渝昆高鐵高原斜坡過渡帶地質選線研究

【摘要】渝昆高鐵通過云貴高原斜坡過渡帶，由于受到多期次構造運動的影響，在強烈的地質構造作用下，地質條件復雜，具有“三極兩強”的特征（即高地殼應力、高烈度地震、地形起伏極為劇烈、地質災害極為發育、水文地質條件極為復雜），嚴重地制約了鐵路選線工作。通過對區內制約鐵路選線的主要工程地質問題進行分析，針對渝昆高鐵高原斜坡過渡帶的特點開展地質選線研究，對區域內擬建的攀昭畢、六威昭等鐵路具有一定的借鑒意義。渝昆高鐵高原斜坡段位于云貴高原東北邊緣峽谷區，由四川盆地邊緣爬升至云貴高原。地質條件復雜，具有“三極兩強”的特征，控制鐵路方案的主要工程地質問題為重力不良地質災害、活動斷裂及高烈度地震、巖溶及巖溶水、有害氣體及采空區。在充分汲取西南鐵路地質選線經驗的基礎上，選取了地質條件相對較好的筠連鹽津（黃草）方案（CK）。推薦方案繞避了活動斷裂及重力不良地質災害集中發育地段，繞避了大型采空區，工程工期風險、運營安全風險相對較低。

【關鍵詞】渝昆高鐵； 高原斜坡過渡帶； 工程地質問題； 地質選線

【中圖分類號】U212.35【文獻標志碼】A

［定稿日期］2023-02-13

［作者簡介］劉觀龍（1990—），男，碩士， 工程師，主要從事鐵路行業勘察設計及項目管理工作。

1 工程概況

渝昆高鐵自重慶西站起，經瀘州市、宜賓市、昭通市、威寧縣、曲靖市、昆明市，至昆明南站，設計時速350 km/h，全長約699 km。本文研究區位于云貴高原東北邊緣峽谷區，由四川盆地邊緣爬升至云貴高原的高原斜坡段（即高縣至昭通段）。研究區地跨揚子亞板塊之滇東拗褶帶和康滇古隆起。就構造體系而言，位于川黔東西向構造體系之鹽津～威信構造帶，此帶背斜開闊平緩，軸部及其兩翼斷裂發育，構造形態常被破壞而不完整；向斜窄，兩翼產狀陡立，軸部平緩近似對稱。測區由一系列大致平行呈“多”字型排列的不同規模的褶皺、壓扭斷裂和與其近直角相交的張性斷裂組成。由于受到多期次構造運動的影響，在強烈的地質構造作用下，具有“三極兩高”的特征（即高地殼應力、高烈度地震、地形起伏極為劇烈、地質災害極為發育、水文地質條件極為復雜），嚴重的制約了鐵路選線工作。本文通過對渝昆高鐵高原斜坡過渡帶的詳細勘察，并結合相關專題研究成果，對該過渡帶內影響鐵路選線的主要工程地質問題進行分析，根據西南山區選線原則，開展綜合選線工作。

2 地理及地質特征

2.1 地理特征

研究區位于云貴高原東北部，通過烏蒙山脈，跨過金沙江南岸支流橫江上游的關河、洛澤河、灑漁河、白水江等，河谷深切，地形陡峻，起伏大，山坡陡立，屬峽谷中低—中山地形。地形北東低、南西高，海拔450～2 740 m，高差最多在2 000 m以上（圖1）。研究區氣候垂直變化顯著，夏無酷暑，冬天干燥而寒冷，常有勁風的特點，屬于由亞熱帶季風氣候向高原季風氣候的過渡帶。

2.2 地質特征

研究區地處印度板塊與歐亞板塊碰撞縫合帶附近之揚子亞板塊，處于川滇經向構造體系東緣與滇東“多”字型構造體系的結合部位，以北東、南北向構造最為明顯，為主干構造，兩者以明顯的聯合、復合關系交織在一起，北西向構造以小型斷裂為主。此外尚有少量川黔東西向構造、沾益“山”字型構造、“入”字型構造及規模不大的旋扭構造等。區內多次應力作用所引起的構造形變，除各自保留著本單元之特征外，還相互干擾、穿插、利用或改造，形成各種不同形式的聯合與復合現象，使研究區構造形態變得更加復雜（圖2）。

3 主要地質災害

研究區主要地質災害有：重力不良地質災害（危巖落石、滑坡、巖堆、崩塌、錯落等），活動斷裂及高烈度地震，巖溶及巖溶水，有害氣體及采空區等［1］。

3.1 重力不良地質災害

研究區由四川盆地急劇爬升到云貴高原，在150 km內海拔升高約1 500～2 000 m，地形地貌變化劇烈，河流溝谷下切強烈，受構造影響嚴重，高陡斜坡眾多。研究區重力不良地質災害分布眾多，是控制鐵路方案的重要地質災害。區內重力不良地質普遍具有高差大、分布廣、規模大、治理難等特征。區內滑坡及巖堆主要分布區有：①河流溝谷地帶，如關河、白水江、洛澤河及其支流兩側；②構造強烈影響帶，如活動斷裂影響區等。區內典型滑坡有鹽津黃草滑坡、彝良寨子1#滑坡、大園滑坡等；區內典型巖堆有鹽津金魚堂巖堆、長溝巖堆、大沙灣巖堆，彝良北巖堆、申家溝巖堆等。區內崩塌、危巖落石主要分為兩類：①深切峽谷區，如關河、白水江、洛澤河岸坡的危巖；②硬質巖節理發育區，主要為硬質巖出露區，受原生節理或構造影響，巖體破碎，易形成崩塌、錯落及危巖落石。內昆鐵路自動工以來，每年均有不同程度的重力不良地質病害發生；運營期間，對重力不良地質災害的處理持續至今，雨季因危巖落石、滑坡、巖堆、崩塌等重力不良地質災害造成斷道的情況時有發生。

3.2 活動斷裂及高烈度地震

研究區跨越華南地塊和大涼山次級塊體及川滇菱形塊體交匯區。其中川滇菱形塊體和大涼山次級塊體內發育眾多規模大、活動強烈的全新世活動斷裂。研究區內發育有4條活動斷裂，分別為馬邊—鹽津斷裂、蓮峰斷裂、昭通—魯甸斷裂、會澤—彝良斷裂，各活動斷裂特征如表1所示。

研究區域跨越長江中游地震帶、右江地震帶和鮮水河—滇東地震帶。區內地震具有震中分布極不均勻、集群性特征顯著，但活動強度非常大、頻度高的特點。受地震影響較嚴重。據歷史統計，區內發生過6級以上地震6次，7級以上地震4次。研究區歷史地震情況詳見圖3。

3.3 巖溶及巖溶水

高縣至昭通段分布大量碳酸鹽巖地層，主要發育于三疊系（T）—石炭系（C）中。段內影響鐵路工程巖溶形態眾多，諸如溶洞、落水洞、溶蝕洼地、隱伏溶洞、暗河等大量發育。

3.4 有害氣體及采空區

3.4.1 有害氣體

研究區通過多套煤系地層，主要為上第三系（N）、三疊系（T）、二疊系（P）、石炭系（C）地層。其中須家河組（T3x）、樂平組/龍潭組/宣威組（P2l/ P2l/ P2x）、大塘階舊司段（C1dj）含煤豐富，煤質較好，是主要可采煤層；上第三系（N）含褐煤，埋藏淺，是昭通地區主要可采煤層。瓦斯可燃性、爆炸性及其導致的窒息性和毒性直接威脅隧道施工和運營安全。

3.4.2 采空區

研究區礦產資源主要以煤為主，具有開采歷史悠久，礦區交叉重疊、采空區普遍分布，面積廣、開采深、規模大等特點。根據收集資料及現場調查訪問，沿線大中型礦主要集中在筠連—鹽津、大關—昭通，多以采煤為主。根據調查，研究區調查區范圍內有效的煤礦礦權為73個，老窯、老窯采空區調查點53個，金屬礦礦權8個。

4 地質選線研究

研究區從四川盆地爬升至云貴高原，區域內河谷深切，山坡陡立，渝昆高鐵的地質選線受到復雜的地質環境的影響，重大工程的設置受到了極大的限制。遵循西南山區鐵路綜合選線原則，通過詳細勘察及相關地質問題的專題研究，開展了渝昆高鐵高原斜坡地帶的綜合地質選線研究［2-9］。

4.1 選線原則

（1）重力不良地質選線根據各類災害對工程的危害及程度采取不同的措施。危巖落石對鐵路工程的影響主要表現為沖擊破壞工程結構，線路應繞避大型危巖區，選擇在危害程度較小的段落通過；宜沿山脊線行進，且盡量抬高線路。線路應繞避巨型滑坡、巖堆及成群發育的滑坡或巖堆；宜繞避大、中型滑坡或巖堆，無法繞避時，應對其進行工程處理。

（2）線路宜繞避活動斷裂帶，尤其是多個斷裂交匯帶或密集帶。無法繞避時，應選擇以簡單易修復工程大角度通過，明線工程宜設置在地勢開闊、遠離高陡斜坡地帶。線路應盡量繞避高烈度地震區，無法繞避時，應減少線路通過高烈度區斷裂的段落；工程設置宜選擇在地形簡單、基底穩固區域，保證與活動斷裂的安全距離，且按相應的烈度設防。

（3）線路宜繞避巖溶及巖溶水強烈發育區或減小通過的長度；宜傍山布置隧道工程，并拔高線路標高，選擇在垂直滲流帶通過，減少水平徑流帶段落，并保證順坡施工條件。

（4）線路應繞避大面積采空區或無法查明的老窯；無法繞避時，應選擇規模小、影響有限的段落通過，或以下穿隧道形式通過；無法以隧道下穿時，對于淺部開采的小型采空區，可采取工程加固處理。線路應繞避大面積有害氣體富集區或選擇在濃度和壓力低的地段以最短距離通過，隧道宜設置在非瓦斯或微瓦斯段。

4.2 方案比選

結合沿線不良地質發育情況，進行綜合選線，研究了經筠連鹽津（黃草）方案（CK）、經鹽津彝良取直方案（C3K）、經鹽津大關（縣城）方案（C5K）、經鹽津大關（天星）方案（C7K）、經筠連鹽津組合方案（C9K）等五個線路走向方案（圖4）。

4.2.1 經筠連鹽津（黃草）方案（CK）

該方案線路長151.935 km，上跨白水江和洛澤河，繞避了活動斷裂、采空區；以6座長隧通過多套可溶巖地層，涌水、突泥風險較大；鹽津南站、彝良北站受滑坡、危巖落石影響較大；昭通隧道CK390+700～CK394+650 m段3.95 km通過第三系上新統（N2）膨脹土夾褐煤，對隧道工程影響較大。該方案工程地質條件較復雜，工程風險較大。

4.2.2 經鹽津彝良取直方案（C3K）

該方案線路長度150.127 km，該方案兩跨關河，一跨洛澤河，繞避了活動斷裂、大部分采空區及重力不良地質發育地段；其中C3K311～C3K313段受斷裂影響，圍巖破碎；以隧道工程連接關河至錢家河溝，隧道長度30 km，其中C3K328～C3K338段10 km順茅口組（P1m）灰巖行進，巖溶及巖溶水風險極大；C3K291+970.6大橋小里程端危巖落石較嚴重；隧道C3K305～C3K306段受鹽津縣大隊煤礦影響較大；昭通隧道出口段長距離通過第三系上新統（N2）膨脹土夾褐煤，與經筠連鹽津（黃草）方案（CK）相似，對隧道工程影響較大。該方案工程地質條件極復雜，工程風險極大。

4.2.3 經鹽津大關（縣城）方案（C5K）

該方案兩跨關河，一跨洛澤河，繞避了活動斷裂，但受重力不良地質災害、巖溶及巖溶水及采空區影響較大。該方案以長隧（L-20.6 km）繞避鹽津酸棗樹煤礦采空區；在大關縣城附近，線路沿大關河右岸行進，岸坡陡峻，危巖落石、滑坡、巖堆等重力不良地質災害對工程影響極大；大關縣城至昭通段以隧道通過兩個特大巖溶泉（2 160 L/s、2 363 L/s）的徑流區，隧道施工易引起泉水漏失；隧道C5K384+700～C5K386+800 m段受昭通市昭陽區盛豐煤礦影響較大。該方案工程地質條件極復雜，工程風險極大。

4.2.4 經鹽津大關（天星）方案（C7K）

該方案線路長161.3 km，兩跨關河，一跨洛澤河，繞避了活動斷裂，但受重力不良地質、巖溶及巖溶水影響較大，采空區對其有一定影響。該方案以長隧（L-20.6 km）繞避鹽津酸棗樹煤礦采空區；線路沿橫江峽谷行進，隧道洞口及橋梁岸坡受危巖落石、巖堆、滑坡等重力不良地質災害影響大，其中對線路有影響的巖堆3處、危巖落石2處；鹽津北站至豆沙關為20 km長隧道，穿過背斜、向斜、斷層各2條，并穿過多套可溶巖地層，水文地質條件復雜；線路以隧道下穿大關縣沿河煤礦，最小垂直凈距250 m。該方案工程地質條件復雜，工程風險大。

4.2.5 經筠連鹽津組合方案（C9K）

該方案兩跨關河，一跨洛澤河，繞避了活動斷裂、采空區，但受長段落順層偏壓、巖溶及巖溶水影響較大。線路經諸多采空區邊緣，筠連至鹽津為19 km長隧道，順巖層走向，沿可溶巖與非可溶巖接觸帶行進，左側順層偏壓，接觸帶圍巖破碎、軟弱，工程地質條件較差，洞身段約4 km位于茅口組（P1m）灰巖內，水文地質條件較復雜；以長隧連接關河至錢家河溝，長段落順茅口組（P1m）灰巖行進，與經鹽津彝良取直方案（C3K）相似，巖溶及巖溶水風險極大；昭通隧道出口段長距離通過第三系上新統（N2）膨脹土夾褐煤，與經筠連鹽津（黃草）方案（CK）相似，對隧道工程影響較大。該方案工程地質條件極復雜，工程風險極大。

4.2.6 線路方案比選意見

經比選，筠連鹽津（黃草）方案（CK）的工程地質條件相對簡單，工程工期風險、運營安全風險相對較低。該方案繞避了活動斷裂及重力不良地質災害集中發育地段；通過可溶巖地層相對較短，順坡排水基本有條件實現，巖溶及巖溶水風險相對較低；繞避了大型采空區與煤系地層大角度相交，減少穿過煤系地層長度。綜合比選，推薦筠連鹽津（黃草）方案（CK）。

5 結論

渝昆高鐵高原斜坡段位于云貴高原東北邊緣峽谷區，由四川盆地邊緣爬升至云貴高原。地質條件復雜，具有“三極兩強”的特征，控制鐵路方案的主要工程地質問題為重力不良地質災害、巖溶及巖溶水、活動斷裂及高烈度地震、有害氣體及采空區。在充分汲取西南鐵路地質選線經驗的基礎上，選取了地質條件相對較好的筠連鹽津（黃草）方案（CK）。推薦方案繞避了活動斷裂及重力不良地質災害集中發育地段，繞避了大型采空區，工程工期風險、運營安全風險相對較低。

參考文獻

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