可溶岩地质下铁路勘察设计原则研究

陈建钢

（中铁二院地勘岩土设计研究院， 四川 成都 610031）

0 引言

随着社会发展水平的不断提升，铁路设计和建设的范围不断扩充，除了具有良好地质的区域之外，在一些地形复杂地区，尤其西南地区的铁路建设当中，会有众多制约其建设的影响因素，在这当中，可溶岩就属于比较常见的一种不良地质，在可溶岩山区修建铁路最关键的一点是要充分认识到岩溶的特点和危害，只有从根本上重视起来才能够强化工作人员的责任感，提高工程勘察设计的质量。受岩溶地质特点的影响，铁路工程的设计和施工可能会存在一定不安全和质量因素，但只要重视选线、勘察和设计各个环节的工作，就能够有效地控制灾害的产生[2]。

1 可溶岩地质山区铁路的施工特点及不足

1.1 可溶岩与岩溶的差别及特点

分析可溶岩地区的特点得知，其会有较大面积的碳酸盐岩裸露在表面上，一般为灰岩、白云岩和白云岩灰岩等。这些岩质结构稳定，不容易风化，很容易开采，能够在建筑领域得到广泛应用，其具有较大的矿产资源价值[3]。但除了以上这些优点之外，其还有比较明显的一个不足是在水化学作用下会因水溶蚀而出现地质灾害，会在一定条件下对工程施工的安全造成影响。但其本身的造型结构比较特殊，部分地区会将其作为旅游资源开发利用，可以说，岩体资源本身集聚灾害性和欣赏性于一体，站在不同的研究角度就会得出不同的结论，其本身的利和弊是共同存在且可以互相转换的。受其特殊特性的影响，不能绝对地将岩体资源看成不良的灾害地质，只要能够加强检查并在施工前后做出预防并结合针对性的措施做以整治，就能够有效地避免问题的出现[4]。作为岩溶形成的必要条件和主要内在因素，可溶岩是岩溶形成的关键，岩溶的出现要以可溶岩的存在为第一前提。可溶岩受到水化或者水的机械侵蚀等情况形成岩溶，主要形成的地质现象包括溶洞或者暗河等，从而会导致一些地质问题会对工程安全造成不良影响。根据对大量的资料研究分析可知，岩溶发育情况具有明显的地域性特点，其虽然并不是完全连续但又相对集中，在整个岩溶极强发育区会同时存在发育和不发育的地段，由此形成较为安全的地带[5]。

1.2 岩溶地质铁路工程的施工特点及不足

分析目前熔岩地质铁路工程施工的不足主要体现在基本的建设工作在拓展和延伸过程中对地下水的过量开采所导致的地质破坏，首先体现在对隧道的影响，如果隧道穿越岩溶地段，地质灾害会直接影响施工，施工也会加剧水道河流以及地表的断道和坍塌，这种破坏是快速且不可逆转的；其次，体现在对桥梁施工的影响，桥梁施工的选址主要在断裂比较集中的平坦地势区域，这些地区的地下水活跃会促进岩溶发育，从而导致的洞穴或溶洞会影响桥梁施工的质量；再有，体现在对路基工程的影响。如果在工程施工的过程中不能依据路基的实际情况和地质特点去预防地质灾害对工程的影响，很容易会引发路基病害[6]。

2 岩溶地区铁路勘测的步骤规划

2.1 踏勘阶段

踏勘阶段作为岩溶地区铁路勘测的第一个步骤，最主要的特点是设计施工人员通过自身的观察和测算掌握熔岩的实际情况，了解具体的分布、种类和可能出现的地质灾害类型，不仅要研究岩溶强发育区，对于岩溶地下水和暗河发育区也要展开研究，总结出地表可能出现不稳定现象和塌陷的区域，总结出后续施工中可能出现的突发事件及地质问题，设计出几种不同的预案进行分析判断，实现对不良地质线路的绕避最终选择科学的施工方案[7]。

2.2 初测阶段

初测之前加深地质工作阶段指的是在线路可能通过的最大范围内，确定线路所选择方案会出现的不良地质因素并提出初测方案和意见。在确定整体的方案方向后结合初测阶段的勘察研究线路会经过的可溶岩范围区域、易发地段、地下水富集情况以及岩溶的影响状况，进而总结出更为具体的施工方案。

2.3 定测阶段

确定施工线路方案后，要查明地质的具体情况，主要包括溶洞的面积、分布、位置和形态等多项内容，从这些方面分析隧道范围内的地下暗河的高程和流量特点，总结地质特点和可能产生灾害的情况。通过科学有效的测定，掌握铁路工程岩溶地质的具体情况从而开始工程的初步设计和施工规划。

例如，渝怀铁路的设计施工就充分验证了这一特点，渝怀铁路作为四川和重庆对外铁路运输的东通道，其建设的地质十分艰险复杂，工程沿线的水库坍塌、泥石流沟、瓦斯隧道等不良地质相对较多，软土、膨胀土等特殊沿途供电也力度较高，整个铁路工程的建设难度相对较大。渝怀铁路吸引区土地面积为5.23 万平方千米，总人口数1,320 万，除重庆地区之外，其他沿线地区的经济相对落后，会经有很多少数民族贫困地区。其水资源、矿产资源和旅游资源以及生物资源相对丰富，所以渝怀铁路的建设对于川渝地区经济发展和少数民族地区的经济提升和脱贫致富具有重要意义，在技术标准的选择上，要能够满足社会经济和自然等情况。渝怀铁路全线拟定正线数目为单线，但在设计工作中通过分析川渝和东南沿海地区客户交流的流通重要性要为后续的发展留出空间，所以在控制资本的基础上，对个别重点工程和即将增建的第二线会可能出现困难的车站两段预留了复线工程。同时考虑到现有铁路施工状况分析此类铁路施工因坡度大其养护方面的工作量和资金投入较大，会直接加大运营管理的负担，所以在设计工作中充分利用高桥长隧较强的跨越和穿越能力来客服高层实现坡度的减缓。通过科学的对比分析，确定越岭地段，选择13‰加力坡同时辅以采用部分高桥和长遂道以后能够满足地形的发展，会有效地控制高程状况需要克服的情况。在初测时期对渝怀线进行线路功能分析可知，其客运量的大小直接决定了其以客运为主要作用的运输定位，想要实现列车的速度提升，就要引入较大的最小曲线半径，同时根据沿线的实际情况，分段式的选择不同的最小曲线半径，确保分区段的各个路段旅客列车设计行车速度各有差别，保证路段旅客列车设计行车速度达到140km/h 千米每小时的地段，能够占到全线的30%以上，正是因为高标准的采用和路径的缩短，川渝和东南沿海地区间列车经过川渝线的时间，要比其他路径的时间要快很多。

3 岩溶地区铁路建设的选线问题

3.1 在可溶岩大面积出露地区的地质选线

岩溶地区的铁路建设工作都会经过严格的勘察和设计，但在具体施工过程中依然会出现因复杂地形等自然因素所造成的各类地形地质问题，所以在施工过程中要尽量少经过盐酸盐岩地区，以此来防止岩溶地质灾害的出现。在线路的选择上要避开已经发现的大面积覆盖型岩溶的地表塌陷区，这些不良地质因素会导致工程隐患，同时有效的绕避也能够减少地基处理资源的投入，有效控制工程投入。

3.2 可溶岩局部出露地段的地质选线

在实际施工工作的地质选线工作进行过程中可能会出现各类问题，首先在越岭地带抬高线路高程，规避水平径流带，尽量使得工程项目穿越于垂直径流带，实现工程项目的走向尽量保持在岩溶和地下水发育密度较低的垂直径流带，以此实现对灾害的预防、工程质量的提升和造价的降低。在选线过程中，要控制长隧道工程的数量和长度，尽量确保隧道工程在可溶岩裸露的地段通过路堑形式从表面通过，这样可以更好地掌握地质状况，降低施工难度。

在川渝地区修建高质量的电气化铁路要充分分析其地势特点和来进行线路的选择，渝怀现地形起伏大，其中有三次越岭最大的越岭在乌江和沅江的分水岭，整个线路长达150km，是整个线路地形最为复杂的位置，在设计过程中分别研究了园梁山方案和丁市龙潭方案以及丁市干龙方案和沿河铜仁4 个不同走向的越岭方案，在实际研究的过程中结合整个路段的限坡进行方案的差别分析。同时研究了采用6‰和13‰的加利坡的不同坡度方案对工程的影响情况，整个研究方案的研究长度为2000km 以上。在设计的过程中首先结合小比例尺度的地形图以及区域地质图和遥感拍摄结果，对于预先做好的研究方案进行深入的分析，结合地质工程和资金方面的特点决定了园梁山方案和丁市龙潭方案两个不同走向的越岭方案是相对具有较为明显优势的方案，受工程的地质环境和水文特点的影响，圆梁山隧道通过高水位富水区，所以要在该段进行大范围的加深地质阶段的工作，要通过大范围的地质测绘、深层物探、同位素分析等方式，进行深入的研究和分析，对圆梁山隧道的地质岩性构造和水文情况有了明显的认知，由专家进行复检和审查最终得出在园梁山修建隧道的可行性。和园梁山方案相比，丁市龙潭方案线路当中的危岩落石及岩溶等不了不良地质情况相对较多，整个方案的工程地质条件要比园梁山方案差，同时线路的长度约为8km 米且不能经过中心城市黔江。相比于两个方案的投资，圆梁山方案的整体可行性更高，所以结合宏观地质选线的的考量，最终选择园梁山方案，在确定了线路方案之后分析整个隧道所穿越的高水位输水区能够得知要将减少小毛坝向斜顶部水平循环带的岩溶水，同时分析影响隧道的主要地质因素，结合施工过程中地域的断层分布状况来确定线路的平面位置防止施工过程会出现断层情况，要通过这一操作来避免水平循环带岩溶水。在断层和隧道的连通下，在施工的过程中会产生突水突泥，同时可以有效地缓解隧道衬砌结构产生的水压力。线路在选择的过程中以技术和重大线路方案为标准，强化整个线路的输送能力，来满足铁路设计和施工的主要目的，在山区越岭的选线过程中，可以融入遥感技术来加强地质的前期区测工作，将地质条件作为线路方案选择和比较的根本，要结合桥隧工程来绕开不良地质防治行车安全隐患的出现。

4 结束语

岩溶作为不良地质，较为容易引发工程建设问题，要在设计和施工过程中加强思想认识，明确可溶岩对于岩溶的重要影响作用，要从根本上区分两者的差别，从思想上明确认知，客观准确地区分两者，以此来加强对铁路建设工程勘察和设计工作的认识，在总结岩溶工程地质问题的基础上强化铁路工程地质选线方面的认识和能力，进而实现工程设计和建筑质量的提升。