向莆铁路戴云山越岭隧道群工程地质选线

尹士清

(中铁第四勘察设计院集团有限公司，武汉　430063)



向莆铁路戴云山越岭隧道群工程地质选线

尹士清

(中铁第四勘察设计院集团有限公司，武汉430063)

摘要:向莆铁路戴云山脉越岭隧道群沿线不良地质发育、地质构造复杂，线位选择的优劣对工程成败影响巨大，推荐地质条件最优的戴云山脉越岭隧道群线位是向莆铁路地质勘察工作的重点和难点。以三维可视化高分辨率遥感解译、大面积地质调绘、高频大地电磁测深等技术为核心的工程地质综合选线贯穿于越岭隧道群工程地质勘察过程的不同阶段，持续不断的比选和优化越岭隧道群线位和隧址。推荐的戴云山越岭隧道群线位和隧址进出口，成功绕避了洞身各种不利构造和洞口不良地质体，隧道群工程地质条件整体良好，合理规避了各类工程风险，施工进展顺利、铁路运营状况良好，社会、环境、技术、经济效益显著。

关键词:向莆铁路;地质选线;隧道群

1　工程概况

向莆铁路为I级双线电气化客货共线铁路，设计速度200 km/h，预留250 km/h提速条件，线间距4.6 m，长度＞6 km的隧道铺设无砟轨道［1-4］。

戴云山越岭隧道群位于福建省尤溪县中仙乡剑溪村—永泰县城峰镇刘岐村之间，工程起讫里程DK422+810～DK486+365，线路长64.776 km(中有长、短链)，总投资约35亿元。受山间峡谷及溪流的分割成10座隧道，主要长大隧道有戴云山(长15.634 km)、赤岭(长7.098 km)、连亭(长5.971 km)、秀岩(长6.17 km)、高盖山(长17.594 km)等;仅在永泰长庆河谷一带，地势相对低缓，分布有3座大中桥、1座小隧道和长庆车站，其余均桥隧相连;隧道群最大埋深723 m，最浅埋深20 m;隧道总长约占线路长度的94.5%［1-3］。

隧道群工程于2006年2月～2008年10月期间进行勘察设计，2008年10月开工建设，2012年6月隧道群全部开挖贯通，2013年9月完成初步验收并通车运营［5］。

2　越岭隧道群场区工程地质背景

2.1自然地理

戴云山脉横亘于福建省的中部，山脉走势由西南向东北方向延伸，主峰海拔1856 m，是福建中部的最高峰，沟谷纵横、深切，多呈“V”字形峡谷，植被茂盛，见图1［5-7］。

戴云山脉是北部尤溪水系和南部大樟溪水系的天然分水岭［6］。

2.2地质构造

越岭隧道群穿越戴云山脉，处于福建东部火山断坳带的福安—平和北东向火山喷发带中段。主要断裂构造形成时代为燕山晚期，以北北东、北东、北西为主，少量为近南北向，断层控制区内主要地层和岩性的空间展布，见图2。晚第三纪以来的新构造运动使本区域地壳上升，形成高峻的地势，由于岩石抗蚀力强，多呈尖峰峭岭，山高坡陡［1-7］。

图1　越岭隧道群三维场景

图2　戴云山越岭隧道群场区地质构造

区内褶皱构造相对不发育，仅在变质岩和沉积岩老地层的区域内发育，主要集中在戴云山隧道进口段［6］。

2.3地层岩性

越岭隧道群区域内地层岩性复杂，见图2，主要有P1t煤系地层(中薄层粉砂岩、粉砂质泥岩夹煤层或煤线)，P2cp岩屑石英砂岩、粉砂岩，T3w石英砂岩局部夹英安岩、细砂岩、凝灰质砂岩、沉凝灰岩等，J1l粉砂岩，J3c杂砂岩，J3n火山碎屑岩(凝灰岩、凝灰熔岩)，K1z1紫红色凝灰质砂岩、粉砂岩、砂砾岩，K1z2紫红色流纹岩、石泡流纹岩夹流纹质(角砾)晶屑熔结凝灰岩，Zdx2变质岩(变质粉砂岩、千枚岩，局部夹大理岩透镜体)，以及J－K的侵入岩(花岗闪长岩、花岗斑岩、流纹斑岩)和零星出露的岩脉等［1-7］。

3　越岭隧道群工程地质选线及其主要工程地质问题

戴云山越岭隧道群沿线不良地质发育、地质构造复杂，隧道进出口及线位选址的优劣对工程成败影响巨大，隧址选择困难。

3.1初测阶段大面积工程地质选线

初测期间在尤溪至永泰段宽约40 km的范围内进行大面积工程地质选线，共完成三维可视化高分辨率遥感解译1 900 km2、大面积地质调绘240 km2，对戴云山长、短隧道方案进行重点比选［4.5］，见图2。

两个线路方案的区别主要集中在中仙站和长庆(上际)站之间戴云山隧道线位，长庆站以后的高盖山隧道(长21.05 km)线位逐渐重合。

短隧道方案控制性工程戴云山隧道(长24.86 km)长度较长隧道方案(长27.79 km)短2.92 km，但线路长度增加834 m;两个方案的戴云山隧道工程地质条件基本相近，但短隧道方案戴云山隧道洞身与6条区域性断裂大角度相交，且短隧道方案在隧道出口段及上际站位附近，线路紧贴倒流溪—三峰北西向长大断裂［2］，工程地质条件差;另外，短隧道方案上际站位于峡谷地带，存在危岩落石和大型岩堆，且河道弯曲，线路多次跨河，需改移河道，投资规模大，工程风险很高［4］。

经综合比选，推荐采用了戴云山长隧道方案。

3.2定测阶段局部工程地质选线

定测期间，综合分析沿线三维可视化高分辨率遥感解译、地形地貌、地层岩性和地质构造等工程地质条件，初步判定原戴云山隧道进口、高盖山隧道出口附近等存在规模不等的滑坡、岩堆、堆积体等［2］。

(1)戴云山隧道进口滑坡

戴云山隧道进口DK422+500～+700段线路斜穿一古滑坡，山体岩性为P1t煤系地层;滑坡体长约300 m、宽约250 m、厚度约15 m，滑坡体主轴线与线路夹角约40°，铁路从滑坡体右侧中下部以深路堑和隧道形式通过，滑体前缘有突出隆起侵占河道的现象，见图3［4，6］。

图3　戴云山隧道进口滑坡

根据物探、机动钻探等勘察资料的综合分析，原铁路线位通过滑坡体中下部时极易引起古滑坡复活，产生工程滑坡，且整治工程量巨大，隧道进口段工程安全风险高。

经综合比选，隧道进口线位向右偏移约120 m，避开了古滑坡体。

(2)高盖山隧道出口堆积体古滑坡

高盖山隧道出口DK481+550～+770段位于一大型堆积体古滑坡上，该滑体宽约240 m、长约220 m，堆积体厚度大于10 m，见图4。

图4　高盖山隧道出口古滑坡

该滑坡体后缘为高耸陡峻的山体，岩性为K1z2凝灰熔岩，属硬质岩，坡底沟谷有一条大型区域断裂通过，堆积体成分主要为凝灰熔岩的块石和风化角砾，岩块棱角分明，块径以0.3～2 m为主;堆积体前缘突出隆起侵占河道，近几十年来坡体没有滑动，现状趋于稳定;但隧道出口和路堑开挖施工极易引起古滑坡复活，产生工程滑坡，整治工程量极大，隧道出口段工程安全风险高。

经综合比选，隧道出口线位向右偏移约125 m，从滑体右侧外缘绕避通过［1，2，4］。

3.3补充定测阶段戴云山隧道改线工程地质选线

补充定测期间线路限制纵坡由6‰调整为9‰，戴云山隧道群隧道长度全部降至20 km以下，在戴云山隧道进出口位置基本不变的情况下洞身线位南移，利用自然沟谷分割为5个隧道、4座桥梁，见图5;高盖山隧道线位进口北移、出口南移，利用自然沟谷分割为2个隧道。在现场踏勘和勘察期间发现一系列工程地质问题［2-4］。

图5　戴云山隧道改线平面地质

(1)戴云山隧道出口岩堆

改线后的戴云山隧道出口位于坡脚一片低洼的沼泽地，见图6，且隧道出口DK437+350～+830浅埋段位于一大型深厚层岩堆上，见图7，崩塌落石大量分布，块石直径0.2～6.0 m。通过物探和机动钻探等综合勘探，揭示该岩堆覆盖层厚度10～26 m，隧道出口段洞身从岩堆中穿过，工程地质条件很差。

图6　戴云山隧道出口沼泽地

野外地质调查还发现长山隧道出口和苦竹山隧道进口一带位于数条不同方向的断裂交汇部位，岩体破碎，长山隧道出口和清坑里隧道进口附近存在小岩堆等，多个隧道进出口工程地质条件差。

(2)戴云山隧道洞身F18断裂

在改线后的戴云山隧道洞身DK432 + 200～DK435+360左侧发现1条倾向洞身且与线路小角度相交的压扭性断裂F18，见图8，现场物探(震探、电法、EH－4)、钻探均有反映，该断裂倾角约80°，宽约20 m，破碎带以构造糜棱岩、碎裂岩和节理密集带为主，F18断裂影响洞身范围3.2 km［1-3］。

图7　戴云山隧道出口岩堆遥感影像

图8　戴云山隧道洞身F18断裂与线位关系平面

针对戴云山隧道改线发现的诸多工程地质问题，越岭隧道群线位再次进行局部调整，戴云山隧道洞身线位左移300～500 m以避开F18断裂，确保隧道洞身位于断层面的左侧，出口线位左移600 m以避开原出口大型岩堆和沼泽地，同时原长山、苦竹山和清坑里隧道进出口附近的不良地质体全部绕避，并减少1座小隧道;这次改线使戴云山长隧道改为4隧3桥的格局［1］。

4　工程地质选线成果及综合效益

(1)工程地质选线推荐的戴云山越岭隧道群线位和隧址，成功绕避了洞身各种不利构造和洞口不良地质体，隧道群工程地质条件整体良好。

(2)戴云山越岭隧道群工程施工历时44个月全部顺利贯通，施工过程中未发生安全、质量和地质灾害事故，合理规避了各类工程风险，工程实施期间所揭示的地质资料与勘察资料基本一致，没有发生因地质资料不准而引起的Ⅰ类变更，仅发生少量Ⅱ类变更，围岩变更长度约为隧道总长的12%;通车运营2年来隧道群整体状况良好，社会、环境、技术、经济效益显著。

5　结论

(1)工程地质选线的理念应始终贯穿于铁路工程地质勘察的不同阶段，隧道进出口及线位选址的优劣对工程成败影响巨大，持续不断的比选和优化并推荐地质条件最优的线位和隧址，是铁路地质勘察工作的重点和难点。

(2)戴云山越岭隧道群工程地质选线以三维可视化高分辨率遥感解译、大面积地质调绘、高频大地电磁测深等技术为核心，其应用和实践的成功，降低了工程投资、施工风险和运营维护费用，保障了工程安全，为铁路工程地质选线积累了宝贵的经验，这个成功的案例可供其他项目类似工程借鉴［8-12］。

参考文献:

［1］中铁第四勘察设计院集团有限公司.向莆铁路越岭隧道群工程地质选线报告［R］.武汉:中铁第四勘察设计院集团有限公司，2008.

［2］中铁第四勘察设计院集团有限公司.向莆铁路长大隧道勘察技术研究［R］.武汉:中铁第四勘察设计院集团有限公司，2014.

［3］中铁第四勘察设计院集团有限公司.向莆铁路补充定测戴云山隧道工程地质勘察报告［R］.武汉:中铁第四勘察设计院集团有限公司，2008.

［4］中铁第四勘察设计院集团有限公司.向莆铁路补充定测高盖山隧道工程地质勘察报告［R］.武汉:中铁第四勘察设计院集团有限公司，2008.

［5］福建省区调队.中华人民共和国1∶5万地质图G50E013018中仙幅［Z］.福州:福建省地质矿产局，1992.

［6］福建省区调队.中华人民共和国1∶5万地质图G50E013019长庆幅［Z］.福州:福建省地质矿产局，2001.

［7］福建省区调队.中华人民共和国1∶5万地质图G50E013020永泰县幅［Z］.福州:福建省地质矿产局，2001.

［8］铁道部第一勘测设计院.铁路工程地质手册［M］.修订版.北京:中国铁道出版社，1999.

［9］铁道第一勘察设计院.TB10012—2007铁路工程地质勘察规范［S］.北京:中国铁道出版社，2007.

［10］赵忠保.向莆铁路选线的总体思路［J］.铁道标准设计，2010 (2):61-63.

［11］高山.长大隧道三维可视化遥感地质解译技术应用［J］.铁道工程学报，2011(11):13-18.

［12］韦随庆，郭建湖.武广铁路客运专线南岭越岭地段工程地质选线思路与实践［J］.铁道标准设计，2010(1):25-27.

Geological Route Selection for Daiyunshan Mountain Group Tunnels on Xiangtang-Putian Railway

YIN Shi-qing
(China Railway Siyuan Survey and Design Group Co.，Ltd.，Wuhan 430063，China)

Abstract:The Daiyunshan group tunnels of Xiangtang-Putian Railway are located in the rugged mountain area and featured with complex geological conditions and multiple adverse geological phenomena.Reasonable route selection is very crucial to the success of this project and tunnel locations with optimum geological conditions are important and challenging to the geological investigation.Some core technologies such as three-dimensional visualization of high resolution remote sensing interpretation，large regional geological investigation and high-frequency magneto telluric sounding technology were carried out through different stages of geological investigation.The recommended scheme for group tunnels is succeeded to avoid adverse geological phenomena around tunnel body and portal.The route selection for Daiyunshan Mountain group tunnels is proved practical to guarantee engineering quality and prevent risks.Moreover，this scheme has achieved remarkable social，environmental，technological and economic benefits.

Key words:Xiangtang-Putian Railway; Geological route selection; Group tunnels

作者简介:尹士清(1971—)，男，高级工程师，1993年毕业于中国地质大学(武汉)水文地质与工程地质专业，E-mail:807178235@ qq.com。

收稿日期:2015-08-11;修回日期:2015-08-28

文章编号:1004-2954(2016) 03-0007-04

中图分类号:U212.22

文献标识码:A

DOI:10.13238/j.issn.1004－2954.2016.03.002