宝(鸡)兰(州)客运专线天水至定西段不良地质地段选线

单留毅

(中铁第一勘察设计院集团有限公司, 陕西西安 710043)

宝(鸡)兰(州)客运专线位于所规划徐州至兰州客运专线的西段,属于国家铁路“四纵四横”客运专线网的重要组成部分。将与郑(州)宝(鸡)客运专线、兰(州)新(疆)第二双线，共同构筑高标准、大能力运输通道,构成西北与东、中部地区大动脉,并实现区域内客货分线运输,彻底解决西北地区陆桥通道运输能力问题。宝(鸡)兰(州)客运专线由陕西省宝鸡南站引出,途经甘肃省天水市、秦安县、通渭县、定西市、榆中县后进入兰州盆地至终点兰州市,并接入兰州枢纽。

天水至定西段为天礼盆地低山丘陵区及黄土高原沟壑、梁峁区。地形地貌复杂,地层、岩性多变,断裂构造较发育,且处于高地震烈度区。滑坡、崩塌、泥石流等不良地质极为发育,严重制约线路方案的比选工作。

1 自然地理概况

本段属天礼盆地中渭河及其支流藉河、葫芦河宽谷区,河谷宽阔,地形较为平缓;黄土梁峁区沟壑纵横,地形起伏较大。

区内气候以渭河与黄河分水岭为界分为两区：分水岭以东属暖温带半湿润大陆性气候,以西属中温带半干旱大陆型气候。具有由东向西气温降低，雨量减少,四季分明,春秋温润,夏秋多雨,冬季干燥。

2 工程地质条件

2.1 地层岩性

沟谷阶地表层多为第四系全新统冲洪积黏性土、砂类土、碎石类土。梁峁区表层为第四系上更新统风积黄土,多具自重湿陷性，下伏第三系泥岩夹砂岩；在河谷岸坡、山坡及冲沟内局部可见二叠系砂岩,寒武系片麻岩,震旦系片岩、片麻岩,下元古界片麻岩，华力西期花岗岩、花岗闪长岩出露。

2.2 地质构造

本段沿线自东向西先后经过第三纪天礼盆地和陇西系褶断带两个不同等级的构造单元,地质构造相对简单。

天水南站至秦安在区域构造上地处祁吕弧形褶带和陇西系旋卷构造的复合部位,具体位于天(水)礼(县)盆地的北部,构造较为发育。晚第三纪以来,区内新构造运动较为活跃,表现为地震活动频繁、河谷两岸高阶地发育、现代河流侵蚀、下切明显,高差达30～100 m。沿藉河、渭河流域，发育走向近东西、北西的构造运动,线路穿越多条断层。

秦安至定西一带位于陇西系内旋褶带中,构造相对简单。晚第三纪以来,区内新构造运动较为活跃,表现为河谷阶地上升显著,现代河流侵蚀、下切明显,高差达150～200 m。

综上所述,受区域构造的控制,天礼盆地地震发生频率较大,断层多隐伏于第四系地层之下,线路多与断裂带大角度相交通过,局部与断裂带小角度通过。黄土高原梁峁沟壑区距活动断层较远,且黄土覆盖厚度大,一般对线路工程无直接影响。

2.3 水文地质

线路通过的地区属于渭河、黄河水系，平时水量不大,雨季洪水爆涨。支流枯水期基本无水,汛期河水流量蒙增,常诱发不同程度的地质灾害,且汛期河水含砂量较大,具有一定的破坏性。

地下水类型主要为第四系松散层孔隙潜水及基岩孔隙裂隙水,其补给来源主要为大气降水、河水、人工灌溉地表水体垂直入渗。由于所处的地貌单元及含水介质不同,地下水的水文地质条件也各不相同，地下水多具侵蚀性。

3 沿线不良地质及特殊岩土

3.1 不良地质

宝兰客运专线天水—定西段走行于黄土梁峁沟壑区,主要不良地质现象为滑坡、错落、溜坍、岩堆及泥石流等。

(1)滑坡

线路主要不良地质为滑坡,主要分布在(CK774～CK831)藉河北山至郭嘉镇、通渭一带,尤以藉河两岸、南河川滑坡群及葫芦河两岸滑坡群最为密集。据统计,沿线规模较大、距线路较近的滑坡210余处。控制线路的主要滑坡按分区分述如下：

藉河南岸滑坡区：藉河南岸黄土梁峁区滑坡发育,主要有九峪沟滑坡群、董家沟滑坡群、二十里铺滑坡群、高家湾滑坡群等4处滑坡密集区域。滑坡与线路的关系如表1。

藉河北山滑坡区：天水北山南麓东侧从靳家庄开始,向西经阳坡里、邓家庄、肖家庄、孙家坪、县家上河、阎家河湾、红旗山至周家山一带,黄土覆盖层滑坡和第三系参与的巨型滑坡非常发育,滑坡轴向长度从北山山脊至藉河岸边约1.5 km,宽度连绵10 km左右,几乎无完整山梁可供选线利用,地质条件很差。线路CK方案从地质条件稍好,滑坡边界相对较为清晰的县家上河滑坡群下穿通过(如图1所示)。

表1 滑坡与线路的关系

图1 天水北山县家上河滑坡群全貌

南河川滑坡区：本区滑坡多为黄土沿基岩面形成的大中型和巨型滑坡,滑坡集中区域主要有麻家坪滑坡群、南河川渭河滑坡群、董家咀滑坡、樊家湾滑坡、刘家庄滑坡、王家滩南侧滑坡、导流山滑坡群、石崖隧道滑坡等。线路CK贯通方案以北山隧道从连续、稳定的山嘴穿出,避开了左右两侧的大型滑坡,工程地质条件相对较好。

葫芦河左岸滑坡区：主要有涧沟滑坡群、上龙池滑坡群、庙嘴沟滑坡群、黄家大沟滑坡群、郑川滑坡群等。滑坡与线路的关系如表2所示。

表2 葫芦河左岸滑坡区规模及对线路影响

雒家川—王家墩滑坡区：主要有葫芦河峡谷右岸滑坡群、雒家川—王家墩滑群等。滑坡与线路的关系如表3所示。

叶家堡—郭嘉镇滑坡区：本区滑坡多为黄土沿基岩面形成的大中型和巨型滑坡,滑坡集中区域主要有禄家河—小西河北岸滑坡群(如图2)、禄家河南岸滑坡群、郭嘉河北岸滑坡群、背后沟两岸滑坡群等,各方案均已绕避或以隧道下穿,对工程基本无影响。

表3 雒家川—王家墩滑坡区规模及对线路的影响

图2 禄家河—小西河北岸滑坡群

碧玉镇牛谷河滑坡区：本区滑坡不良地质发育,滑坡类型多为黄土沿基岩面形成的大中型和巨型滑坡,主要有碧玉南滑坡群、冉家石滩滑坡群、马家磨滑坡群、宋家堡北滑坡群、李家沟南滑坡群等,各方案均已绕避或以隧道下穿,对工程无影响。

新店—马营镇滑坡区：新店—马营镇间滑坡多为黄土沿基岩面形成的大中型和巨型滑坡,滑坡集中区域主要有沙窝滑坡群、油坊川滑坡群等,各方案均已绕避或以隧道下穿,对工程基本无影响。

(2)错落、溜坍

主要分布在(CK779～CK782)樊河湾至三阳川一带,山体受构造影响严重,片麻岩、片岩岩体较破碎,风化严重,山体坡度较大,可达60°～70°,岩块沿坡面不断下落﹑滑塌,而形成错落、溜坍。线路经过处错落、溜塌发育规模数十至数百立方米,相对规模较小,对线路影响不大。

(3)岩堆

由于自然山体破碎和人工采石原因,基岩山体坡前一般发育岩堆,规模相对较小,除石崖隧道进口岩锥(CK780+750～CK780+775)规模较大,对线路有一定影响外,其他岩堆对线路基本无影响。

(4)泥石流

天水至通渭藉河、渭河、牛谷河等河谷两岸黄土沟壑区大型冲沟均有泥石流分布。泥石流多属间歇期,以沟谷型稀性泥石流为主,流域内形成区、流通区和堆积区均较明显,沟口有一定规模的冲洪积扇,但扇区大多经人为改造,多改造为农田。泥石流主要松散物质来源于沟谷两侧的滑坡堆积物。线路多以桥梁形式通过中小型泥石流流通区,对工程影响较小,工程通过泥石流沟谷区时需采取必要的措施进行防护。

3.2 特殊岩土

(1)湿陷性黄土

宝兰客运专线天水—定西段黄土广泛分布,一般具有Ⅱ～Ⅳ级自重湿陷性。需选择灰土挤密桩、碎石挤密桩、强夯及换填土垫层等措施进行处理,并加强工程范围内防、排水措施。

(2)膨胀土(岩)

第三系泥岩遇水后易膨胀软化,失水干缩。该土层经取样检验具膨胀性。沿线泥岩广泛分布,设计时应考虑其工程施工和运营的影响。

4 线路方案及地质选线

4.1 方案简述

沿天巉公路,经秦安、通渭至定西CK方案：线路自天水出天水南客站后下穿藉河,穿隧道至三阳川,溯葫芦河至秦安。秦安出站跨郭嘉河、葫芦河穿大神仙梁隧道至通渭。线路通渭出站后沿牛谷河以隧道,桥梁经新店、锦屏、马营镇,以短隧道群行至定西市安定区李家堡，进入东河河谷至定西西山脚下设定西南站。

沿陇海线,经甘谷、武山、陇西至定西ⅢCK方案：线路自天水出站后沿藉河南岸山麓北缘行走,自秦城南侧绕行后，沿渭河河谷陇海铁路的两侧，经甘谷、武山、陇西至定西。

外包天水,经通渭IWCK、IWC3K方案：线路自天水出站后自秦城区南侧绕行,跨渭河经甘谷设站,而后折向西北至通渭,沿CK方案至定西。

4.2 工程地质条件评价

从工程地质条件分析：CK、ⅢCK方案首先均通过二十里铺高边坡与隧道方案,高边坡段落发育有两滑坡,规模相当。

CK方案下穿藉河县家上河滑坡群,通过王家墩滑坡约为800 m。隧道洞身地层主要为泥岩、片麻岩、花岗岩等。路基主要走行于河谷两岸二级阶地及山前风积黄土丘陵区,地势低平,阶地黄土一般具Ⅱ～Ⅳ级自重湿陷性,湿陷性土层厚8～30 m。

ⅢCK方案通过孙家庄滑坡群,通过长度约为300 m,隧道在该处为浅埋(最小埋深30～40 m),地质条件较差；沿陇海线ⅢCK方案隧道洞身主要穿行于砂砾岩、变质砂岩、花岗岩等地层。路基多位于桥隧连接带,地表黄土一般具Ⅱ～Ⅳ级自重湿陷性,湿陷性土层厚6～12 m。

IWCK方案在二十里铺隧道出口通过罗家沟东侧滑坡前缘左侧,线路在滑坡体中通过长度约为50 m,地质条件较差；避开了水家沟、龙王沟、吕二沟的滑坡群,隧道洞身地层主要为第三系泥岩、砾岩等，线路跨藉河后基本不受不良地质影响，隧道洞身主要在泥岩、砂砾岩、变质砂岩、花岗岩中。路基工点走行于沟谷两侧山前丘陵区,地表黄土一般具Ⅲ～Ⅳ级自重湿陷性,湿陷性土层厚15～25 m。

IWC3K方案IWCK方案均在二十里铺隧道出口通过罗家沟东侧滑坡前缘左侧,二者相比,前者在滑坡体中通过长度略长,约为100 m,地质条件比后者略差；跨罗家沟后,均避开了了水家沟、龙王沟、吕二沟的滑坡群,地质条件相当。综合比较，IWC3K方案略差于IWCK方案。

从工程地质条件看,沿天巉公路IWCK、IWC3K方案工程地质条件略优沿陇海线ⅢCK和外包天水线CK方案,推荐沿天巉公路IWCK方案。

5 结论

根据既有陇海铁路历年运营现状及宝兰二线修建经验,影响线路方案的地质因素主要有断裂构造、湿陷性黄土、滑波、泥石流、崩塌等。在地质条件复杂的山区进行选线,需要更多地考虑工程地质条件,应服从于施工、运营安全的需要,故做好地质选线十分重要。天水至定西段地质选线,在充分研究且利用既有地质资料和适当的勘测、勘探手段的基础上,进行了大面积的工程地质调查工作,通过各方案线路的比选,选定了不良地质少、工程地质条件相对较好的线路方案。

[1] 铁道第一勘察设计院.铁路工程地质手册(修订版)[M].北京:中国铁道出版社,1999

[2] 铁道第一勘察设计院.铁路工程地质实例(西北及相邻地区分册)[M].北京:中国铁道出版社,2002

[3] 中铁第一勘察设计院集团公司.新建铁路宝鸡至兰州客运专线地质专题调查报告[R].西安：中铁第一勘察设计院集团公司，2009

[4] 何振宁.区域工程地质与铁路选线[M].北京:中国铁道出版社,2004

[5] TB10012—2007 铁路工程地质勘察规范[S]

[6] GBJ111—87 铁路工程抗震设计规范[S]

[7] TB10038—2001 铁路工程特殊岩土勘察规程[S]

[8] TB10038—2001 铁路工程不良地质勘察规程[S]