岩溶地区铁路线路选线的思考

杜 沐

北京中铁第五勘察设计院集团有限公司，北京 102600

我国是世界上石灰岩岩分布面积最大，岩溶发育最为典型的国家。其中，广西、贵州、云南等省岩溶地貌及岩溶形态发育齐全、岩溶地质问题特别突出，被认为是我国最为典型的岩溶发育区。随着我国铁路建设的高速发展，在西南地区的铁路建设中，线路无法避免的会穿越岩溶分布地区。

1 岩溶地貌的特点

岩溶地貌又称喀斯特地貌，我国广西，云南等地区岩溶地貌最为典型，大部分地区分布着连绵成片、一眼望不到边的尖锥状、柱状、塔状的石灰岩山峰，绵延数百千米，而且各个山峰高度相近，构成一个自西北向东南缓缓倾斜的峰顶面，在林立的石峰之间密集分布着深达200 ～ 400m、直径为100 ～200m 的小封闭洼地。随着岩溶底层的峰顶高度依次降低，山峰密度逐渐变稀。同时山间封闭洼地的高程也渐次下降，洼地规模也明显增大，由数个洼地连接成串珠状洼地[1]。

2 岩溶对铁路工程的危害和实例

岩溶对铁路工程的危害主要表现在以下方面：一是岩溶地面塌陷威胁建筑物安全；二是隐伏岩溶洞穴及其充填物影响建筑物基础的稳定性；三是岩溶涌水突泥对地下工程造成危害；四是岩溶洼地积水浸泡或淹没路基和其他地面工程。

（1）岩溶地面塌陷。岩溶地面塌陷是指覆盖在溶蚀洞穴发育的可溶性岩层之上的松散土石体在外动力因素作用下，向洞穴运移而导致的地面变形破坏，其表现形式是产生塌陷坑。川黔线、贵昆线、盘西线、黔桂线、南昆线等铁路线上都有不同程度的岩溶塌陷问题。例如，1976 年贵昆线K606+475 处路基雨后发生岩溶崩塌形成直径约8m 的陷坑，造成断道约63h；1979 年昆贵线发生路基岩溶塌陷，导致货物列车尾部脱轨；南昆线施工后期和试运营期间就发生岩溶地面塌陷50 多处。

（2）岩溶洞穴及其堆积物影响建筑物基础稳定。岩溶洞穴及其堆积物危害工程的主要表现如下：一是建筑物基础悬空；二是洞穴顶板过薄，不能承受荷载而发生突然坍塌，引起建筑物破坏；三是岩溶洞穴中的堆积物往往为强度低、稳定性差的松软土或碎块石土等，开挖易坍塌，不能直接作为建筑物基础。在西南地区铁路建设中，岩溶洞穴及其堆积物对工程的危害几乎遍及各线的路基、桥梁、隧道、房屋建筑工程，技术处理难度大。

（3）岩溶隧道涌水突泥。隧道涌水突泥是岩溶地区常见的地质灾害。西南地区长大岩溶隧道经常发生过突发性的涌水突泥灾害，给工程造成经济损失，甚至发生人员伤亡事故。岩溶隧道涌水突泥也常造成地表水或地下水渗漏，造成不利的环境影响。例如，襄渝线中梁山隧道、大巴山隧道京广线大瑶山隧道、南岭隧道造成了地表泉水井水干涸、农业和饮用水短缺外，还发生了大量的地面塌陷等次生灾害。

（4）岩溶洼地积水。岩溶洼地及谷地由于排水不畅，洪水时冲刷、淹没桥涵和路基，或洼地积水、冒水浸泡路堤，引起路堤下沉或坍塌。例如，贵昆线平坝两所屯—羊昌河一带，在铁路建成后，雨季岩溶洼地大量积水、冒水铁路路基被淹没造成大量损失[2]。

3 岩溶发育规律及选线

水的交替循环是岩溶发育的主要条件。在水的交替循环过程中，裂隙越发育、越富水，水的交替循环越强烈对可溶岩地层的溶蚀作用越强烈，岩溶就越发育；反之对可溶岩地层的溶蚀作用不强，岩溶则不会太发育。岩溶水垂直分带如图1 所示。

一般情况下，地下水的交替循环受岩溶排水基准面的影响，易形成岩溶垂向的分带性：垂直循环带、季节变化带、水平循环带、深部滞流带。垂直循环带位于岩溶排水基准面以上，水以垂直运动为主，岩溶形态以漏斗、竖井、落水洞为主，局部可能形成水平溶洞，但总体岩溶发育程度较低，线路宜走行于此带；季节变化带地下水运动呈季节性交替，岩溶发育最为强烈，常形成复杂的溶洞、暗河等，隧道走行于此带时风险较高；水平循环带位于岩溶排水基准面附近，地下水的运动强烈，是岩溶最为发育的地带，工程位于此带风险极高；深部滞留带位于岩溶排水基准面以下，水流相对缓慢，一般岩溶不发育，但条件适宜时也会产生大的溶洞，也会对地下工程产生极大影响。

图1 岩溶水垂直分带示意图

根据以上岩溶发育规律，文章根据岩溶发育的规律大致对岩溶地区选线做以下思考和总结：

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（1）线路在选线时应绕避岩溶较为发育的地带，可以选择走行于岩溶发育较轻的地带，或走行于地面上。

（2）线路走行于地面以上时，为避免洼地雨季积水淹没路基，应将路线向山靠近并提高线路标高。

（3）线路为地下工程时应尽量抬升标高，并尽量走行于地下暗河和溶洞的上方，并保证线路距溶洞上方有足够的距离，满足溶洞顶板足够的承载力要求。

（4）线路宜于地下暗河下游地层稳定的排泄区通过[3]。

（5）应尽量采用短隧道，防止长隧道多次揭露溶洞或暗河。

4 岩溶岩性和地质构造选线

（1）岩溶地区线路应尽量走行于较难溶解的岩层上，避开如断层之类的地质构造破坏带，非要穿越时线路最好与主要构造线垂直或以较大的角度通过，减少破碎带岩溶对隧道的影响。某高速公路穿越岩溶区段断层如图2 所示。例如，广西某高速公路在穿越岩溶区断层时，先走行于非岩溶地带，争取到一定高程和空间时以大角度穿越断层带，在铁路选线方面也是值得借鉴的。

图2 某高速公路穿越岩溶区段断层示意图

（2）岩溶地区地质构造线具有明显地貌特征，如垭口、干谷、溶蚀洼地、坡立谷等经常发育于构造带上。某线走行于岩溶区一处坡立谷内，避开了谷心地带，走行于谷边，这样避免了大段落的线路走行潜在的暗河顶上，同时靠近谷边线路标高较高，线路条件较好。

5 根据岩溶地貌选线

（1）喀斯特漏斗和圆洼地。这是岩溶区一种常见的封闭状负地形，呈漏斗状和蝶形。在岩溶区分布较为广泛，漏斗的底部平坦面积小；圆洼地的底部较平坦，有很薄的土层，可以耕种。有时有落水洞通往地下，起泄水的作用。线路为明线时应尽量走行于漏斗和圆洼地的边缘，避免走行圆洼地的中部竖井或落水洞的上方，并尽量抬升线路标高，避免防止雨季洼地积水浸泡路堤，引起路堤下沉或坍塌；线路为地下工程时也要走行于漏斗和圆洼地的边缘地带。

（2）喀斯特槽谷。喀斯特槽谷是由合成洼地进一步发育而成的槽状谷地，谷坡急陡，谷底平坦可以耕作，面积达数几十至几百平方千米。此类地区往往排水不畅，谷内多落水洞及间歇上升泉，线路尽量把标高定高，防止雨季积水浸泡路堤，引起路堤下沉或坍塌，或靠山走。

（3）岩溶丘陵区。在岩溶丘陵区，峰林常有早期岩溶的水平通道，谷底则为现代岩溶发育区，常见暗河等，线路一般抬升标高选择在峰的腰部通过[5]。

6 岩溶地区选线案例

（1）案例一。某项目在前期研究阶段于一处山谷盆地平坦区设置车站，该谷地地势平坦长约3km，宽约1.5km 设站地形条件较好，但此处为一处典型的喀斯特槽谷，虽然在低洼处有排水的落水洞，但常年淤积排水不畅，每逢雨季整个谷地内积水高约10m，最终该方案改线。因此，在选线中要注意这种喀斯特槽谷地形，其底部或边缘常有泉水和暗河出没，选线时应尽量绕避此种难以技术处理的岩溶病害。无法绕避时线路最好走行于地质条件较好的边缘地带，标高定于洪水位以上，防止雨季积水浸泡路堤，引起路堤下沉或坍塌。

（2）案例二如图3 所示。某段线路位于岩溶强烈发育区，沿线山大沟深，结合既有交通廊道，沿线地形地貌及地质条件，研究了方案一和方案二两个比较方案。

方案一沿既有交通走廊走行于山边并以短隧道形式穿越垭口，线路长约3km。方案二以长隧道形式穿越。在后期现场外业工作中，发现段落内有较为发育的地下暗河，其中方案一走行于地下暗河排泄区，标高高于岩溶排水基准面，线路整体位于垂直循环带内。方案二走行段落经过勘察至少与三处地下暗河径流交叉，由于距离区域内岩溶排水基准面的河流较远，无法准确判断暗河标高。权衡利弊最终选择以方案一贯通。从上述案例中可以总结出线路为地下工程时应尽量抬升标高，并尽量靠近附近河流，走行于地下暗河的排泄区并采用短隧道，防止长大隧道多次揭露大的岩溶大厅和暗河。

图3 案例二示意图

7 结束语

国内岩溶区域铁路建设项目在施工过程中灾害频发，轻则造成财产损失，延误工期，重则造成人员伤亡。文章通过总结岩溶发育规律及相关铁路选线经验，探寻了适合岩溶地区铁路选线原则，从而减少了施工过程中的岩溶灾害。