渝昆高鐵昭通車站主要地質問題及選線

劉觀龍

（中鐵二院工程集團有限責任公司，四川 成都 610031）

0 引言

渝昆高鐵昭通車站位于云貴高原昭通盆地東側，屬云貴高原丘陵區，地形起伏較小，區內發育有采空區、巖溶、軟土、膨脹土、人工棄土等不良地質及特殊巖土。區內第四系及第三系覆蓋層較厚，地下水較豐富，工程地質條件較復雜。本文結合地質勘查及地質專題研究成果，對影響昭通車站站位的地質問題進行分析，結合西南山區地質選線原則，開展了綜合選線。

1 自然地理及地質環境特征

1.1 地形地貌

昭通至昆明段位于云貴高原，高原面地形波狀起伏，碳酸鹽巖與碎屑巖疊置組成山體。測區屬云貴高原丘陵區，地形起伏較小，地面高程1940～2050m，相對高差10～110m，自然橫坡10°～50°。地表覆蓋層較厚。

1.2 地層巖性及地質構造

測區上覆第四系全新統（Q）人工棄土、膨脹土，上第三系（N）膨脹土、軟土、有機質土、細角礫土、粗角礫土、塊石土等；下伏基巖為石炭系砂巖、頁巖夾煤層及灰巖、白云巖；測區處于一級大地構造單元揚子亞板塊，位于川黔東西向構造體系的鹽津～威信構造帶，由一系列大致平行呈“多”字型排列的不同規模褶皺、壓扭斷裂和與其近直角相交的張性斷裂組成。測區以北東向構造為主，呈北東、南西向展布，巖層傾角陡，線型構造明顯。測區主要發育大關口斷裂及其支斷裂。

1.3 水文地質條件

測區地表水主要為水庫水、塘水、溝水和坡面暫時性流水，流量受季節影響明顯，雨季降水量較大，旱季降水量較小。地下水主要類型有第四系土層孔隙水、基巖裂隙水與巖溶水。上第三系土層較厚，含一定量孔隙水；下伏基巖巖體較破碎，含有一定的基巖裂隙水；基巖多為可溶巖，埋深較大，巖溶水發育。地下水主要由大氣降水及地表水補給，地下水埋深較大。

2 地質問題特征

測區不良地質主要為巖溶、采空區；特殊巖土為人工棄土、深厚軟土、膨脹土等[1-2]。其中，對車站方案有影響的主要工程地質問題有采空區、深厚軟土、巖溶、膨脹土等，主控地質問題為采空區、深厚軟土。

2.1 采空區

測區分布主要為大塘階舊司段（C1dj）及上第三系（N）含煤地層。大塘階舊司段（C1dj）共含煤7～10 層，煤層總厚度超過5m，可采煤層主要有3 層，是區內主要采煤地層；上第三系（N）含煤地層煤層分布無規律，以“雞窩煤”為主。結合地質勘察及專題成果，測區主要分布煤礦有貓兒溝煤礦、富康路煤礦、興旺煤礦、延吉煤礦等生產礦井及規模較小的老窯（共56 個）。測區采空區分布復雜，勘察揭示采空區均在已知煤礦礦權范圍外，采空區無規劃、少支撐、埋深淺，勘察難度較大，線路通過小煤窯采空區易發生基底的不均勻沉降變形，安全風險大。

2.2 深厚軟土

深厚軟土層具有厚度大、密度較小、高含水量、大孔隙比、高壓縮性、有機質含量較高等特點，基礎沉降控制難度極大，根據試驗統計，該層軟土天然密度（ρ）為1.32～1.69g/cm3，天然含水量（ω）為48.2%～104.8%，天然孔隙比（e）為1.37～3.05，液性指數（IL）為0.18～2.91，壓縮系數（av）為0.25～1.72MPa-1，燒灼失量為10.6%～30.5%。深厚軟土主要分布在昭通盆地內上第三系（N）土層中，最大厚度超過50m，對工程影響大。

2.3 巖溶

昭通盆地東側及南側邊緣基巖多為碳酸鹽巖地層，主要為二疊系（P）、石炭系（C）、泥盆系（D）灰巖、白云巖，裸露型、覆蓋型巖溶均有分布，巖溶中等～強烈發育，巖體溶蝕嚴重，溶蝕裂隙、溶孔、溶洞等溶蝕形態發育，巖體破碎，對工程影響較大。

2.4 膨脹土

膨脹土膨脹性弱～中等，分布廣泛，厚度變化大，具有失水收縮、開裂、硬結，遇水膨脹、軟化、崩解的特性。測區膨脹土主要以上第三系（N）膨脹土為主，分布昭通盆地內及邊緣，對車站邊坡影響較大。

3 地質選線研究

3.1 選線原則

結合測區地質問題發育情況及前后工程設置，統籌考慮，昭通車站選線按以下原則[3-5]進行。

（1）測區分布大塘階舊司（C1dj）含煤地層，煤礦較多，結合地質勘察資料及收集煤礦資料，測區采空區分布復雜；采空區無規劃、少支撐、埋深淺，勘察難度較大，線路通過小煤窯采空區易發生基底的不均勻沉降變形，安全風險較大；線路應盡可能繞避煤礦及相應采空區，當平面無法避免時，應結合線路平、縱斷面，預留足夠的安全距離或對采空區進行處理，確保工程安全。

（2）昭通盆地存在深厚軟土，在不對地基進行特殊處理的情況下，橋梁工程無論是單樁還是群樁沉降均難以控制，工后沉降及總沉降均不滿足技術要求；車站范圍內路基工程需全部進行沉降處理。線路方案應盡量繞避深厚軟土地段。

3.2 方案比選

根據鐵路發展規劃并結合昭通市發展規劃，本文重點對G85 高速公路外側設站方案（DK）、老機場與G85 高速公路間設站方案（D1K）、靠城市側設站方案（D2K）等3 個方案進行比選。

（1）G85 高速公路外側設站方案（DK）線路自小龍潭特大橋引出，經昭通隧道后，沿高速公路外側于黃竹林村東側設昭通東站，出站后，上跨G356 國道、都香高速后緊坡南下至牛欄江，線路長度61.286km。

（2）機場與G85 高速公路間設站方案（D1K）線路自小龍潭特大橋引出，經昭通隧道后，下穿麻昭高速公路，在機場與高速公路間設昭通東站，出站后，上跨麻昭高速公路、G356 國道、都香高速后緊坡南下至牛欄江，線路長度62.069km。

（3）靠城市側設站方案（D2K）線路自小龍潭特大橋引出，經昭通隧道（L-16.305km），上跨G85 高速公路，在老機場西側靠城市側設昭通東站，出站后，分別上跨G85 高速公路、G356 國道、都香高速，經花鹿坪新機場西側后至牛欄江。線路長度61.461km。

線路方案如圖1 所示，方案工程地質條件綜合對比如表1 所示。

表1 昭通車站方案工程地質條件綜合對比表

圖1 昭通車站站位

靠城市側設站方案（D2K） 通過深厚軟土約10.8km，重點隧道（L-23.18km）有長約2km 的可溶巖發育段落，無輔助坑道條件，該方案工程地質條件極復雜，工程風險高；且該方案穿越城市建成區，房屋密集，廠礦企業眾多，拆遷成本大，實施困難；昭通站出站端線路右側通道狹窄，對規劃六威昭城際、規劃攀昭畢鐵路引入困難。綜合分析，該方案工程地質條件極復雜，方案受控因素多，劣勢明顯。

機場與G85 高速公路間設站方案（D1K）較G85 高速公路外側設站方案（DK）地質條件相對單一；G85 高速公路外側設站方案（DK）存在巖溶、采空區等問題，但是巖溶、膨脹土處理技術已經比較成熟；該方案基本繞避了大規模煤礦采空區，僅存在淺層的、小規模采空區，開采深度16.5～43.1m，采高0.7～4.0m，通過采用“物探篩查，鉆探驗證”的方法，可較好的查明采空區的分布，總體來說采空區引發的安全風險在可控范疇。機場與G85 高速公路間設站方案軟土分布范圍廣、工程性質差、厚度變化大，路橋基礎沉降控制難度極大，必須進行大規模基礎處理，較G85 高速公路外側設站方案（DK）工程地質條件更差。綜合對比分析，推薦G85 高速公路外側設站方案（DK）。

4 結語

渝昆高鐵昭通車站站位主控的地質問題為采空區、深厚軟土、巖溶、膨脹土。在對車站方案進行充分了比選后，推薦G85 高速公路外側設站方案（DK）。該方案雖然工程地質條件較復雜，但繞避了大型采空區，避開了分布集中、性質復雜、處理困難的不良地質段；方案通過的淺層、小規模采空區可以采用“物探篩查，鉆探驗證”的有效手段對安全風險進行較好的控制；巖溶、膨脹土的工程處理方法成熟有效；推薦方案在有效控制地質風險的前提下節約了大量工程投資，地質選線效果顯著。