黄土地区高速铁路隧道勘测浅谈

于 介

(中铁第一勘察设计院集团有限公司， 西安 710043)

黄土地区高速铁路隧道勘测浅谈

于 介

(中铁第一勘察设计院集团有限公司， 西安 710043)

铁路隧道的勘测阶段，是一个项目从前期方案研究到走向成品设计的重要基础之一。文章结合已有的隧道的勘测经验及黄土台塬、沟壑区中就高陡边坡、深“V”浅埋沟谷、滑坡、错落、陷穴及溜坍等特点，通过在银西高速铁路隧道外业勘测，就前期踏勘隧道选线，外业调查及资料收集的一些体会，特别是对高速铁路黄土隧道的洞口不良地质选线、洞口黄土边坡稳定性调查、黄土湿陷性、地表浅埋黄土沟谷及高含水率黄土层等勘测特殊问题，归纳总结了区别于常规铁路隧道勘测要点及注意事项，其关于黄土区高速铁路隧道洞口、黄土湿陷性及高含水率黄土段等勘测要点可直接为黄土地区高速铁路隧道工程勘测服务。

高速铁路； 隧道； 黄土； 洞口； 湿陷性； 高含水率； 勘测

1 引言

黄土系特殊岩土，黄土堆积过程包括整个第四纪下更新统(Q1)午城黄土和中更新统(Q2)离石黄土，称老黄土，含多层古土壤层，钙质结核层，大孔隙结构多已退化，较致密，地基承载力较高，一般无湿陷性。普通覆盖在老黄土上部及河谷阶地的上更新统(Q3)风积黄土和全新统(Q4)经过再堆积的黄土称为新黄土。全新统黄土成因类型主要为冲积、洪积和山地斜坡地带的坡积、残积及重力堆积。新黄土一般土质均匀，较疏松，地基承载力较低，大孔隙发育，具垂直节理，有强烈的失陷性。

黄土隧道其自身的特点有施工变形量大、地表沉降量大、新黄土湿陷性及洞口边仰坡的稳定性。位于Q1、Q2地层中修建的黄土隧道，稳定性好；Q3、Q4黄土土体疏松，大孔隙发育、柱状节理发育，渗透性强，对洞身影响较大，施工中易出现塌方、变形、地表开裂等现象[1]。勘测过程中对新老黄土深埋、分界面的判别，对隧道选线的合理性尤为重要。

高速铁路隧道断面大、基底沉降控制及列车行驶舒适性要求高等特点。通过银西高速铁路隧道的外业勘测，并结合现有隧道的勘测经验，在高速铁路黄土隧道的选线、外业踏勘及资料收集过程中，就高速铁路隧道洞口不良地质、黄土湿陷性、地表浅埋沟谷及高含水率黄土等勘测问题，归纳总结了区别于常规铁路、常规隧道勘测要点及注意事项，其关于黄土区高速铁路隧道洞口、黄土湿陷性及高含水率黄土段勘测要点可直接为黄土地区高速铁路隧道工程勘测服务，并为今后类似的工程勘测提供参考。

银西高速铁路线路范围内的隧道[1]主要集中在高原型黄土塬及黄土梁峁区，如图1所示，

图1 高原型黄土塬及黄土梁峁区地貌图

董志塬黄土台塬及沟壑区，区内滑坡、错落、溜坍及陷穴等不良地质极其发育，如图2所示。高速铁路速度目标值高，平面曲线半径大，选线灵活性差，加之地形、地质条件所限，隧道工程难以避免浅埋、偏压问题，且工程设置受到不良地质影响。

图2 黄土台塬区地貌图

2 工程概况

2.1 工程简介

为了保证隧道工程设置的合理性，需在前期进行大量的现场调查及勘探工作，并运用收集的第一手资料进行技术经济综合比选，才能确保选择最优隧道方案，降低施工风险，节约工程投资。本文依托银西高速铁路，总结了典型黄土区高速铁路隧道工程勘测要求。

新建银川至西安高速铁路经过陕西、甘肃及宁夏自治区，全长617.15 km，隧道33座，共145.04 km，占线路全长的23.5%。隧道洞身位于黄土及红黏土地层，长度117.35 km，占隧道全长的81%。

黄土区隧道洞身通过地层主要为第四系上更新统、中更新统风积黄土，上第三系红黏土和白垩系砂岩夹页岩；银西高速铁路全线自南向北穿越了中朝准地台的汾渭断陷、陕甘宁台坳、陕甘宁台缘褶皱带3个二级单元。

2.2 不良地质

受地震诱发、河流侵蚀、持续降雨、冻融作用及人类活动等作用，黄土区内滑坡、错落、溜坍及黄土陷穴等不良地质极其发育，如图3所示。选线过程中难以完全避绕，且在施工过程中施工风险高，工程危害极大。

图3 黄土沟壑区内滑坡、错落、溜坍及陷穴等不良地质全貌

2.2.1 滑坡、错落

本线滑坡、错落等重力型不良地质具有以下特点：一是类型以黄土滑坡、错落为主，规模不一，以中小型为主，也有大型、巨型厚层滑坡；二是分布位置相对集中，主要出现在陡峭的黄土冲沟河谷两岸，特别是在河流下切作用强烈，沟谷处于发育高峰期的“V”型冲沟两岸，常以滑坡群形式分布；三是滑坡、错落地貌特征明显，均存在圈椅状地貌，发育平台，坡面平缓，前缘突出，对冲沟河道具挤压作用。

2.2.2 溜坍

溜坍属黄土斜坡塑流性坡面变形，多发育溜坍体大部分表层为浅层的新黄土层，其下与第三系红黏土或老黄土呈倾斜接触。红黏土或老黄土间的古土壤相对隔水，地表水顺表层浅层新黄土垂直下渗至隔水层顶面，致使黄土体饱和而发生浅层的黄土边坡溜坍。溜坍体呈片状分布，面积大小不一，溜坍体厚度一般小于5 m。

2.2.3 黄土陷穴及人工坑洞

沿线黄土陷穴主要分布于黄土梁峁及残塬区内，坡面及沟脑黄土陷穴极其发育，多呈串珠状及蜂窝状，空间分布较复杂。沿线人工坑洞多为窑洞、水窖及果窑，主要分布在黄土残塬塬边。

2.3 特殊岩土

2.3.1 湿陷性黄土

沿线黄土地层广泛分布，主要为黏质黄土、砂质黄土，结构疏松，多孔隙。新黄土场地普遍具有湿陷性，湿陷的类型和等级与黄土场地所处的地貌单元关系密切。

2.3.2 红黏土

第四系中更新统黏质黄土中的古土壤层及上第三系新统红黏土中黏土矿物含量高，根据膨胀性试验报告，具弱膨胀性。

3 黄土区隧道勘测基本原则

隧道位置的选择应结合地形地貌、工程地质、水文地质、施工组织、施工场地、弃碴和运营条件等方面综合考虑[2-3]。

(1)线路通过黄土傍山地段时，选线过程中应尽量避免隧道外侧覆盖浅薄，以防形成偏压，通过横断面的点绘及现场调查情况，确定隧道合理位置。如无法避免，应结合现场实际情况，提出合理的工程处理措施。

(2)下穿或濒临水库、鱼塘的隧道，根据其与隧道的位置关系，分析其对隧道稳定性的影响，确定合理的隧道位置，并指导线路方案调整、优化。

(3)隧道洞身浅埋段应尽量避免长段落下穿建(构)筑物，结合洞身埋深情况，应对建(构)筑物的影响进行初步判断及分析，并收集影响范围内建(构)筑物基础资料。

①靠近居民区的隧道，应结合环保要求调查隧道工程对环境的影响及保护措施。

②下穿村庄的黄土隧道，根据隧道埋深情况，进行地表建(构)筑物及水浇地的调查，相关原则如1表所示。

表1 隧道洞顶拆迁调查范围取值建议

(4)全线隧道通过地段不良地质发育，部分越岭段隧道洞身位于不同岩性接触带，地质条件复杂，选线过程中力求尽量减少通过类似地段隧道长度。

①对于滑坡、错落[4-5]等不良地质，原则上应避绕，如不能避绕时，应根据滑动面与隧道的位置关系，分析不良地质体对隧道结构的影响程度及所采取的工程措施综合评价后，确定方案的可行性；原则上隧道洞顶埋深于滑动面以下不宜小于一倍洞径深度，洞口段尽量置于滑动面上缘。

②通过不同岩性接触带，如黄土红黏土、土石分界面等，岩性不均匀性和差异性大，工程地质条件差。应提前进行地质勘探工作，及早确定分界面与隧道洞身的位置关系并指导选线。隧道洞身在不同岩性分界范围内时，应尽量优化隧道纵坡，使线路标高远离接触带高程，避免沿接触带布设隧道工程，并详细研究制定保证施工安全的工程措施。

(5)根据Q/CR 9511-2014《铁路黄土隧道技术规范》中对隧道的深浅埋分界的判别，可根据黄土形成的年代及隧道断面尺寸确定，老黄土(Q1、Q2)隧道取1.4～1.7(H+B)，新黄土(Q3、Q4)隧道取1.8～2.1(H+B)。其中“H”为隧道净高，“B”为隧道最大跨。

(6)洞口通过湿陷性黄土地段，应结合现场条件提出相应的地基处理措施，并进行可实施性评价。

(7)辅助坑道的设置应根据工点的隧道长度、施工工期、地形、工程地质和水文地质等条件、结合防灾、弃碴及运营养护综合比选确定。黄土区辅助坑道洞口避开不良地质，洞身如通过软塑黄土夹层及土石分界段，尽量抬高辅助坑道纵坡，减少通过以上段落的长度。

(8)结合环保专业调查落实隧道弃碴场地、运距、占地类型及临时施工便道，并提出环境和水保措施的建议。

4 黄土隧道勘测要点

4.1 前期踏勘对选线的影响

选线前，需对线路范围内一些控制点踏勘调查，才能确定选线是否合理，为下阶段的合理选线提供可靠依据，相关注意要点如下[6-10]：

(1)落实隧道洞口地形地貌是否与平面图一致，如洞口有不良地质，要初步判断不良地质发育情况及不良地质类型，且与线路的位置关系及对线路影响的程度，同时收集地形地貌等线路周边范围内的影像资料，便于线路平面位置调整后资料的完整性。

(2)隧道洞身需收集地表控制性建(构)筑物资料，如铁路、公路、水库、油井及控制性建筑等，根据线路与其位置关系，初步评估线路通过对其的影响性，根据影响结论确定线路方案是否可行。

(3)黄土区沟壑发育，隧道洞身下穿浅埋冲沟段落较多，沟内植被茂密，不良地质发育，部分冲沟内不良地质堆积体，前期需要实测核实沟心高程，初步判断原始沟心高程及堆积体厚度，结合实际埋深情况，确定线路方案的合理性。

(4)前期踏勘中，要收集隧道线位附近的沟槽，山体裸露面地质资料。通过初步判别黄土与红黏土及基岩的位置关系，便于线路纵坡调整中隧道通过不同岩性分界段落最短，保证隧道方案的合理性。

4.2 选线注意事项

黄土区选线过程中应结合黄土隧道的合理设置选择最优方案，相关注意事项如下：

(1)黄土区山体坡面不良地质发育，为减少隧道洞口不良地质对施工及运营的影响，需进行长隧道与短隧道群的方案比选，在工程设置合理，投资可控的前提下，建议采用长隧道通过黄土沟壑区，可以降低隧道洞口施工风险，并降低后期运营养护难度。

(2)黄土区沟壑发育，“V”形沟槽两岸坡度陡峭，桥隧相连，在方案研究中，要统筹考虑分界里程及两者之间的位置关系，由于在暗洞内桥台底桩基施做空间小，施工困难，因此，选线中要尽量避免桥台进入隧道暗洞。

(3)隧道和路基分界处，需根据边坡开挖条件及洞口路基排水条件，合理确定隧道和路基分界里程，尽量避免通过长段落黄土高陡边坡及长段落路堑反坡排水；如无法避免，要制定合理的工程处理措施。

(4)长大隧道洞身段下穿不良地质发育的黄土浅埋冲沟多，段落长时，应结合地下水调查情况，可考虑设置“V”形坡，降低线路高程，加大浅埋冲沟段落内隧道埋深，并在“V”形坡最低点处设置导水洞，将洞内水引排至洞外，严寒地段要考虑导水洞的出口位置，尽量设置在向阳、避风处。

(5)对于长大隧道，应初步选择辅助坑道，同时要进行辅助坑道设置方案比选，确保隧道方案投资可控、技术合理。

(6)隧道通过黄土湿陷性严重地段，要提前进行黄土湿陷性实验，确定湿陷性厚度，为隧道选线提供可靠依据，尽量避免长段落通过湿陷性黄土地段[11-14]。

(7)隧道通过软硬塑黄土互层地段，黄土软塑夹层受气候影响变化较大，根据软塑夹层影响范围，可通过抬高纵坡采用路堑或压低纵坡采用隧道通过，如隧道洞顶、洞身及基底无法避开软塑黄土段，需进一步开展软塑黄土段隧道施工处理措施的研究及讨论[15]。

(8)隧道通过含水率高的黄土地段，在选线阶段要提前通过钻探分析，了解洞身含水率基本情况。方案研究中尽量避免长段落通过，同时需进一步开展研究高含水率黄土隧道的深浅埋判别、工程处理措施等方面的研究及讨论[15]。

4.3 方案稳定后资料收集

方案稳定后，为了满足下阶段隧道工点设计，在常规外业资料收集外，黄土区需补充收集如下资料。

(1)隧道洞身应收集埋深100 m以下特殊建(构)筑物资料以及与线位的位置关系图。

(2)隧道洞口要收集对洞口有影响的不良地质平面(范围要纳入整个不良地质体)，滑坡轴心放大纵、横断面以及与线位的位置关系图。同时要结合施工影响段以外适当范围黄土湿陷易形成陷穴、坑道等积水坑情况，扩大资料收集范围，以满足隧道洞顶排水设计要求。

(3)洞身浅埋冲沟需收集冲沟放大纵、横断面(埋深小于1倍洞径时收集)、沟心纵断面及沟槽流量，以上资料的收集范围，结合工点情况确定，要提前考虑坡度调整后，前期的资料收集可以满足设计要求。

(4)收集与隧道有关的黄土陷穴及人工坑洞的资料，线路单侧陷穴调查范围建议值为1.2倍隧道洞顶埋置深度(线路单侧50 m范围外的陷穴可不考虑)。

(5)黄土易受水影响，易发生性质改变，在施工过程中易引起工程滑坡及错落。外业调查中需对施工及运营有影响的黄土边坡稳定性进行分析及调查。

(6)洞口、洞身浅埋沟谷、弃碴、不良地质发育段、场地及临时便道要进行文字描述及的影音资料的收集。

4.4 外业调查安全注意事项

黄土沟壑错综复杂，盘山道路多，区内滑坡、错落、溜坍及陷穴等不良地质体发育，外业调查人员安全注意事项如下：

(1)浅埋沟壑调查时，路面狭窄，行走困难，且沟内植被茂密，陷穴发育，调查前要穿防滑鞋，在植被茂密的地表，要注意是否为陷穴，通过陷穴段要尽量绕避行走，如无法避免，要尽快通过，不要逗留。

(2)雨雪天气后，黄土路面湿滑，黄土边坡面潮湿，易松动溜坍，建议在日照充足情况下，2 d后再开展外业调查，确保外业调查车辆及人员安全。

5 结论与体会

通过银西高速铁路隧道的外业勘测，笔者结合现有的隧道勘测经验，归纳总结了区别于常规铁路隧道的踏勘、选线、资料收集及外业调查等勘测要点及注意事项，并可为可为今后类似的工程勘测设计提供参考。

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Discussion on Tunnel Survey of High Speed Railway in Loess Region

YU Jie

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

The survey stage of railway tunnel engineering is an important foundation of a project from the early study to the product design. Combined with the existing tunnel survey experience, the features of loess platform and hilly areas like deep ‘V’ gully, landslide, dislocation, sink hole and topsoil slip, in the field survey of tunnel on Yinchuan-Xining high speed railway, for the special problems like unfavorable geology route selection of loess tunnel entrance, the loess slope stability investigation in tunnel entrance, collapsibility of loess, the surface shallow buried loess valleys and loess layer with high moisture content, this paper summarized the key points and matters need attention of tunnel survey data collection points about high speed railway tunnel portal different from the conventional railways, among which the survey points about loess area high speed railway tunnel portal, collapsibility of loess and loess section with high moisture content, etc. can directly serve high speed railway tunnel engineering survey.

high speed railway; tunnel； loess； portal； collapsibility； high moisture content; survey

2015-12-07

于介(1982-)，男，工程师。

1674—8247(2016)01—0064—05

U452.1

A