合武铁路大别山地区工程地质选线

孙永发

(中铁第四勘察设计院集团有限公司地路处，武汉 430063)

1 概述

合(肥)至武(汉)铁路是我国《铁路“十一五”规划》中沪汉蓉通道中的一段，是国家重点建设的铁路客运专线项目之一。合武铁路穿越大别山区，连接湖北与安徽两省省会，全长约370 km，其中墩义堂至麻城北站长约55 km，穿越大别山方案是全线的主要控制方案，方案的最终选择将直接影响到全线的建设质量、工期和投资，值得深入探讨和研究。

2 自然条件

2.1 地形地貌

测区内沿线属中低山河谷地貌，山高坡陡，沟谷纵横，植被发育，灌木杂草丛生，山脊高程400～900 m，大别山山脉孟匠岩主峰高程为879.9 m，其沟谷相对高差达710 m。自然坡一般为25°～40°，局部为陡崖。测区内交通极为不便。

2.2 区域水系

以大别山孟匠岩主峰为分水岭，往东区域属淮河水系，线路经过区域主要有洗马河(上游有杉林河水库)、竹根河(上游有界岭水库);往西区域属长江水系，线路经过区域主要有碧绿河(上游有碧绿河水库)、阎家河、举水河等。

2.3 地震动参数

根据《中国地震动参数区划图》(GB18306—2001)，测区地震动峰值加速度为0.05g，地震动反应谱周期为0.35 s。

3 线路概况及该区域工程地质概况

3.1 初期地质选线

线路经过区域为大别山中间隆起带，工程地质条件复杂，断层、节理发育，地表河流水库众多，不良地质体发育。借助遥感工作从预可行性研究，可行性研究，定测研究先后进行3次不同方案的工程地质解译和验证工作，结合不同时期的航片解译，不同比例的解译成果图以及相关工作报告，否定往北穿越水库群的方案，避开滑坡、溜坍及水系发育区，否定往南经胜利一带断层构造发育地带的南线方案。结合区域地质资料、遥感判释资料等综合分析，2004年1月、7月专门组织2次大面积地质调查测绘，前期工作共完成遥感解译14 km2，大面积测绘28 km2，为此提出如下下穿孟匠岩主峰的3个线路方案供比选。

3.2 线路概况

线路从墩义堂站由东向西，穿越大别山腹地至麻城北站，综合利用前期地质选线成果，定测勘察时主要做了3个方案(图1)。

方案Ⅰ:线路下穿界岭水库、杉林河水库长隧道(即大别山隧道)方案，线路长18 km，大别山隧道长13 km;

方案Ⅱ:线路经杉林河水库大坝下游短隧长桥方案，线路长17 km，隧道长12 km，线路与洗马河50°斜交桥长1.5 km，形成长桥方案;

方案Ⅲ:线路离杉林河水库下游5 km，正跨洗马河，为短桥长隧道方案，线路长18 km，大别山隧道长13.2 km，线路与洗马河正交桥长1.2 km，该方案桥较短。

3.3 工程地质概况

墩义堂至三河段地层出露主要有Dbc下元古界大别山群片麻岩和K1白垩系二长花岗岩系列及少量第四系坡冲积层。按地层出露的时代由老至新分别叙述如下。

(1)下元古界大别山群片麻岩(Dbc):灰白、灰黑色夹杂色，呈条带状，鳞片花岗变晶结构或粒状变晶结构，片(麻)状构造，受多期构造影响，岩体中各种构造行迹复杂，局部见磁铁(角闪)石英岩、大理岩;出露于方案Ⅲ隧道进口附近和方案Ⅰ隧道局部洞身区域(图1)。

(2)早白垩世乌石岩单元(K1W):中细粒黑云二长花岗岩、中粒黑云二长花岗岩，局部片麻状构造发育，各方案隧道洞身大范围出露(图2)。

(3)早白垩系楼下湾单元(K1L):细粒黑云二长花岗岩、中粒黑云二长花岗岩，局部片麻状构造，出露于各方案隧道洞身多处(图2)。

图1 大别山区各方案工程地质平面示意

图2 经杉林河水库大坝下游长隧短桥方案工程地质纵断面示意

(4)早白垩系白衣冲单元(K1B):疏斑黑云二长花岗岩，具微片麻状构造，出露于DK207～DK210之间(图1)。

4 地质构造

测区内存在5条断层及若干节理密集带，因大别山地层的古老历史及造山运动的多期性，断层带附近的破碎岩块均被长期的地质作用所剥蚀，稍大的断层在地表上多表现为山间谷地或深切沟谷，线路经过时多以桥隧工程通过，对该段内隧道及桥梁工程有影响的断层简述如下:

F1:西冲断层。发育于早白垩世黑云二长花岗岩层中，断层走向北西60°(与线路70°角交于DK206+780处)，长1.3 km，倾向北东，倾角80°，物探揭示影响宽度62 m，波速2.9 km/s。地貌表现为一沟谷，沟底宽20 m，长年流水，测时水量较小。沟底基岩可见强～弱风化层，钻探揭示沟底下10 m基岩较完整，地下水较发育，线路以25 m浅埋隧道形式通过。

F2:洗马河断层。该断层分布于木子店、杉林河一带，走向北东5°～30°，断层带中广泛发育各种碎裂岩，硅化、钾化、高岭土化绢云母化显著，破碎带宽50～100 m，长25 km，产状 120°∠60°。它由一系列北北东向正断层平行密集组成。地貌表现为山间谷地，并自然形成山谷河流，砂砾石淤积于河床上，部分河床基岩裸露，弱风化状;两侧均出露二长花岗岩，具片麻岩化，条纹结构明显，岩体破碎，块状。方案Ⅱ(与线路30°角交于DK212+500～DK213+300之间)、方案Ⅲ线路以桥跨过洗马河断层。

F3桃李冲断层。与线路夹角60°，断层产状220°∠75°，长约15.7 km，地貌表现为沟谷，局部见硅质胶结构造角砾岩及碎裂岩，表现为一组不连续的密集节理面，冲沟底可见基岩，为一左行正断层，具一定压扭特征，断裂面位于沟谷合肥侧坡脚，被第四系残坡积层覆盖。物探揭示破碎带宽约10 m，弹性波速Vp=2.2 km/s。

F7饶家畈断层。与线路大致呈75°夹角相交，断层产状300°∠75°～80°，长度约 20.5 km，地貌上表现为一沟谷，主断裂面位于河谷中央，被第四系覆盖，根据其旁侧断裂分析，为一右行平移断层，破碎带有硅化现象。物探揭示破碎带宽约15 m，弹性波速Vp=3.0 km/s。

F8邹家湾断层。与线路大致呈70°夹角相交，断层产状100°∠85°，延伸规模较小，长约 1.2 km，地貌表现为一冲沟，断裂面位于沟谷坡脚被覆盖，沟中基岩顺山谷方向的节理发育，破碎带宽约20 m，物探弹性波速Vp=2.9 km/s。

5 方案的工程水文地质条件分析

5.1 方案Ⅰ下穿杉林河水库库区长隧道方案

方案Ⅰ隧道长13.0 km，线位位于3个方案最右侧，即右绕方案，线路地层出露主要有下元古界(Dbc)大别山群片麻岩和白垩系(K1)二长花岗岩及少量第四系坡洪积层。片麻岩和二长花岗岩接触带相对破碎。

线路以埋深80 m的隧道形式穿越界岭水库及杉林河水库，小角度通过铙家畈等断层，且与杉林河水库相距300 m的洗马河断层宽，影响范围较广，节理密集带透水性强，隧道施工与运营过程产生突水风险大。

5.2 方案Ⅱ下穿杉林河水库坝区短隧长桥方案

方案Ⅱ和方案Ⅲ线路经过地层主要为白垩系(K1)二长花岗岩，仅大别山隧道进口局部为下元古界(Dbc)大别山群片麻岩，岩体较完整，地质条件较好。

方案Ⅱ隧道相对方案Ⅰ、Ⅲ稍短，且线型直，虽避开了从水库正下方通过和浅埋水沟等不良因素，但还是从水库坝区影响范围穿过，且进口段洗马河特大桥桥址与洗马河断层夹角较小，桥梁基础设置需大跨度回避置于断层上，以及线路路基形成深堑高边坡，陡坡路基多，不利于水土保持和生态保护，工程运营后易产生病害，增加了客运专线的运营维护难度。

5.3 方案Ⅲ经杉林河水库大坝下游长隧短桥方案

线路离杉林河水库下游5 km长隧道方案，不仅避开了库区的影响范围，且隧道多以大角度穿过期间断层，通过遥感判释及专项地质测绘和针对性的钻探核实，该方案地层较单一，通过的断层破碎带多在30～50 m的较窄范围，岩体较完整，Ⅱ、Ⅲ级围岩比例超90%，隧道长度略长但因围岩较好，施工工期有保障。

方案Ⅲ隧道出口存在坡积体，勘察监理及建设单位对该方案因隧道出口坡积体的存在要求局部改线，经过对隧道出口处地质条件的详细勘察与分析，排除了该坡积层为岩堆或小型滑坡体等不良地质体的可能性。该坡积体范围小，坡积体厚度仅5～6 m厚，对隧道洞口方案不存在安全隐患，易于处理，避免了再次改线所造成的经济损失及对控制性工程工期的影响。

为确保方案Ⅲ切实可行，2004年11月至次年8月对大别山隧道进行补充定测工作，对浅埋地段、断层及岩层接触带加深地质工作，收集到更为详细的地质资料，共完成钻探工作量467.9 m/12孔，物探(震法、电法)长度1.8 km，深层电磁法14 km(全隧道贯通)。

6 结论

综上所述，归纳如下。

(1)隧道勘察前期利用遥感解译成果、物探和大面积地质调查等综合勘探方法进行地质选线，对线路方案的稳定至关重要。

(2)方案Ⅲ洗马河特大桥长度短，与构造带大角度相交，避免过多的墩台基础跨越破碎地层;大别山隧道稍长，但洞身避开了杉林河水库库区(DK210+000处长岭关隧道避开了界岭水库)，避免了施工及运营后患。且本方案沿线山体稳定，构造较简单，Ⅱ、Ⅲ级围岩比例高，工程、水文地质条件较好，隧道弃渣可用于建筑材料，因此采用了方案Ⅲ为贯通方案。

(3)随着铁路设计标准的逐步提高，山区地质选线不仅要考虑桥隧方案，也需要综合考虑路基设计，尽量避免高填深挖工程，将运营维护难度降低到最低限度。

［1］楚涌池，李法昶.铁路工程地质手册［M］.修订版.北京:中国铁道出版社，2005.

［2］常士骠，张苏民.工程地质手册［M］.3版.北京:中国建筑工业出版社，2004.

［3］中华人民共和国铁道部.TB10012—2007 铁路工程地质勘察规范［S］.北京:中国铁道出版社，2007.

［4］中华人民共和国铁道部.TB10027—2001 铁路工程不良地质勘察规范［S］.北京:中国铁道出版社，2001.

［5］中华人民共和国建设部.GB50021—2001 岩土工程勘察规范［S］.北京:中国建筑工业出版社，2002.

［6］中华人民共和国铁道部.TB10041—2003 铁路工程地质勘遥感技术规程.北京:中国铁道出版社，2003.

［7］中华人民共和国建设部.GB550330—2002 建筑边坡工程技术规范［S］.北京:中国建筑工业出版社，2002.