宜昌至涪陵高速鐵路宜昌至恩施段線路方案研究

朱 濤

(中鐵工程設計咨詢集團有限公司，北京 100055)

鄂西、渝東區域內不良地質廣布，巖溶、巖溶水(暗河)、卸荷式地質災害、采空區、高地應力與軟巖變形等均有發育。尤其是野三關、云霧山、齊岳山、方斗山等地段，巖溶強烈發育區、大型滑坡(崩塌)和高勢能危巖落石等控制線路走向方案。因此，在該區域修建鐵路難度較大。為了有效降低不良地質的影響，必須貫徹地質選線理念，查清不良地質分布范圍，并采取相應的工程措施。已有學者開展相關研究，彭學理對宜萬鐵路復雜不良地質地段進行線路方案比選，當線路通過巖堆、危巖落石集中發育地段等不良地質體且難以規避時，宜采用多方案綜合比選，按照“兩害相權取其輕”的原則選擇合理的線路方案[1]；展志成在伊寧至阿克蘇鐵路南天山越嶺方案研究中，對南天山西、中、東3個越嶺方案進行分析，從越嶺埡口、越嶺高程、越嶺隧道長度、工程地質條件及工程投資進行比較，推薦工程條件較好、投資省的中方案[2]。宜涪高鐵所經過區域內巖溶發育強烈，如何在穿越巖溶區是本線的重難點，結合有“鐵路橋隧博物館”之稱的既有宜萬鐵路的案例[3]，對宜涪高鐵宜昌至恩施段線路走向進行深入研究。

1 概述

宜昌至涪陵高速鐵路(簡稱“宜涪高鐵”)，位于湖北省西部、重慶市中東部。項目東端銜接武漢至宜昌高速鐵路，西端經重慶樞紐與成都至重慶中線高速鐵路貫通，通過渝萬城際與成渝高鐵連通，設計速度為350 km/h，是沿江高速鐵路通道的主干線路，線路正線全長448 km[4]。

宜涪高鐵的建設可支撐長江經濟帶發展，促進長三角、長江中游、成渝三大城市群協調發展；形成的沿江高鐵主通道，完善長江經濟帶高標準高鐵網絡布局；提升沿江通道客運能力和服務質量，釋放沿江既有鐵路通道貨運能力。宜涪高鐵地理位置見圖1。

圖1 宜涪高鐵地理位置示意

2 沿線自然特征

2.1 地形地貌

宜涪高鐵位于鄂西渝東中低山區，溝谷深切，地形陡峻，地質構造復雜，海拔500～1 800 m，分布有較為典型的利川、恩施和建始3個規模較大的山間盆地，相對高差一般在200～800 m。沿線分布有天陽坪、仙女山、新華、建始-恩施、齊岳山、方斗山等多處斷裂及斷裂束，東部長陽東西向褶皺帶、西部北東向弧形褶皺帶[5-8]。區內不良地質廣布，巖溶、巖溶水發育強烈。

區域內滑坡、錯落、崩塌、危巖落石、巖堆、順層滑動、采空區、有害氣體、高地應力與軟巖變形等也較為發育；巖溶強烈發育區、大型滑坡、崩塌與高勢能危巖落石較為普遍[9-12]，其典型地貌見圖2。

圖2 低山重丘區典型地貌

2.2 水文地質特征及主要河流

研究區水系較發育，主要為長江、龍河、清江及其支流。地表水量豐富但分布極不均勻，廣大的碳酸鹽巖區“喀斯特干旱”較為嚴重。地下水類型主要有第四系孔隙水、基巖裂隙水及巖溶水。一般地段為重碳酸、硫酸鈣、鎂水，水質較好，含煤、石膏地層中地下水水質對混凝土結構具侵蝕性。

2.3 環境敏感點

本區段內，分布有長江湖北宜昌中華鱘自然保護區、湖北長陽清江地質公園、清江白甲魚水產種質資源保護區、長陽清江風景名勝區、湖北長陽清江濕地公園、湖北五峰地質公園、重慶龍河濕地公園、長江三峽風景名勝區以及長江重慶段四大家魚水產種質資源保護區等多處環境敏感區。

線路走向方案研究中，應盡量繞避自然保護區、風景名勝區、水利風景區、濕地公園、森林公園、地質公園、飲用水源保護區、文物保護單位及生態保護紅線等環境敏感區[13-18]。受線路走向、站位選擇、不良地質區域分布等因素限制，若線路走向、站位方案難以繞避，應加強工程處理措施，最大限度地減少對其的影響。

3 野三關至建始段方案研究

宜涪高鐵是鞏固沿線武陵山片區經濟可持續發展脫貧成果的重要交通干線，線路應盡量經過縣級及以上城市；沿線位于鄂西渝東中低山區，地形陡峻，地質構造復雜，不良地質廣布，巖溶、巖溶水發育強烈。根據既有宜萬鐵路運營統計資料，首先對宜萬鐵路隧道涌水以及病害較多的野三關至建始段進行深入研究。

野三關至建始段線路穿越陽雀山、坳角山和蔡家山，地勢中間高兩端低，海拔高差達800 m，地質構造復雜，巖溶強烈發育，地下水豐富，根據既有宜萬鐵路施工、運營期的統計資料，野三關、大支坪兩座隧道巖溶發育，發生的涌水病害較多[11]。因此，沿既有宜萬鐵路通道方案中野三關至建始段是最為復雜的一段，為確保沿既有宜萬鐵路通道方案可行，研究了沿高速公路、沿宜萬鐵路、取直和北繞野三關4個方案，見圖3。地質巖溶分布及剖面情況見圖4、圖5。

圖5 Ⅰ-Ⅰ剖面示意

3.1 從工程地質條件分析

沿高速公路方案：并行滬渝高速公路通道，以高橋、短隧形式穿越巖溶強烈發育區，線路縱斷面高程大部分走行于水平循環帶以上，利用其降水漏斗穿行，工程地質條件較好。

沿宜萬鐵路方案：并行宜萬鐵路野三關和大支坪隧道穿越巖溶強烈發育區，線路縱斷面高程局部位于水平循壞帶以下，特別是該段既有宜萬鐵路施工、運營期間涌水病害較多，工程條件較差。

取直方案：主要以長大隧道穿過巖溶強烈發育區，線路縱斷面高程局部位于水平循壞帶以下，涌水風險高且處理難度大，工程地質條件最差。

北繞方案：沿著巖溶發育區的邊緣走行，線路所經地區巖溶、暗河等不良地質相對較小，工程地質條件最好。

綜上，在工程地質條件方面，北繞方案最優、沿高速公路方案其次，另外兩個方案工程地質條件均較差，后續施工、運營風險較大。

3.2 從環保方面分析

沿高速公路方案、取直方案均繞避了各類環境敏感區，沿宜萬鐵路方案穿越了大支坪鎮鴉鵲溝水源地保護區二級區，北繞方案穿越巴東縣野三關鎮兩溪坪村水源地保護區二級區。

3.3從線路長度、工程投資分析

取直方案線路長度最短、工程投資最省，較沿高速公路方案短2.08 km、工程投資節省3.54億元；沿宜萬鐵路方案較沿高速公路方案線路長度長1.84 km、工程投資高3.17億元；北繞方案較沿高速公路方案線路長度長10.42 km、工程投資高17.74億元。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

3.4 小結

沿高速公路方案并行滬渝高速公路通道，以高橋、短隧形式穿越巖溶強烈發育區，工程地質條件相對較好，且線路長度較短、工程投資較低；在對環境敏感區無影響，因此，野三關至建始段推薦采用沿高速公路方案。

4 宜昌至恩施線路方案研究

在對沿宜萬鐵路方案中地質條件較為復雜的野三關至建始段研究中確定了沿高速公路方案。根據宜昌至恩施段經濟據點、地形地貌、不良地質和環境敏感點分布等因素，結合沿著既有宜萬鐵路、清江廊道的相對關系，研究了經五峰、鶴峰北方案，沿宜萬鐵路方案，經秭歸、建始方案，經五峰、鶴峰方案和沿清江方案5個走向方案，見圖6。

圖6 宜昌至恩施段走向方案示意

4.1 方案說明

經五峰、鶴峰北方案：線路自在建宜昌至鄭萬聯絡線金巴嶺線路所引出后西行，跨越長江后依次經過長陽縣、五峰縣、鶴峰縣北部、恩施市后至既有利川站。新建線路長度為261.20 km。

沿宜萬鐵路方案：線路自在建宜昌至鄭萬聯絡線金巴嶺線路所引出后西行，跨越長江后沿宜萬鐵路依次經過長陽縣、建始縣、恩施市后至既有利川站。新建線路長度為256.73 km。

經秭歸、建始方案：線路自在建宜昌至鄭萬聯絡線新設三里崗線路所引出，跨越長江后西行，依次經秭歸縣、長陽縣、巴東縣、建始縣、恩施市后至既有利川站。新建線路長度為260.76 km。

經五峰、鶴峰方案：線路自在建宜昌至鄭萬聯絡線金巴嶺線路所引出后西行，跨越長江后依次經過長陽縣、五峰縣、鶴峰縣、恩施市后至既有利川站。新建線路長度為293.80 km。該方案線路長度和運營時間長，與項目功能定位不匹配，故予以舍棄。

沿清江方案：線路自在建宜昌至鄭萬聯絡線金巴嶺線路所引出后西行，跨越長江后依次經過長陽縣、巴東縣、建始縣、恩施市后至既有利川站。新建線路長度為250.23 km。該方案吸引客流條件最差，故予以舍棄。

前3個方案主要工程數量及投資比較見表2。

表2 主要工程數量及投資比較

4.2 方案優缺點分析

(1)從區域鐵路網布局合理性分析

經五峰、鶴峰北方案與宜萬鐵路拉開間距，區域路網布局合理；沿宜萬鐵路方案與宜萬鐵路并行，功能重疊，區域路網布局合理性較差；經秭歸、建始方案走行于既有宜萬線和在建鄭萬高鐵之間，部分區段功能重疊，區域路網布局合理性最差。

(2)從經濟據點及吸引客流分析

3個方案在輻射經濟據點方面均是5個縣級以上城市，其中未通鐵路的經濟據點為秭歸、五峰2個縣。秭歸縣距宜昌市約50 km，是渝東鄂西的交通樞紐，作為長江上游的交通咽喉，境內擁有長江黃金水道64 km、高速公路2條，縣城及周邊交通便捷、路網密布。五峰縣屬國家武陵山集中連片特困地區，是土家族少數民族聚居地區，也是全國首批革命老區縣，五峰縣域海拔高度為100～2 500 m，地形、地勢起伏較大，較為落后的交通對縣域經濟造成嚴重制約和影響。因此，經五峰、鶴峰北方案能更好地帶動五峰縣經濟發展，也能適當兼顧鶴峰縣的客流。各方案經由經濟據點及人口覆蓋情況見表3。

表3 經由經濟據點及人口覆蓋情況

(3)從城市規劃符合性分析

經五峰、鶴峰北方案：長陽東站、五峰站、恩施南站距離城區均較近，與地方意見和城市總體規劃相符，并能適當兼顧鶴峰縣。

沿宜萬鐵路方案：長陽西站、建始站距離城區均較遠，引入既有恩施站，車站周邊發展空間有限，與地方意見和城市總體規劃不符。

經秭歸、建始方案：建始站距離城區較遠，引入既有恩施站，車站周邊發展空間有限，與地方意見和城市總體規劃不符。

(4)從工程地質條件分析

經五峰、鶴峰北方案：長陽至五峰段穿越清江兩岸巖溶區(垂直循環帶)后順著非可溶巖條帶進入五峰，之后以短距離穿越巖溶強烈區，多走行于垂直循壞帶或可溶巖底板以下，整體工程地質條件復雜，但繞避了大型不良地質體。

沿宜萬鐵路方案：宜昌至榔坪段走行于非可溶巖區或巖溶弱發育區；榔坪至高坪段巖溶條件復雜；高坪至恩施段主要沿既有線以簡單工程或短隧穿過溶蝕侵蝕山間谷地區，整體工程地質條件較經五峰方案略差。

經秭歸、建始方案：線路穿越黃陵背斜控制的巖溶系統后進入花崗巖地層，之后主要以隧道形式穿越巖溶強烈發育區。除宜昌北及花崗巖地段工程地質條件相對較好外，其余工程地質及水文地質條件均較差。

(5)從對環境影響分析

經五峰、鶴峰北方案：經過宜昌中華鱘自然保護區、長陽清江濕地公園、清江白甲魚水產種質資源保護區、長江清江地質公園、五峰地質公園等6處環境敏感區，對環境影響相對較大。

沿宜萬鐵路方案：經過宜昌中華鱘自然保護區、清江森林公園、清江風景名勝區等4處環境敏感區，對環境影響相對較小。

經秭歸、建始方案：經過宜昌中華鱘自然保護區、長江三峽地質公園、長江三峽風景名勝區等4處環境敏感區，對環境影響相對較小。

(6)從工程建設條件及投資分析

經五峰、鶴峰北方案：10 km以上隧道6座(最長隧道16.05 km)，長江橋位于庫區下游，水位較低，橋梁造價較低，且能兼顧呼南通道過江資源，工程建設條件相對較好。線路長度為261.2 km、工程投資444.04億元，工程投資適中。

沿宜萬鐵路方案：10 km以上隧道5座(最長隧道15.21 km)，長江橋位于庫區下游，水位較低，橋梁造價較低，且能兼顧呼南通道過江資源，工程建設條件相對較好。線路長度為256.73 km、工程投資436.44億元，工程投資最省。

經秭歸、建始方案：10 km以上隧道7座(最長隧道18.32 km)，長江橋位于三峽庫區，水位較深，深水基礎施工工藝復雜，造價較高，且不能兼顧呼南通道過江資源，工程建設條件相對較差。線路長度為260.76 km、工程投資445.79億元，工程投資最高。

4.3 小結

綜上分析，經五峰、鶴峰北方案區域路網布局合理，能兼顧較多的經濟據點，吸引客流能力較好；車站位置與地方意見和城市總體規劃相符；地形地質條件相對較好，且線路順直，工程投資適中，故推薦經五峰、鶴峰北方案。

5 結語

鄂西渝東中低山區不良地質廣布，穿越巖溶、發育強烈地段時，應對線路方案進行充分分析、論證。首先，在勘察設計前期要深入開展地質加深工作，查明可能經過區域的工程地質條件、水文地質條件和各種不良地質，為選線及工程處理措施提供翔實的技術基礎資料；其次，在設計中應遵循“先繞避、短通過、抬高程、傍河邊、靠既隧、人字坡”的選線原則，繞避溶洞、暗河、采空區等嚴重不良地質。若不能繞避，應盡量減少通過的長度，采取可靠的工程處理措施，以確保隧道施工和運營的安全。