山区铁路岩溶及危岩落石地段综合选线——以郑万铁路小三峡隧道中垌河方案研究为例

成喜明，胥燕军

（中铁二院重庆勘察设计研究院有限责任公司，重庆 400023）

0 引言

西南山区地形险峻、地质复杂，岩溶、危岩落石在铁路选线中不可避免，也是一个重大难题；在国内铁路施工过程中岩溶造成的危害极其大，运营中危岩落石造成的事故难以想象，运营中岩溶可能造成列车停运或者减速。总之岩溶或危岩落石会对人民生命财产安全造成非常大的威胁。

选线应绕避岩溶或危岩落石，若控制因素太多，岩溶危岩落石存在此消彼长的情况，则需权衡两者的利弊，综合施工运营中的风险，选出一条合理的线路。下面以郑万铁路小三峡隧道中垌河方案研究为例阐述如何应对岩溶与危岩落石的危害。

郑万铁路自郑州东站引出，途径郑州市的经开区、航空港区，开封市的尉氏县，许昌市的长葛市、禹州市，平顶山市的郏县、宝丰县、新城区、鲁山县，南阳市的方城县、社旗县、宛城区、卧龙区、新野县、邓州市后进入湖北省境内，经襄阳市的襄州区、东津新区、襄城区、南漳县、保康县、神农架林区、宜昌市的兴山县、恩施州的巴东县后进入重庆市境内，经巫山县、奉节县、云阳县至万州区与渝万客专相接。

小三峡隧道位于重庆市巫山县境内，本段位于长江以北，东为大宁河，南为长江，西为瞿塘峡，北边为草堂河、石马河。地面高程为90～1200m，危岩落石发育；穿越齐岳山背斜，岩溶非常发育。水突泥的概率较大。选线中已经通过地质横纵断面选出较有利的平面位置。此处山体高差最大达到650m，危岩落石局部块径达10m，通过模拟可知危岩落石对铁路运营存在巨大风险。

本次重点围绕不同方案对小三峡隧道在中垌河处岩溶及岩溶水的影响程度、危岩落石的处理，再结合隧道弃渣处理、隧道辅助坑道设置、中垌河的河沟排水处理措施及各方案的风险分析等问题进行论证研究。

根据线路与中垌河沟底的相对高程位置关系，重点研究小三峡隧道在中垌河不出露且隧道弃渣远运的方案、在中垌河不出露且隧道弃渣就近填沟设泄水洞的方案、小三峡隧道在中垌河出露就近弃渣设泄水洞的低堤坝方案和高堤坝方案。平面位置差异如图1所示。

图1 平面位置差异图

1 方案研究

小三峡隧道位于齐岳山背斜构造中，与目前通车运营的宜万铁路齐岳山隧道属于同一地质构造，其岩溶非常发育，突

1.1 方案构成

（1）方案一：中垌河不出露弃渣远运方案

该方案小三峡隧道长18.87km，隧道进口段采用6‰的纵坡，过中垌河后采用30‰纵坡拔高。线路在中垌河处轨面设计标高为H=305，低于地面沟底约25m。该方案隧道约3.2km的弃渣（53万m3）需通过横洞运至D1K673+800左侧450m处弃渣，运距12km。该段隧道通过设置横洞开辟施工作业面，横洞长1.54km。

（2）方案二：中垌河不出露且隧道弃渣就近填沟设泄水洞的方案

小三峡隧道与方案一相同，差异在于该方案处理隧道弃渣方式不同，将小三峡隧道约3.2km的弃渣（53万方）直接弃在正线上方沟谷里，渣场下游设置拦渣坝，运距0.2km。弃渣前先在上游修建拦水坝和泄水洞，将原中垌河水通过泄水洞引走，渣顶考虑泄水洞堵塞后漫水条件。该段隧道通过设置横洞开辟施工作业面，横洞长1.54km。泄水洞及拦渣坝工程横断面如图2所示。

图2 中垌河不出露方案横断面示意图

泄水洞工程：中硐河设置泄水洞处上游约4.7km有一座中硐桥水库，水库为以农业灌溉和城镇供水为主，兼有农村人畜饮水等综合效益的中型水利工程，设计总库容1053万m3。大坝校核洪水位为P=0.2%，即500年一遇，大于本线设计年限（100年）。故线位处不考虑水库溃坝影响。

隧道泄水洞断面尺寸为10.8m（宽）×11.8m（高），净空面积109m3，泄水洞坡度12%，为控制水流流速，满足泄洪流量，泄水洞竣工后坑底部每10m分段回填成2%的坡度。

拦渣坝工程：本隧道临近大宁河，弃渣非常困难，中硐河弃渣方案解决小三峡隧道2号横洞工区弃渣53万m3（石方），渣底纵横向设置排水盲管，渣场下方设置9m高的拦渣坝。

（3）方案三：中垌河出露就近弃渣设泄水洞低堤坝方案

该方案将小三峡隧道分成两个隧道，分别长度为5.047km和13.884km，再以明洞连接成一个隧道，短隧道采用15.6‰的纵坡，过中垌河后长隧道采用15.6‰和30‰的纵坡。线路在中垌河处轨面设计标高为H=350，高于地面沟底约30m。该方案隧道弃渣思路与方案二相同，在铁路出露处采用加强明洞结构，并在明洞顶部回填弃渣，弃渣前先在上游修建拦水坝和泄水洞，将原中垌河的地表水通过泄水洞引走，渣顶考虑泄水洞堵塞后漫水条件。中硐河两岸存在危岩落石，结合调查危岩落石最大高度约650m，单个落石体积考虑70m3（超过70m3危岩按清除处理），为确保安全，明洞二衬厚度采用1m，明洞顶设15m厚土石夯填层。泄水洞工程及拦渣坝工程同方案二，横断面如图3所示。

图3 中垌河出露低堤坝方案横断面示意图

（4）方案四：中垌河出露就近弃渣设泄水洞高堤坝方案

方案四的总体思路与方案三相同，不同之处在于短隧采用24.3‰的纵坡，使短隧完全走行在推测的水平循环带之上。该方案在中垌河处线路轨面设计标高H=380，高于地面沟底约60m，对拦水坝的结构要求更高。泄水洞工程及拦渣坝工程同方案二，横断面如图4所示。

各方案的纵坡与中垌河的相对高程关系示意图见图5。

1.2 方案优缺点分析

图4 中垌河出露高堤坝方案横断面示意图

图5 各方案的纵坡与中垌河的相对高程关系示意图

（1）工程地质条件（表1）

表1 工程地质条件比较表

从岩溶及岩溶水条件分析：各方案在可溶岩长度、岩溶发育程度基本一致，但由于线路标高引起隧道穿越水平径流带长度和水头高度有所差异。方案四岩溶水水文地质条件相对最好，方案三次之，方案一和方案二稍差。

从危岩落石条件分析：方案一和方案二以隧道通过该段，危岩落石对工程没影响。方案三和方案四线路标高抬高后，中硐河两侧危岩落石对工程影响较大。中硐河右岸 （小里程一侧）危岩带高程约400～820m，高差100～500m，陡崖高度30～100m。走向长度约1500m，地形坡角约30°～80°，陡崖为切向坡，陡崖有楔形掉块的可能；中硐河左岸（大里程一侧）危岩带高程约400～970m，最大高差650m，地形坡角约60°～80°，陡崖有楔形掉块或顺节理崩塌的可能。根据现场调查，该段陡崖有掉块现象，最大块石直径达10m。

从岩堆等不良地质条件分析：方案二、三、四线路通过中硐河处上游右岸盐溶角砾岩、岩堆发育，岸坡稳定性差，若泄水洞堵塞，沟内水位抬升后易引发滑坡及岸坡崩塌等不良地质，进一步恶化中硐河两岸地质条件。方案一避免了对中硐河自然条件的改造。

（2）工程投资比较

四方案的线路长度相等，其工程投资比较如表2。

方案四中垌河透气就近弃渣设泄水洞高堤坝方案工程投资较中垌河不透气且隧道弃渣远运的方案增加约1.7亿，该方案主要是中垌河处堤坝的工程量较大。中垌河不透气且隧道弃渣远运的方案，即方案一工程投资相对更省。

表2 小三峡隧道中垌河处纵坡及工点方案工程投资比较表（比较范围DK665+015～DK683+970）

1.3 方案研究结论

综上所述，本处小三峡隧道的工程风险主要源于岩溶及岩溶水以及危岩落石对铁路的影响。方案一、二在中垌河处不透气，可完全避开危岩落石对线路的安全威胁，对施工过程中及铁路长久的运营安全有利，该方案推测地下岩溶水水头高度高于铁路约80m，施工过程中加强超前地质预报，通过增设泄水平导、结构加强顺坡施工等工程处理措施降低施工风险，工程风险可控。而方案三、四在中垌河处透气，虽将岩溶水的水头高度降低，但堤坝大体积混凝土施工难度大且质量难以保证。方案二、三、四在中硐河弃渣，施工和运营期泄水洞一旦堵塞易形成堰塞湖，威胁隧道结构安全，弃渣有被冲至大宁河风险。综合比较，运营期间危岩落石对铁路的安全隐患更大、更久、更严重，同时考虑弃渣弃于河中，泄水洞一旦堵塞形成堰塞湖将威胁隧道结构和渣体稳定性，应选择施工风险可控、投资相对较省、运营安全的不透气方案一。

2 结语

（1）线路方案研究，要先总体再局部，为了解决问题而提出新的方案，逐步进行综合比选，才能选出一条经济合理、技术可行的线路。

（2）西南山区铁路地质复杂、地形条件艰巨地段，尤其是岩溶和危岩落石，线路方案需有充足的地质资料，根据地质资料合理确定地质可行方案，规避地质风险，再结合工程及投资，确定方案，提高选线效率。具体操作顺序：首先理清重大的不良地质，其次论证各个不良地质对工程实施和运营存在的风险，论证的过程中若有新的问题则回到第一步，再次结合工程造价、以及对环境的影响进行综合评价，最后得出结论。

（3）本着以人为本、保护环境的原则，为后代造福。

（4）选线中需拓宽思路，提出新的构思，再去客观论证。

参考文献：

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