復雜山區鐵路安全選線研究★

李松真

(中鐵四院集團南寧勘察設計院有限公司,廣西 南寧 530007)

瑞金至梅州鐵路位于江西省南部和廣東省東北部,線路起于江西省贛州市瑞金市,從贛龍擴能改造工程瑞金站引出,沿途經會昌縣、安遠縣至尋烏縣,之后跨贛粵省界至廣東省境內,經平遠至梅州市梅縣區、梅江區引入既有漳龍鐵路梅州站。沿線分布有湘江國家濕地公園、三百山國家級風景名勝區及國家森林公園、平遠縣城飲用水源保護區、河嶺嶂市級自然保護區等眾多環境敏感點。主要不良地質現象有滑坡溜坍、危巖、落石、人為坑洞、巖溶、地熱及放射性等,其中43處工點周邊顯著出露危巖、落石[1]。項目在貫徹“環保優先、源頭控制”的環保理念基礎上,尤為重視安全選線,綜合采用物探、鉆探手段,探明影響地質選線的高風險源;通過大范圍線調,排查威脅鐵路運營安全的易燃易爆危險品廠、站、庫、管線[2-18]。

為保證鐵路建設、運行安全,以瑞金至梅州鐵路平遠至熱柘段局部方案比選為例開展安全選線決策研究,通過識別局部方案的環境敏感點、不良地質、危險源,進行安全選線初步研究及安全確認深化研究,經穩定性評價及加固處理確認,推薦對線路建設、運營安全無顯著影響的方案。

1 安全選線方案初步研究

1.1 瑞金至梅州鐵路平遠至熱柘段方案概況

本段線路選線主要受危巖落石發育區、崩塌發育區、煙花爆竹倉庫、平遠縣熱柘鎮溫泉礦、平遠火石寨縣級森林公園等因素影響。考慮線路安全和線路順直,研究了隧道穿越滑坡溜坍、危巖落石的柚樹河西側隧道方案;為完全繞避安全敏感因素和降低橋隧比,比較研究了經柚樹河東側方案,如圖1所示。

1.2 主要技術經濟比選

柚樹河西側隧道方案:線路自平遠站引入向南,沿柚樹河西側的山脊走行至方案比較終點,線路長12.086 km,共設橋梁10座2 407延米、隧道6座7 251延米,橋隧比重79.91%,費用合計59 244萬元。

柚樹河東側方案:線路自平遠站引入向東南,兩跨柚樹河后至方案比較終點,線路長12.209 km,共設橋梁16座3 340延米、隧道11座4 608延米,橋隧比重65.1%,費用合計65 402萬元。兩方案主要技術經濟對照情況如表1所示。

表1 主要技術經濟對照表

從建設安全方面:兩方案安全可控,但柚樹河西側隧道方案隧道建設工程地質條件較好,柚樹河東側方案隧道工程地質條件差。

從工程投資方面:征拆工程,柚樹河東側方案征地多22.3 ha,且基本農田多,用地指標高,拆遷多0.27萬m2,征拆費用增加約5 595萬元。路基工程,柚樹河東側方案所經地形相對平緩,路基支擋防護工程較省,雖然路基總長增加1.833 km,但費用僅增加2 129萬元。橋梁長度增加933 m,費用增加3 655萬元。隧道長度縮短2 643 m,但由于地形相對平緩,以短隧道為主,淺埋偏壓嚴重,Ⅳ級、Ⅴ級圍巖比重達79.7%,因此費用僅省5 221萬元。合計柚樹河西側隧道方案較柚樹河東側方案工程費用省約6 158萬元。

1.3 推薦意見

綜上分析,兩方案建設安全均可控,由于柚樹河西側隧道方案投資省,且東側方案需跨越柚樹河Ⅱ類水體,施工期間還需采取相應的環保措施,因此,初步研究推薦采用經濟性較強、安全可控的柚樹河西側隧道方案。

2 安全選線深化研究

2.1 沿線安全因素具體分析

1)崩塌發育區、危巖落石發育區。本段位于廣東省梅州市平遠縣熱柘鎮及大柘鎮,線路穿越丘陵區,剝蝕丘陵區間丘間谷地地貌,丘陵區地勢起伏,相對高差約為120 m～390 m,自然坡度約為20°～35°。線路地處長田圩向斜西翼與核部交界附近,且近似與巖性接觸帶重合通過,多次跨越接觸帶,地質構造發育,地層風化強烈、破碎,以侏羅系上中統高基坪組凝灰質砂巖夾粉砂巖(凝灰巖)、白堊系下統官草湖群砂巖夾粉砂巖為主,巖質較軟,節理裂隙較發育,巖體較破碎。沿線主要控制因素為崩塌發育區及危巖落石發育區,對線路施工及運營存在潛在威脅。李屋隧道進出口處零星發育危巖落石及崩塌區,進口DK204+200—DK205+000段線路右側山體坡面為崩塌發育區,坡面危石主要由巖體碎塊及粉質黏土組成,巖石碎塊約占30%,塊徑0.2 m～0.5 m不等,局部碎石零星落在坡面上,塊徑0.2 m～1 m,呈散狀分布,出口DK207+000—DK208+200段線路左側和右側發育危巖落石及泥石流溝,其中左側主要為半埋型落石群和裸露型危巖,現場共發現泥石流溝6處,半埋型落石群9處,較大裸露型危巖9處,部分半埋型落石群裂隙發育,裂縫寬度約為0.1 m～0.5 m,危巖塊徑0.5 m～3.5 m,滾落方向約65°～160°;出口線路右側危巖主要為局部零星分布的碎石或大暴露面基巖,危巖塊徑0.2 m～1.5 m,滾落方向約65°～160°。

2)煙花爆竹倉庫。線路DK204+500右側700 m現有平遠縣隆安煙花爆竹專營有限公司爆竹倉庫一座,存放規模為煙花3 t、爆竹5 t。

3)平遠縣熱柘鎮溫泉礦。平遠縣熱柘鎮溫泉礦位于線路DK211+500左側500 m,該區段地質構造發育,區域熱水按賦存狀態為第四系層狀熱水。其層狀熱水儲量豐富,水溫一般較低,涌水地表溫度約40 ℃～50 ℃,水質多為無色、無味,稍有硫磺味,總礦化度190 mg/L～500 mg/L,開采價值較大。

2.2 深化比較方案概況

詳細考慮各安全控制因素,在初步推選的柚樹河西側隧道方案(方案一)附近,從有利于線路順直、建設運營安全系數高等方面出發,擬定了同精度比選的危巖落石區左側方案(方案二)及危巖落石區右側方案(方案三),如圖2所示。

方案一:線路自平遠站引出,前行跨越大柘河后,折向南以隧道形式通過危巖落石區域,而后折向東南前行至熱柘鎮高南村,比較段里程范圍DK200+450—DK211A+009.209,線路長度10.559 km。

方案二:線路自比較起點引出,前行跨越大柘河后,于危巖落石區域左側折向南前行至比較終點,比較段里程范圍D4K200+450—D4K210+916.611,線路長度10.467 km。

方案三:線路自比較起點引出,折向南跨越大柘河,于危巖落石區域右側前行至比較終點,比較段里程范圍D5K200+450—D5K211+123.981,線路長度10.674 km。

三方案經濟技術情況如表2所示。

2.3 各方案優缺點比較

從工程地質條件:方案一以深埋隧道長段落穿越山脊,工程地質條件相對較好;方案二和方案三處于溝谷地段,沿線隧道淺埋偏壓段落較多,工程地質條件一般。從工程地質條件分析,方案一占優。

從線路順直度:三個方案線路長度差別不大,方案一線路長度10.559 km,橋隧總長8.744 km,橋隧比82.8%;方案二線路長度10.467 km,橋隧總長7.898 km,橋隧比75.5%;方案三線路長度10.674 km,橋隧總長8.653 km,橋隧比81.1%。

從工程實施難易程度:

1)方案一線路長度適中、橋隧比最高(較方案二線路長92 m,橋隧長846 m;較方案三線路短115 m,橋隧長91 m),路基長度1.904 km,深路塹約1.0 km,存在1處深路塹(DK209+650—DK209+850段左側,挖方40 m～45 m),圬工方約6.1萬m3;其中擋墻、樁板墻圬工約3.9萬m3;征地、拆遷量最小,協調難度小。

2)方案二線路最短、橋隧比最低;路基長度2.569 km,深路塹約1.4 km,圬工方約8.57萬m3,其中擋墻、樁板墻圬工約5.56萬m3;該方案路基存在4處陡坡路基、深路塹等困難路基,困難地段多、段落長;征地量最大,拆遷量相對較小。

3)方案三線路長度最長、橋隧比適中,隧道淺埋偏壓段落最長,施工難度較大、風險高;路基長度2.021 km,深路塹約1.1 km,圬工方約6.69萬m3,其中擋墻、樁板墻圬工約4.35萬m3;該方案路基存在5處深路塹等困難路基,困難地段較多、段落較長;房屋拆遷量最大,實施協調難度大。從工程實施難易程度及安全性分析,方案一稍占優。

從建設運營安全性:三方案均對崩塌發育區和煙花爆竹倉庫進行了合理繞避,無需處理危巖落石,施工及運營期風險可控。但方案三隧道淺埋偏壓段落最長,施工難度較大、風險高;方案二部分淺埋隧道圍巖等級相對較差;方案一隧道圍巖等級相對較好,風險低。從建設運營安全性分析,方案一占優。

從工程投資:方案一工程投資比方案二、方案三分別節省1 028.23萬元、5 940.15萬元。從工程投資方面分析,方案一占優。

2.4 決策意見

經安全確認深化研究,方案一工程地質條件相對較好,技術條件較優、風險低,安全性好,協調難度小、投資省,推薦采用柚樹河西側隧道方案。

3 結論

1)線路安全是方案成立的基礎,由于需綜合考慮地質條件、環境保護和建設、運營安全等眾多因素,難以一次性選擇出最優方案,有必要分層次開展方案比選研究。

2)安全選線方案初步研究時,按完全繞避和穿越安全敏感區兩大方案開展了比選,在線路建設安全可控的基礎上,選擇經濟性強的方案作為初步推選方案。

3)安全選線深化方案研究時,需詳細考慮各安全控制因素,在初步推選方案基礎上,從有利于線路順直、建設運營安全系數高等方面出發,擬定了同精度比選局部比選方案,最終推薦了建設運營風險低、安全性可控和投資省的方案作為推薦方案。