阳安铁路增建第二线山区地质选线

汪 涛

(中铁第一勘察设计院集团有限公司，西安 710043)

阳安铁路增建第二线山区地质选线

汪 涛

(中铁第一勘察设计院集团有限公司，西安 710043)

近年来随着我国山区铁路的大量修建，山区铁路地质选线的重要性日益凸显。阳安铁路是典型的山区铁路增建第二线项目，该项目进行地质选线对于降低后期勘察设计难度、减少投资、降低后期维护费用等方面起决定性作用。针对既有河谷线地段，增建第二线线路穿越区域性大断裂等工程地质问题，采取何种地质选线的技术原则进行研究。研究结论：(1)本次地质选线过程中，综合采用遥感解译、地质调绘、钻探、试验等勘探方法，查清沿线的工程地质条件；(2)对线位比选起决定性作用的工程地质条件主要是断层、滑坡等不良地质，线路通过断层应以大角度、简单工程通过，其余不良地质应以绕避为主；(3)在充分总结汲取山区铁路综合选线技术经验的基础上，提出地质选线、定线原则；(4)通过对阳平关至响水、西乡至石泉、石泉至池河三段线路方案的比选，得出推荐方案。

山区铁路；增建第二线；铁路选线；地质； 断层

1 概述

阳安铁路横贯陕西省南部。线路西起宝成线阳平关站，跨嘉陵江，经汉江上游河谷，过汉中盆地，经西乡，过石泉，沿月河河谷，至安康，行经汉中、安康2市共9县(区)，全长约356 km。

阳安铁路西接宝成、兰渝铁路，东联西康、襄渝铁路，是入川通道的组成部分，是以货运为主，客货共线的区域路网干线铁路。

2 自然地理及地质环境特征

2.1 自然地理特征

阳安线主要经过四个地貌单元，即阳平关-勉西大巴山西脉米仓山低山峡谷区、勉西-洋县间汉中盆地冲洪积平原区、洋县-高粱铺间低山丘陵区、高粱铺-安康间月河阶地及丘陵区。

本线位于北亚热带亚湿润-湿润气候区，气候温和湿润，雨量丰沛。年平均气温12.9～16.7 ℃，极端最高气温41.4 ℃，极端最低气温-11.6 ℃，最冷月平均气温1.6～3.4 ℃。年平均降水量678.41～1 103.6 mm，降水多集中在7～10月，一般以9月份雨量最大，常有暴雨灾害。

2.2 地质环境特征

本线在大地构造单元上隶属于秦岭加里东褶皱带和扬子准地台两大地质构造单元，构造活动频繁，岩浆岩类发育，沿线地质构造形迹极为复杂，褶皱、断裂构造发育。以石泉附近骑龙断层(F8)为界，线路自西向东分别通过扬子准地台区及南秦岭加里东褶皱带。

沿线由于受多期地质构造及岩浆侵入和变质作用，地层岩性复杂，从元古界至新生界均有出露，岩性的分布多受断裂构造控制。

3 地质灾害特征

影响选线及工程设置的地质灾害主要是断裂带及滑坡、错落、特殊岩土等。

3.1 沿线主要断裂带

沿线与线路相关大小断裂构造50余条，其中线路通过的区域性深大断裂构造有5条，其余次级断裂构造有40余条。沿线主要断裂如下。

阳平关-勉县断层(F1)：为区域性逆断层，断层规模大，形成于元古代晚期至早古生代、中生代、新生代均有活动。该断层西起阳平关东站嘉陵江左岸，东至勉西延伸长约60余km，勉西以东隐伏进入汉中盆地。

三花石-茶镇断层(F6)：该断层为走向北西倾北70°的逆断层，属茶镇-汉王城断层的一部分，断带宽50～150 m，断带物质主要为压碎岩，局部夹有断层角砾及断层泥，该断层于茶镇一带控制汉江走向。

台子山断层(F7)：位于缯西河车站以东约400 m处，产状N10°E/55°～64°N，为正断层，破碎带宽70～200 m，断带物质主要由压碎岩及断层泥砾组成，地貌上断层垭口极为明显，沿断层岩体裂隙极为发育，产生塌陷坑洞，沿断层分布有小溶洞。

倒骑龙断层(F8)：位于台子山至甘塘湾之间。该断层为扬子准地台与秦岭褶皱带的分界。断层产状N5°E/50°～54°N，为逆断层，断带宽60～80 m，由压碎岩及断层泥砾组成，断带含水，沿断层不良地质体发育较多。

马岭关-月河断层(F9)：断层北起两河口经石泉、马岭关、梅子铺抵安康，延伸长达200 km。区域上称之为月河断层。该断层控制了月河盆地的形成与发展。为正断层，断层破碎带宽50～100 m，最宽可达350 m，断带物质为压碎岩、断层泥及挤压片理化带。

3.2 不良地质

沿线的不良地质分布极为发育，主要类型有滑坡、错落、岩堆、危岩落石、泥石流、岩溶、人为坑洞、地震液化等。

3.3 特殊岩土

沿线特殊岩土主要有膨胀土、膨胀岩、软弱黏性土、人工填土及风化花岗岩。

4 地质选线研究

铁路选线的好坏决定了项目工程的难易程度，工程投资的大小，施工和运营的安全，所以铁路选线是铁路项目设计中最基本、最重要的工作，是影响全局的总体性工作。

选线工程地质是铁道线路各勘测设计阶段的重要环节，复杂山区更为重要，目前选线工程地质在可研(初测)、初步设计(定测)两个阶段，从解决线路若干大方案问题入手，进而解决线路的基本走向，最后落实到局部方案平、剖面具体位置的选择。就各阶段选线工程地质而言，必须研究的线路方案的工程地质条件主要有八大因素：①地形地貌；②岩土组合；③构造层及新老构造应力；④动力工程地质；⑤水文及水文地质；⑥气象及地温；⑦工程活动方式及规模；⑧天然建筑材料。这八大要素在地壳变形和地质历史演化到现阶段的表现形式，构成了空间上各不相同的组合特征，即为复杂山区的工程地质条件。工程地质条件是山区铁路选线的重要因素，通过调查、测绘和必要的勘探，详细查明沿线地形、地质构造、不良地质等主要工程地质条件，对于河谷线路，其勘测范围还应包括既有线对岸，同时，还应详细查明既有线历年病害整治及效果，增建第二线的工程对既有线运营的干扰等情况。

4.1 山区增建第二线地质选线原则4.1.1 重大地质选线原则

(1)线路应绕避全新活动断裂或在断裂较窄处以大交角通过。

(2)重点工程必须置于“安全岛”。

(3)绕避严重不良地质地段。

4.1.2 一般地质选线原则

(1)线路应尽量以简单工程通过断层，避免以高路堤、深路堑、高桥通过之；如以长隧道通过断层特别是全新世活动断层，宜选择最窄部位以大角度通过，且最好能在洞口附近，能顺坡排水。

(2)随着高桥、长隧修建技术的提高，多年来形成的沿河选线原则需重新思考，可考虑靠山长遂或改走山脊线，以绕开沿河的大量不良地质现象，也可降低以后运营中可能出现的山区铁路常见病害风险。

(3)增建第二线应注重既有工程病害的调查，分析研究其性质、类型及危害程度，对病害严重、较为集中地段，结合线路走向及增建第二线方案考虑一并改建。

(4)河谷线路左右岸方案的选择，应通过对两岸工程地质条件综合对比分析，选择地质较好的一岸。

(5)绕避严重不良地质，可在既有线内侧(靠山侧)以隧道方案绕避，如遇滑坡体，亦可在既有线外侧(靠河侧)从滑坡前缘剪出口下方以路基或顺河桥通过，并应加强对岸的防护，当河湾段存在严重河岸冲刷等病害且整治工程巨大，经技术经济比较后，可采用“裁弯取直”的线路方案。

(6)避免高边坡，若在既有线增建第二线靠山侧出现高边坡地段，宜将二线线位内移以隧道方式通过，或利用既有线外侧(靠河侧)有利地形，选定二线线位，对河岸防护工程提出相应的措施。

4.2 方案研究

根据全线地形地质条件，既有线工程设置情况及车站布置、运营生产设备，专支线接入等条件，增建第二线线路位置受地质条件制约较大的主要是：①阳平关至响水段；②西乡至石泉段；③石泉至池河段。下面通过这3个段落的线路方案比选，说明工程地质在铁路选线中的重要性。

4.2.1 阳平关至响水

阳平关至响水段约30 km，控制本段选线的地质因素主要是F1、f2断裂构造、蒋家山地区F1北盘剪切节理密集带群、软岩、不良地质、尾矿池等。F1断裂为区域性逆断层，断层规模大，形成于元古代晚期至早古生代、中生代、新生代均有活动。该断层西起阳平关东站嘉陵江左岸，东至勉西延伸长约60余km，勉西以东隐伏进入汉中盆地。破碎带宽50～300 m，最宽达320 m，断带物质主要有：断层泥、断层角砾、碎裂岩等，断带内地下水较发育。F1北盘蒋家山地区以片岩为主，而F1南盘向家坪地区以千枚岩为主，北盘岩性较南盘相对良好

本段既有线沿黑水河河谷走行，线形曲折，小半径集中，坡度不足，路基边坡高陡，桥隧工程设置条件差；既有路基边坡开裂、隧道渗漏水及翻浆冒泥、轨道侧磨等病害严重，曾多次中断行车，每年雨季需耗费大量人力、物力进行看守、维修。随着运量的增长，既有线负荷越来越大，受“先天条件”限制，本段既有线运营安全性会越来越差，特别是遭遇极端恶劣气候时，情况将更为糟糕，每年投入的看守、维修成本也会越来越大，降低本线的经济效益，故本段增建第二线考虑废弃既有线，新建双线，以保证运营安全、提高经济效益。所以本段增建第二线的方案研究均按照新建双线进行方案研究。

4.2.1.1 方案简介

根据山区增建第二线地质选线原则，沿线地形地质情况，既有线工程设置，自北向南分别研究了4种方案，如图1所示。

(1)北侧双绕方案，以长隧道走行于F1断层上盘，小隧道过F1断层至响水。新建线路长22.37 km，桥隧总长18.59 km/13座，桥隧比重为83.1%

(2)双绕方案I，以长隧道走行于F1断层上盘，路基过F1断层。新建线路长度22.53 km，桥隧总长19.48 km/20座，桥隧比重为86.46%。

(3)双绕方案Ⅱ，以长隧道走行于F1断层上盘，以隧道穿F1断层。新建线路长度24.73 km，桥隧总长21.33 km/29座，桥隧比重为86.3%。

(4)阳平关接轨双绕方案，以长隧道取直走行于F1断层下盘，以桥梁跨F1断层。新建线路长度26.48 km，桥隧总长17.94 km/27座，桥隧比重67.75%

4.2.1.2 比选意见

各方案分为明线穿F1断层和隧道穿越F1断层两种。其中隧道穿越F1分长隧道洞身穿F1和在F1断带内设长隧洞口及短隧道穿F1断层3种。各方案工程地质条件见表1。

根据隧道进、出口条件及岩性、不良地质、穿越F1段落以及隧道浅埋等存在的地质风险因素考虑，双绕方案I进口条件较好，隧道洞身未穿越F1断裂，岩性较好、存在地质风险小，地质条件及工程可靠性较优。故确定双绕方案I作为本段的推荐方案。

4.2.2 西乡至石泉段

西乡至石泉约59 km，控制本段选线的主要地质因素为区域内发育的9条区域大断裂，9条断裂构造走向与线路走向交角较小，断带内夹有较多断层泥砾。另外，汉江及其支流两岸滑坡、错落较为发育，第四系覆盖层及基岩风化层开挖也易发生溜坍、滑坡等不良地质灾害。

图1 阳平关至响水方案比选示意

本段既有线也属河谷线，以桥隧工程为主走行于牧马河、汉江两岸，分别在茶镇、石泉两跨汉江。既有线受滑坡、错落等由地质病害引起的路基下沉、边坡溜坍、隧道破底，桥涵裂损等病害非常严重。

表1 阳平关至响水线路比选方案地质条件

4.2.2.1 方案简介

根据山区增建第二线地质选线原则，沿线地形地质情况，既有线工程设置，自北向南分别研究了3个方案，如图2所示。

(1) 沿既有线方案，沿既有线增建第二线，与倒骑龙断层F6并行，未完全绕避滑坡、错落等不良地质。线路长度59.33 km，桥隧总长36.76 km/56座。最长隧道3.59 km。

(2) 经白龙塘取直方案，二线远离既有线单绕，与F3、F4小角度相交，与F7、F8大角度相交。线路长度52.87 km，桥隧总长39.36 km/28座，最长隧道9.3 km。

(3)经张岭取直方案，二线远离既有线单绕，与F7、F8大角度相交。线路长度49.69 km，桥隧总长35.39 km/37座。最长隧道8.57 km。

图2 西乡至石泉方案比选示意

4.2.2.2 比选意见

线路走向尽可能避开断裂带或与其大角度相交，各方案与构造走向及岩带走向与线路走向大致相同，3个方案均与F6、F7、F8不可避免地相交。经张岭取直方案完全避开了F3、F4区域性断裂，通过地层为玄武岩及辉长岩，岩性好，地质条件较优。经白龙塘取直方案线路与区域断裂F3、F4相交，在区域断带内穿越约450 m，地质条件差。沿既有线方案与倒骑龙断裂(F8)几乎并行，受倒骑龙断裂影响约600 m，方案走行于汉江沿岸，滑坡、错落等不良地质发育；有长约4 km段落存在水库塌岸问题；工程地质条件最差。

经张岭取直方案通过地层岩性好，完全绕避了区域性断裂，较其余两方案地质风险小，故确定经张岭取直方案作为本段推荐方案。

4.2.3 石泉至池河段

石泉至池河段约13 km，属汉江峡谷中、低山区，河岸陡峻。沿汉江发育F9月河区域断裂，其支断裂也较为发育，既有线靠山侧发育有滑坡等不良地质。

4.2.3.1 方案比选

根据山区增建第二线地质选线原则，沿线地形地质情况，既有线工程设置，自北向南分别研究了3个方案，如图3所示。

图3 石泉至池河方案比选示意

(1)既有线左侧取直方案，避开了F9断裂带，仅穿越了3条小的次级断裂。新建线路长度12.03 km，桥隧总长7.74 km。

(2)既有线右侧取直方案，与F9断裂小角度相交。线路长度11.68 km，桥隧总长8.18 km。

(3)沿既有线方案，与F9区域断裂小角度相交两次，以隧道工程通过断裂。新建线路长度12.64 km，桥隧总长4.57 km。

4.2.3.2 比选意见

沿既有线方案在马岭关附近与F9区域断裂小角度相交两次，线路以隧道工程通过，隧道在断裂带中段落较长，围岩岩性条件较差，因该断层内水量较大，存在较大安全隐患，地质情况较差。既有线右侧取直方案与F9断裂小角度相交，隧道有约400 m位于断带中，地质情况较差。既有线左侧取直方案出站后跨越汉江，走行于汉江东侧，避开了F9断裂带，仅穿越了3条小的次级断裂，工程地质条件较好，优于其余两方案。因此，确定既有线左侧取直方案作为本段推荐方案。

5 结语

改建既有线及增建第二线线路设计制约因素多，尤其是早期建设的山区单线项目，受当时经济发展水平和设计、施工能力的限制，一般既有线标准较低，长期超负荷运营，致使线路工程病害较多，运输能力小、抵御自然灾害能力弱，运营成本高，因此在增建第二线或提速改造时要重视工程地质条件，要掌握地质选线原则，特别是地形、地质复杂地段铁路选线更应该充分掌握并合理运用地质选线原则，这样才能够选出一条经济、合理的铁路线路，也能够为该铁路以后的施工、运营安全打下良好的基础。

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Research on Geological Route Selection for Yangpingguan-Ankang Railway Second Line

WANG Tao

(China Railway First Railway Survey and Design Institute Group Co. Ltd.， Xi’an 710043， China)

With the construction of a large number of mountain railways in our country， research on geological route selection becomes more important. Yang-An railway， passing the Micang mountain and Daba mountain is a typical railway in mountain area. Geological route selection plays a key role in reducing post-survey and design difficulties， cutting down investment and lowering ongoing maintenance costs. This paper is aimed at the principle of route selection with respect to the second line passing river valley and regional faults．Research conclusions: (1) In the process of geological route selection， remote sensing， geological mapping and drilling are employed to identify engineering geological conditions along the line. (2) The main decisive factors of engineering geological conditions in route selecting are regional faults， landslide and other unfavorable geological areas. The railway line shall pass faults at a big angle with simple engineering， and other unfavorable geological areas shall be bypassed. (3)Based on the experiences accumulated in route selection in mountain area， the principle for geological route selection and alignment is proposed. (4) With comparison of the route selection schemes for Yangpingguan-Xiangshui， Xixiang-Shiquan and Shiquan-Chihe railway lines， route selection scheme for Yang-An railway is obtained．

Mountain railway; Additional second line; Railway route selection; Geology; Fault

2014-12-03；

2014-12-10

汪涛(1983-)，男，工程师， 2005年毕业于兰州交通大学铁道与道路工程专业，工学学士，E-mail：wt198347@163.com。

1004-2954(2015)07-0003-06

U212.32

A

10.13238/j.issn.1004-2954.2015.07.002