渝昆高鐵復雜山區地段方案研究★

任闖闖，范俊懷，崔 鵬

(中鐵第六勘察設計院集團有限公司，天津 300308)

新建重慶至昆明高速鐵路起于重慶樞紐重慶西站，接入昆明樞紐昆明南站，是我國八縱八橫高鐵干線之一京昆高速鐵路的重要組成部分[1]，北端銜接蘭渝線、遂渝線、渝萬線、渝利線、成渝客專和規劃設計的渝西客專、渝長客專、渝黔客專，與渝黔線在重慶西分場設置；線路中部與川南城際、在建成貴線相連；南端銜接滬昆客專、云桂線和昆明樞紐東南環線。該線路自重慶西站引出，經重慶市，四川省瀘州市、宜賓市，貴州省畢節市，云南省昭通市、曲靖市，終至昆明南站，線路長度699.332 km，目前處于在建階段[2]。渝昆高鐵會澤縣待補至田壩站地段屬于高原山區地帶，地質條件極其復雜，環境敏感點分布廣泛，確定最佳線路方案極其困難[3]。經濟合理地確定渝昆高鐵待補至田壩站地段最佳線路平縱方案，對渝昆高鐵建設和京昆高鐵大通道打通具有重要意義。

1 線路走向方案比選

1.1 線路概況

渝昆高速鐵路會澤縣待補至田壩站段屬于滇北高原山區，沿線有華山省級自然保護區、雞鳴山縣級保護區等環境敏感點，地貌為以禮河等河流下切形成的高原河谷地貌，海拔2 060 m～2 870 m；地層以侏羅系至震旦系的碳酸鹽巖、砂泥巖和玄武巖相間成片出露；地質條件極其復雜，主要工程地質問題為巖溶及巖溶水、危巖落石、滑坡、巖堆、順層等，隧道巖溶及巖溶水風險大，圍巖破碎軟弱，局部富水[4]。結合渝昆高鐵沿線山高谷深的艱險地形、大范圍發育溶巖區、遍布的滑坡泥石流、眾多磷礦區、駕車華山松省級自然保護區等因素，提出“隧道下穿滑坡群方案”“高橋穿越滑坡群方案”和“靠近待功高速公路方案”三個方案。比選范圍為DK556+000～DK580+000[5]。渝昆高鐵會澤縣待補至田壩站段線路走向方案示意圖如圖1所示。

1)隧道下穿滑坡群方案。線路自比選起點DK556+000引出，下穿渝昆高速公路后，在DK564+000～DK566+000不良地質地段以隧道形式通過，之后于駕車華山松省級自然保護區東側經過，至比選終點DK580+000。該方案線路全長24 km，其中橋梁175 m/2座，隧道23 792 m/3座，橋隧比99.86%。

2)高橋穿越滑坡群方案。線路自比選起點DⅠK556+500引出，下穿渝昆高速公路后，在DIK564+000～DⅠK566+000不良地質地段以路橋型式通過，之后于駕車華山松省級自然保護區東側經過，至比選終點DⅠK580+113.02。該方案線路全長24.113 km，其中橋梁1 379 m/4座，隧道22 098 m/5座，橋隧比97.36%。本方案穿越了滑坡群及泥石流溝段。

3)靠近渝昆高速公路方案。線路自比選起點DⅡK556+500引出后，下穿G85渝昆高速公路后，繞避那寨箐地段滑坡群、巖堆等不良地質，在滑坡群東側與高速公路之間泥石流溝谷地段以大跨橋通過，至比選終點DⅡK580+533.82。該方案線路全長24.534 km，其中橋梁1 213 m/2座，隧道22 619 m/3座，橋隧比97.14%。

1.2 工程數量及投資表

工程數量及投資表見表1。

表1 工程數量及投資表

1.3 線路走向方案比選及推薦意見

從工程地質、環境敏感區影響、工程投資、工程風險及工程可實施性等方面對3個方案進行優缺點比較分析，得出最佳方案[6]。線路走向方案比選表如表2所示。

表2 綜合分析比選表

經過工程經濟技術比選，高橋穿越滑坡方案穿越滑坡群、泥石流溝等不良地質，橋高最高達96 m，施工難度大，施工及運營安全風險極高，予以舍棄。隧道下穿滑坡群方案雖采用了一個25‰(4.05 km)的坡度，但對運行時分幾乎沒有影響，且該方案線路長度最短，以隧道形式下穿滑坡群，避開了滑坡、巖堆、泥石流等不良地質，相對于靠近渝昆高速公路方案有著地質條件好、工程難度低、工程實施條件好、運營風險低等優勢，且該方案投資最為節省，節省投資約6 465萬元，故推薦采用隧道下穿滑坡群方案作為最佳的線路走向方案。

2 坡度方案比選

在確定隧道下穿滑坡群方案為最佳線路走向方案的基礎上，進一步研究最佳縱斷面方案，共研究了那寨箐地段壓低做隧道方案、抬高做路橋方案兩個方案。比選范圍：DK557+050～DK568+780。從地質條件、工期情況及工期風險、施工風險及運營風險、坡末速度檢算等方面綜合分析，進一步確定最佳的縱坡方案。

2.1 縱斷面概況

1)那寨箐地段壓低做隧道方案(Ⅰ方案)。

在DK557+050～DK561+150段采用20‰的上坡(坡長4.1 km)，DK561+150～DK565+200段采用25‰的下坡(坡長4.05 km)，在DK565+200～DK568+780段采用3‰的下坡(坡長3.58 km)。本段線路長度11.73 km，其中橋梁192 m/2座，隧道11 538 m/2座，橋隧比100%。

2)那寨箐地段抬高做路橋方案(Ⅱ方案)。

在DK557+050～DK561+550段采用17.5‰的上坡(坡長4.5 km)，在DK561+550～DK565+250段采用8.2‰的下坡(坡長3.7 km)，DK565+250～DK568+780段采用3‰的下坡(坡長3.53 km)。本段線路長度11.73 km，其中橋梁626 m/5座，隧道9 982 m/4座，橋隧比90.43%。

縱斷面比選示意圖如圖2所示。

2.2 方案優缺點分析及推薦意見

1)地質條件方面：那寨箐地段壓低做隧道方案(Ⅰ方案)以長大隧道形式通過，隧道洞身進入弱風化巖體段落增加，巖體完整性較Ⅱ方案好。但隧道地下水涌水量增大，防排水措施增加。那寨箐地段抬高做路橋方案(Ⅱ方案)地表玄武巖風化層較厚，以松散狀土夾碎石為主，易垮塌，暴雨期間易形成滑坡和泥石流[7]。隧道洞身埋深較Ⅰ方案淺，受區域地質構造影響，隧道內巖體完整性較Ⅰ方案差。那寨箐地段抬高中間變為3個短隧道，長度分別為2 898 m，681 m，2 083 m，施工工期較短，運營期間運營排水能力較好，且隧道間為大段明線段，運營通風及防災疏散救援條件較好。

2)工期情況及工期風險：那寨箐地段壓低做隧道方案(Ⅰ方案)分為2個隧道，分別為寧靖里隧道和那寨箐隧道，長度分別為6 326 m，7 268 m。采用1座斜井和1座橫洞的輔助坑道方案及隧道進出口增加工作面，施工工期分別為39.0個月、45.2個月，能夠滿足目前施工組織方案54個月工期要求；橋梁為現澆施工，長度較短，避開了滑坡群區域。那寨箐地段抬高做路橋方案(Ⅱ方案)隧道總長度較短，但橋梁全長626 m，長度較長，采用現澆施工，對施工不利；橋梁穿越DK564+470滑坡區且橋梁軸線與泥石流溝夾角約40°，安全隱患較大，橋梁需跨越滑坡區下緣及泥石流溝段，主墩處地質條件差。橋梁鄰近DK564+950和DK565+150附近的滑坡區，安全風險大。

3)施工風險及運營風險：那寨箐地段壓低做隧道方案(Ⅰ方案)隧道埋深較深，地質條件相對較好，施工風險可控；并且隧道進出口均有道路相連，施工進場條件較好。運營期間運營排水能力、運營通風及防災疏散救援條件相對較好。那寨箐地段抬高做路橋方案(Ⅱ方案)短隧道進出口及淺埋段偏壓嚴重，施工風險增大，并且部分隧道進出口無道路相連，需新建較長施工便道，施工進場條件較差；橋梁需跨越滑坡區及泥石流溝段，現場施工條件差；DK564+280處路基以挖方形式通過滑坡前緣，該段兩處滑坡相連，工程開挖導致滑坡阻滑段土體減少產生臨空面，需在路塹和隧道開挖前設置預加固抗滑樁，工程量大，無論是施工過程還是鐵路運營過程，風險均較大；DK564+470～DK564+720段，路基以挖方形式通過兩處滑坡中部，工程開挖將擾動滑坡，易發生不良地質次生災害，需設置預加固抗滑樁，工程量大，施工及鐵路運營均存在風險[8]。

綜上所述，壓低做隧道方案雖然采用了一處25‰的下坡(坡長4.05 km)，隧道通風及防災救援條件相對稍差，但兩方案運行時分幾乎一致，且該方案以隧道形式躲避了滑坡群及泥石流溝等不良地質地段，隧道洞門、橋臺位置選擇均較好，工程可實施性強，施工及運營風險均可控。經行車檢算，上行方向坡末速度為295 km/h，不小于設計速度的80%～85%，滿足高速鐵路設計規范相關要求[9]。故推薦采用壓低做隧道方案。

3 大坡度軟化比選

按照《鐵路線路設計規范》高速鐵路縱斷面坡度一般為20‰，在復雜山區地段為了適應地形變化可以采用較大坡度。但當坡度大于20‰時，會影響列車運行速度、列車運行時分、行車安全和旅客舒適度。因此針對渝昆高鐵大坡度地段開展軟化坡度比選研究，以確定最佳的縱斷面方案。

3.1 縱斷面概況

渝昆高鐵待補至田壩站地段線路在寧靖里隧道和那寨箐隧道間自然出露，在DK561+150～DK565+200采用25‰(4.05 km)的下坡。現對此處大坡度進行軟化坡度經濟技術比選，研究了大坡度方案及軟化大坡度方案兩個方案，比選范圍為DK555+000～DK568+650，具體內容如下：

1)大坡度方案( Ⅰ 方案)：線路在DK556+700處下穿待功高速公路中梁子隧道后，在DK557+050～DK561+150段采用了20‰(4.2 km)的上坡，在DK561+150～DK565+200段采用了25‰(4.05 km)的下坡，以隧道形式下穿那寨箐不良地質區域。全段長度13.65 km，共分為2個隧道，分別長6 326 m，7 268 m。中橋一座，長64 m，橋隧比100%。

2)軟化大坡度方案(Ⅱ方案)：線路在DK555+000～DK557+000段采用3‰的上坡(坡長2.0 km)，DK557+000～DK561+250段采用4.5‰的上坡(坡長4.25 km)，DK561+250～DK565+200段采用9.9‰的下坡(坡長3.95 km)，DK565+200～DK568+650段采用3‰的下坡(坡長3.45 km)。全段長度13.65 km，合并為1個隧道，隧道全長13.65 km，隧道占比100%。軟化大坡度比選示意圖如圖3所示。

3.2 方案優缺點分析及推薦意見

1)地質條件方面。

兩方案地質條件基本一致，隧道圍巖均以強風化～弱風化玄武巖為主，受區域向斜背斜和斷層構造影響，巖體破碎，基巖裂隙水和構造裂隙水發育，隧道大部分位于水平徑流帶內，特別是淺埋地段，巖體極破碎，洞內坍塌，大坡度方案(Ⅰ方案)突水突泥等風險低，軟化大坡度方案(Ⅱ方案)突水突泥等風險高。

2)工期情況及工期風險。

大坡度方案(Ⅰ方案)采用1座斜井和1座橫洞的輔助坑道方案及隧道進出口增加工作面，施工工期分別為42.7個月、47.2個月，能夠滿足目前施工組織方案54個月工期要求。由于兩隧道間天然出露，施工時兩個隧道互相不影響，施工工期風險相對較小。軟化大坡度方案(Ⅱ方案)采用2座斜井和1座橫洞的輔助坑道方案及隧道進出口增加工作面，施工工期為49.6個月，能夠滿足目前施工組織方案54個月工期要求。相比于大坡度方案(Ⅰ方案)，合并成一個長隧道后，受巖體破碎及基巖孔隙水發育等地質條件影響，施工過程中不可預見風險影響，工期風險增大。

3)施工風險及運營風險。

大坡度方案(Ⅰ方案)隧道分為兩個隧道，長度分別為6 326 m，7 268 m。隧道地段地質條件相對較好，施工風險可控。施工條件便利；棄渣條件較好；運營通風、防災救援及排水能力條件較好。軟化大坡度方案(Ⅱ方案)隧道合建為一個隧道，長度為13 658 m。突水涌泥風險增加，高地應力風險增加。隧道中間為人字坡，運營期間運營排水能力相對較好。隧道較長，運營通風及防災救援條件較差。

4)工程投資。

大坡度方案(Ⅰ方案)工程投資約為19.72億元，軟化大坡度方案(Ⅱ方案)工程投資約為19.90億元，大坡度方案(Ⅰ方案)投資節省0.18億元。

5)運行時分及行車節能。

大坡度方案(Ⅰ方案)采用25‰的大坡度，線路坡度變化較大，增加司機操作難度，速度波動變化略大，上行方向坡末速度為295 km/h，乘客乘坐體驗服務質量略有下降，運行時分約3.2 min，一對8節編組列車能耗892 kW·h。軟化大坡度方案(Ⅱ方案)取消了25‰的大坡度，速度稍有波動，乘客乘坐體驗服務質量基本無影響，運行時分約3 min，比大坡度方案(Ⅰ方案)平均速度提高20 km/h左右，運行時分節約0.2 min，一對8節編組列車能耗651 kW·h，比大坡度方案(Ⅰ方案)節約241 kW·h，一對8節編組列車一年可節約成本約6萬元。

綜上所述，大坡度方案(Ⅰ方案)雖在運行時分、行車節能上存在劣勢，但運行時分僅多0.2 min，相差很小。大坡度方案(Ⅰ方案)基巖裂隙水最小，地質條件最好，隧道施工過程中塌方及突水突泥等風險均較小；同時由于兩隧道均較短，兩隧道間為明線段，防災救援條件最好，利用活塞通風效率高，工期受施工過程中不可預見因素影響風險小，投資相比軟化大坡度方案(Ⅱ方案)節省0.18億元。故推薦采用大坡度方案(Ⅰ方案)。

4 結論及展望

渝昆高鐵會澤縣待補至田壩站地段位于云南省北部高原山區，地質條件極其復雜，環境敏感點等分布廣泛，是渝昆高速鐵路建設的難點，沿線控制和影響因素眾多，從工程地質條件、環境敏感區影響、工程投資、工期情況及工期風險、施工風險及運營風險、運行時分等多方面進行經濟技術綜合比選研究，推薦采用地質條件好、繞避省級自然保護區、工程實施難度小、投資節省的隧道下穿滑坡群方案，并針對大坡度地段進行軟化比選研究，確定最佳的線路平縱方案，確保了渝昆高鐵的建設和運營安全，對京昆大通道的打通具有重要意義。