予以繞避。

(3)堅持以人為本的選線原則,重視社會穩定風險。隨著構建和諧社會的需要,控制社會穩定風險也受到越來越多的重視,線路應盡量繞避一些不利于社會穩定的區域,本段比選中經羅家壩方案存在由于隧道修建引起大面積失水,造成居民生活、生產用水困難,引發社會穩定風險問題。

(4)堅持綜合比選的原則: 在方案比選過程中,應不遺漏方案,全面分析各方案優缺點,結合地形地質條件、環境敏感點、規劃、工程風險、施工組織、工程投資等影響因素多方面行綜合比選,抓住主要制約因素,從而擇優確定推薦方案。