西渝高铁华蓥山越岭方案研究

汪锋华

（中铁二院工程集团有限责任公司，四川 成都 610031）

1 概况

西安至重庆高速铁路位于我国西部陕西、四川、重庆境内，地形地质条件极为复杂。线路北起西安市，南至重庆市，全长617.67km，桥隧总长542.56km，占线路总长87.9%。线路经过的华蓥山背斜，背斜两翼煤矿众多且开采历史悠久，形成条带状“密集连片、多层交错分布”的采空区，背斜核部发育可溶岩典型的条带状富水构造，控制本段线路方案的主要因素为华蓥山两翼煤矿采空区、岩溶及经济据点分布等。本文结合西渝高铁华蓥山区地质勘察成果，对该区域主要工程地质问题进行分析，比选研究了经大竹12km 隧道、经大竹16km 隧道、经大竹邻水、经渠县等四个方案方案。

2 自然特征

2.1 地形地貌

区域属中低山-丘陵地貌，地形起伏较大，地面高程275～1000m，相对高差约20～600m。铁路穿越华蓥山背斜，背斜较狭窄，西翼岩层倾角较陡，东翼相对较缓，向斜成谷较开阔，具隔挡式构造的特点，穿越复式背斜和断层，分布典型的溶洞、峡谷等喀斯特景观，溶洞、洼地等较为发育。总体上构造较复杂。

线路所经地区属亚热带温暖湿润气候区，雨量充沛，春早夏长，秋雨连绵，冬暖多雾。年平均降雨量1100～1200mm，雨量多集中在6—8 月，常有雷雨，年平均蒸发量为1100～1190mm，略少于降雨量。

2.2 水文地质特征

区域内地表水系发育，发育常年性溪沟。地下水为第四系土层孔隙水、基岩裂隙水及岩溶水等，基岩裂隙水主要赋存于须家河组砂岩中，岩溶水主要赋存于三叠系（T）、二叠系（P）可溶岩中，水量大。

2.3 主要工程地质问题

主要工程地质问题为岩溶水、地下水失水影响、采空区、有害气体。

2.3.1 岩溶水及地下水失水

研究区属川东隔挡式背斜区，岩溶问题作为川东隔挡式背斜区铁路隧道的主要突出问题，岩溶工程水文地质问题频繁发生，因隧道建设将穿越非可溶岩和可溶岩地层，与隧道建设有关的水文地质问题主要有岩溶涌突水、地表水枯竭、岩溶塌陷等问题。同时，可能诱发建筑物变形、损毁，居民生产、生活缺水、土地利用功能下降、植被破坏等各类次生灾害问题，不仅影响工程施工进度与正常运行，而且还造成重大的人员伤亡和经济损失。

2.3.2 采空区

川东地区隔挡式背斜核部及两翼的三叠系上统须家河组（T3xj）和二叠系上统龙潭组（P2l）为主要含煤地层，赋存有丰富的优质煤炭资源，开采历史悠久，大、小煤矿众多，多数矿井因资源枯竭和国家产业政策调整需要已关闭，各背斜（矿区）遗留大范围采空区。

2.3.3 有害气体

线路穿越的须家河组煤层含瓦斯有害气体；二叠系龙潭组煤系地层存在高瓦斯及瓦斯突出风险，且H2S 气体浓度高，存在涌出风险，风险高。

3 线路方案比选

控制线路方案的主要因素为华蓥山两翼煤矿采空区、岩溶及经济据点分布等。结合地质条件、采空区分布，结合渠县、大竹县、邻水县地理位置分布情况，开展了经大竹12km 隧道、经大竹16km 隧道、经大竹邻水、经渠县等四个方案比选。图1 为华蓥山越岭方案示意图。

图1 华蓥山越岭方案

3.1 线路方案概述

3.1.1 经大竹12km 隧道方案

线路自达州南站引出后，沿华蓥山东侧向南行进，于大竹县西北侧设大竹站，出站后折向西以12.4km 隧道穿华蓥山至方案比较终点。新建线路长97.235km，桥隧总长60.022km，工程投资约155.882 亿元。

3.1.2 经大竹16km 隧道方案

线路自达州南站引出后，沿华蓥山东侧向南行进，于大竹县西北侧设大竹站，出站后折向西南以16.3km 隧道斜穿华蓥山至比较终点。新建线路长92.679km，桥隧总长59.689km，工程投资约151.944 亿元。

3.1.3 经大竹邻水方案

线路自达州南站引出后，沿华蓥山东侧向南行进，于大竹县西北侧设大竹站，出站后继续南下至邻水县北侧欧家镇设邻水站，出站后折向西以14.9km 隧道穿华蓥山至比较终点。新建线路长100.292km，桥隧总长64.7km，工程投资约165.085 亿元。

3.1.4 经渠县方案

线路自达州南站引出后折向西南，于汇南乡以8.7km 隧道穿华蓥山后于渠县东侧设渠县北站而后线路继续向南至比较终点。新建线路长96.349km，桥隧总长58.102km，工程投资约150.186 亿元。

3.2 方案比选

3.2.1 水文地质条件

华蓥山越岭段地表水系发育，发育常年性溪沟。地下水为第四系土层孔隙水、基岩裂隙水及岩溶水等，基岩裂隙水主要赋存于须家河组砂岩中，岩溶水主要赋存于三叠系（T）、二叠系（P）可溶岩中，水量大。预测华蓥山越岭地段工程水文条件如图2、表1～表3 所示。

表1 华蓥山越岭段岩溶水条件

表2 华蓥山越岭段地下水失水影响

表3 比选方案华蓥山隧道涌水量预测

图2 华蓥山越岭方案岩溶水文地质剖面

研究认为，经渠县方案岩溶水及地表失水影响最小；经大竹16km 隧道方案和经大竹邻水方案隧道小角度斜穿华蓥山背斜，长段落穿过岩溶水系统，水文地质条件极复杂，风险极高；经大竹12km 隧道方案穿越华蓥山为垂直越岭隧道，岩溶水及地表失水影响相对适中。图3 为经大竹12km 隧道方案华蓥山隧道水文地质图。

图3 经大竹12km 隧道方案华蓥山隧道水文地质

3.2.2 采空区及有害气体

华蓥山背斜两翼及轴部范围内共计47 个矿井采空区对铁路走向有影响，此外还有部分老窑也有限制，主要开采须家河组煤层和龙潭组煤层。

如表4 所示，四个方案隧道均位于采空区下方，采空区对隧道影响均较小；经大竹邻水方案穿越二叠系龙潭组煤系地层H2S气体浓度高，存在涌出风险，风险高；经大竹12km 隧道方案隧道高瓦斯段落相对较短，风险可控。图4 为经大竹12km 隧道方案华蓥山隧道瓦斯分区图。

图4 经大竹12km 隧道方案华蓥山隧道瓦斯分区

表4 采空区及有害气体分布情况

3.2.3 重难点隧道工程条件（见表5）

表5 重难点隧道工程条件

经大竹16km 隧道方案和经大竹邻水方案隧道长，为克服不良地质影响，全隧配置大型机械化施工后仍需65 个月的土建工期，不能满足总工期要求；经大竹12km 隧道方案和经渠县方案在不增加土建工程投资的情况下均可满足6 年总工期要求。

3.2.4 经济据点分布

渠县和大竹位于华蓥山同一纬度的东西两侧，西渝高铁为一南北向通道。从而导致渠县和大竹由同一高铁线不能兼顾。根据前期规划成果，拟建的成达万高铁已在渠县设站，而本线经大竹并设站后与成达万高铁分线引入达州枢纽，并集中新设达州南站是经济合理的。

3.3 方案比选意见

该段方案主要受控于华蓥山两翼的采空区及向斜核部发育的高压富水可溶岩地层分布。经初步勘察，经渠县方案位于暗河系统排泄区，穿越可溶岩段落最短，水头最低，但不经过大竹县，路网布局不合理；经大竹16km 隧道方案和经大竹邻水方案小角度斜穿华蓥山背斜，长段落穿过岩溶水系统，水文地质条件极复杂，风险极高，同时土建工期突破总工期要求；经大竹12km 隧道方案经大竹并设站，能够更好的带动沿线地方经济发展，虽岩溶段落相对较长，但风险可控且能满足项目建设工期要求。

4 结论

西渝高铁华蓥山越岭段地处川东平行岭谷区。区内地形地质条件极为复杂，岩溶水及富水构造、采空区、有害气体构成了控制线路方案的主要工程地质问题。在充分总结汲取西南山区高压富水岩溶和采空区铁路地质选线经验的基础上，选取了经济据点分布合理，线路长度及工程投资适中，地质风险可控，满足项目建设工期要求的经大竹12km 隧道方案。