黔张常铁路晏家堡至禾家村段主要工程地质问题及地质选线

刘卫斌

(陕西铁道工程勘察有限公司，陕西宝鸡 721001)

1 工程概况

新建铁路黔江至张家界至常德铁路位于渝东南、鄂西南和湘西北三省交界地带。线路西起重庆市黔江区，东至湖南省常德市，途径湖北省咸丰县、来凤县，湖南省龙山县、永顺县、桑植县、张家界市、慈利县、桃源县等八市县，正线(双线)全长340.995 km。晏家堡至禾家村段沿线经桑植县、教子垭镇、张家界西至禾家村站，全长约97.5 km。

2 工程地质特征

2.1 地形地貌

本段主要通过低中山、低山区与澧水河谷区两大地貌单元，沿线除澧水河谷及个别河谷较为低平外，其余大部分地区呈阶梯状分布，地形相对陡峻。山脉总体走向呈北北东向和北东向，山脉与河谷相间分布。

2.2 地层岩性

岩性主要为第四系、沉积岩及构造岩地层，第四系地层主要分布在山间沟谷、澧水河谷及其阶地上，为黏性土、砂类土、碎石类土等。沉积岩主要为白垩系砾岩、砂岩及泥岩;志留系、泥盆系的页岩及砂岩;震旦系，寒武系，奥陶系，二叠系，三叠系中的灰岩、白云岩、泥灰岩、泥岩等。构造岩类包括碎裂岩、构造角砾岩、断层角砾等，其中二叠系吴家坪组和茅口组地层、泥盆系黄家磴组地层含有可采的煤层和铁矿层，奥陶系下统地层含铅锌矿。

2.3 地质构造

线路所经区域范围内地质构造复杂，大地构造单元整体属于扬子地台，二级构造单元为鄂黔台褶带，武陵山为一次级隆起带，沅麻盆地和张家界为两个次级沉降带。

本段未通过区域性深大、活动断裂，区内构造主要为褶皱和次级断层。褶皱构造主要以北东向为主，主要为万民岗斜歪背斜、二户田(龙家寨)对称向斜、二户溪背斜、桑植－官地坪向斜、中贺虎－摇湾背斜、何家山背斜。对方案影响较大的为二户田向斜、桑植－官地坪向斜与何家山背斜三大区域性储水构造，受其影响，区内各种岩溶地貌均十分发育。断裂构造以褶皱过程中的伴生断裂为主，以北东向压性或压扭性断裂为主;断层主要为万民岗纵向张性断裂(F9)、麻栗垭－洗壁溪逆平移断层(F10)、观丈峪—簸箕断层(F11)，其中麻栗垭－洗壁溪逆平移断层对线路有一定影响。

2.4 水文地质

该区地表水主要为洞庭湖四大水系之一的澧水及其支流和沟谷流水，主要接受大气降水补给，水量随季节性变化明显。地下水主要为第四系孔隙潜水、基岩裂隙水、碳酸盐岩岩溶裂隙水及岩溶水，其补给来源主要为大气降水、河水等。由于所处地貌单元和含水介质不同，地下水的水文地质条件也各不相同，其中岩溶裂隙及岩溶水对该段方案影响较大，地表水及地下水多不具侵蚀性。

3 主要地质问题

3.1 不良地质

线路大多行走于低中山、低山区，不良地质较为发育，主要为岩溶、滑坡、采空区、岩堆、危岩落石、风化剥落、溜塌等，其中岩溶、滑坡、采空对本段线路影响最大，是最为突出的工程地质问题;不良地质的分布与地形地貌、地层岩性、地质构造都有关系，如滑坡、溜塌、剥落主要分布在页岩斜坡地带，岩堆、危岩落石主要分布在陡峻的灰岩地段，岩溶主要发育在灰岩、泥灰岩、白云岩地层中。

(1)岩溶

本段可溶岩主要分布在晏家堡至黄家台段及张家界子午村一带，多以条带状和团块状分布，其条带延伸的方向和当地构造线的发育方向基本一致，呈北东向。三叠系嘉陵江组、大冶群、二迭系下统和奥陶系下统可溶岩为主要含水岩组，岩溶强烈发育，其形态主要表现为大型漏斗、落水洞、岩溶洼地、井泉暗河密布，在断裂带及褶皱轴部等地下水交替循环强烈部位表现尤为强烈，部分表现为暗河管网(如图1所示)。

图1 卧云界隧道洞身上方暗河分布

寒武系中下统、奥陶系中上统薄层灰岩岩溶中等发育，局部发育有溶洞、溶槽、小型漏斗，岩溶井泉等;二迭系上统灰岩、泥灰岩岩溶弱发育，主要表现为溶蚀裂隙、溶孔及小型溶洞现象。卡家湖—凤岩村、桑植县向家包至澧水南源、卧云界附近溶蚀槽谷、郭家台—仙娥村以及张家界子午村一带岩溶较强烈，岩溶水富集及暗河分布较多。据统计该段共发育暗河24处，大泉50多处，岩溶漏斗3 000多个，落水洞420多个，大型溶洞140个。

(2)滑坡及不稳定斜坡

本段滑坡主要发育在唐坊至张家界非可溶岩地段，其中唐坊至教子娅滑坡十分发育，定测阶段共发现8处滑坡及滑坡群，大小滑坡达五十多个，以土质滑坡和顺层基岩滑坡为主，多分布于山前斜坡及沟谷两侧，其中桥头村滑坡群、向家岗滑坡群对方案影响较大。该区较好的地貌、地层及地下水条件是滑坡极易发生的最主要条件(如表1所示)。

表1 本段主要滑坡群特征及对线路的影响

(3)采空区

沿线永顺、桑植、张家界，分布多处煤矿、铅锌矿、铁矿，对线路方案有影响的煤矿为:永顺县大包山铅锌矿;桑植县金秋铁矿、桑植县卧云界铁矿、桑植县分水岭煤矿小溪井、桑植县芦塘湾煤矿、桑植县桑瑞铁矿等。其中桑瑞铁矿、卧云界铁矿对方案影响很大。线路均已绕避各矿采空区及巷道，但是存在不同程度压矿现象。如图2为线路与三个主要矿区关系。

图2 线路与桑植主要三个矿区平面位置

3.2 特殊岩土

本段特殊岩土主要为软土、松软土，人工填土及膨胀岩。软土及松软土主要分布在澧水河阶地表层、山间洼地、水田及斜坡地带，大多呈薄层状或透镜体状分布;人工填土主要为路基填料、公路填土及弃渣等，膨胀岩为分布于张家界附近的白垩系泥岩、泥质砂岩，经初测、定测取样化验，具有弱膨胀性，对工程有一定影响，设计时应根据工程类型、结构设计等，采取必要的处理措施。

4 地质选线原则及方案对比

4.1 地质选线原则

结合上述存在的地质问题和本地区地质主要特点，按规范中有关不良地质和特殊岩土的选线原则，结合桥隧工程情况，从安全、经济、可行的角度出发，在方案比选时重点进行以下几个方面考虑。

对于岩溶，由于全区岩溶普遍较为发育，无法绕避，只能通过最佳的方式通过岩溶地区，考虑到本地区岩溶特点，在选择方案时，结合地形条件及岩溶发育规律，尽量抬高线路行走高程，避免在岩溶强烈发育区及低洼地带通行。对于路基，大的洼地、谷地等尽量以路基通过，并选择在洼地较高处通过，避免在岩溶集中发育区通过，避免高挖、高填;对于容易处理的岩溶，尽量选择路基通过，对于不易处理的岩溶以桥代路。对于桥梁，在通过洼地时避免正穿，而选择斜坡处通过，在满足水文等条件下，尽量降低起桥高度，减少桥梁长度。对于隧道工程，尽量选择在山脊或穿越洼地底部较高处通过，尽量避开地表岩溶强烈发育地段，如大的岩溶洼地、溶洞、落水洞，尽量使隧道洞身处于垂直渗流带内，减少涌水、突泥等地质灾害。

本段滑坡、岩堆、危岩落石、溜塌、顺层等不良地质较为发育，在线路选线过程中，对于大的不良地质体滑坡等应该进行绕避，无法绕避的应用最佳的方式通过，比如对滑坡集中分布较多段应该以隧道形式通过，避免露头。

对煤矿、铁矿和铅锌矿等采空及巷道，通过收集资料、调查、物探等手段，查清其分布范围、特征和影响，使线路从安全廊道内通过，在选线时应对采空区进行绕避，无法绕避的，尽量避开其主采空区，从矿区最短的地方通过。对于压矿段或者距离较近的矿区，应限制其开采。

该区地层岩性主要成条带状走向分布，断层带内、褶皱核部、岩性接触带附近岩体破碎且富水，对隧道等工程影响较大，线路应该以大角度、次数少穿过断层，褶皱核部及岩性接触带，且应该把线路置于地层单一，岩性简单的向斜、背斜一翼，避免线路通过岩体破碎、富水的构造核部或沿构造线展线。

本地区地下水、地表水发育，降雨丰富，地下水对隧道工程的影响较大，选线时应尽量把线路设置在水文地质条件简单的岭脊或者岩溶水不发育地段，避免将隧道工程设置在地下水排泄区及从暗河下方通过，尽量以桥梁通过暗河。

志留系页岩岩质软，围岩稳定性差，边坡稳定性差，选线应尽量把线路放于围岩稳性好的硬质岩层中，且不易在页岩地段进行深挖及半填半挖，挖方边坡应进行适当防护。

白垩系砾岩、砂岩及泥岩，成岩作用差，其中泥岩具有弱膨胀性，线路通过时不应进行高挖深填。

4.2 局部线路方案比选

该区线路选择主要受地质条件控制，影响线路地质因素主要为:(1)岩溶发育，(2)滑坡分布，(3)采空区及人为坑洞，(4)穿越褶皱、断层的次数。本次方案经过多次、大面积比选，最终确定了DK贯通方案。图3为晏家堡至桑植段方案比选示意。

图3 晏家堡至桑植段方案比选示意

5 结论

本线路通过河谷及中低山区，地层结构复杂，不良地质发育，尤其岩溶，工程地质条件较差。在地质复杂的山区进行选线，应更多的考虑工程地质条件，抓住影响方案的关键问题，本段选线在充分利用既有区域地质资料、初测资料的基础上，进行了详细的工程地质和水文地质调查，运用综合地质勘查手段，通过对岩溶、滑坡，采空等问题的分析和研究，绕避了大的不良地质体及大部分采空区，改善了线路条件。经过大面积比选，选定了工程条件较好的DK方案，极大的降低了施工风险和运营安全隐患，取得了良好的社会经济效益。

［1］ 中铁第一勘察设计院集团公司．新建黔张江至张家界至常德铁路初步设计第四篇(地质)［Z］．西安:中铁第一勘察设计院集团公司，2011

［2］ 中铁第一勘察设计院集团公司．新建黔张江至张家界至常德铁路二队地质汇报材料［Z］．西安:中铁第一勘察设计院集团公司，2011

［3］ 铁道第二勘察设计院．铁路工程地质手册［M］．北京:中国铁道出版社，1999

［4］ 铁道第一勘察设计院．铁路工程地质勘察规范［S］．北京:中国铁道出版社，2007

［5］ 铁道第二勘察设计院．铁路工程不良地质勘察规范［S］．北京:中国铁道出版社，2001

［6］ 桑植县国土资源局．各矿规划矿界及开采图［Z］．桑植:桑植国土资源局，2009