西渝高铁旗杆山越岭段工程地质选线

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，是第一条穿越大巴山腹地的高速铁路，地形地质条件极为复杂。线路北起西安市，南至重庆市，全长617.67 km，桥隧总长542.56 km，占线路总长87.9%。

旗杆山为大巴山支脉，系北部汉江和南部嘉陵江的地表分水岭。铁路所经区域属高山峡谷区，地形起伏大，地质灾害严重地制约了铁路选线与重大工程设置的可行性。本文结合西渝高铁旗杆山区地质勘查成果，对该区域主要工程地质问题进行分析，比选研究了旗杆山西线越岭、中线越岭、东线越岭方案[1]。

2 自然特征

2.1 地形地貌

区域属强烈切割之中高山地形，山高谷深，山坡陡峻，河谷狭窄，山脊一般狭长平缓，起伏较小，局部有陡峭孤峰，海拔600～2400 m，相对高差300～1500 m。受地质构造影响，山脉走向大致沿北西向弧形展布，河谷形态呈“V”型。该区出露大量可溶岩地层，溶沟、溶槽、石芽、残丘、岩溶洼地、漏斗、落水洞、竖井、溶洞、暗河、峡谷等喀斯特地貌广泛分布。线路克服巨大岭谷间相对高差，纵坡呈“W”型。

线路所经地区属亚热带湿润季风气候区，由于大巴山屏障作用，气候具有“冬暖、春旱、夏热、秋雨”的特点；年平均降雨量1203 mm，5—9月为雨季，占全年降雨量的70%～90%，这期间也是山洪、泥石流、滑坡、崩塌等自然灾害高发期，且具有连续降雨强度大、单点暴雨集中的特点。

2.2 主要工程地质问题

西渝高铁工程地质条件具有“三多”（矿藏多、采空区多、天然气多）和“三发育”（地质构造发育、岩溶发育、重力不良地质发育）的特点。主要工程地质问题为岩溶水及富水构造、重力不良地质、高地应力、构造破碎带[2]。

2.3 区内既有工程情况

城开高速公路在大巴山区域与西渝高铁走行于同一廊道。高速公路旗杆山隧道长7636 m，左右线双洞分修，设斜井一座（全长1860 m），2021年8月正洞及斜井已全部贯通。据现场了解及资料查询，修建过程中相继发生了18处岩溶处理，其中较大突泥涌水事故发生了6次。

3 线路方案比选

鉴于旗杆山复杂的地形地质条件，该山是典型的裸露型溶蚀山脉，岩溶强烈发育，隧道开挖易发生突水涌泥、高压水挤压破坏以及溶洞、暗河处理等工程地质问题。铁路工程如何通过岩溶水及富水构造、采空区及重力不良地质成为选线需要考虑的重要问题。在地质勘查过程中充分汲取复杂山区陡峭河谷、岩溶地段铁路地质选线技术的精髓[3]，笔者开展了西线、中线、东线3个越岭方案（图1）比选。

图1 旗杆山越岭方案

3.1 线路方案概述

3.1.1 西线越岭方案

线路翻越大巴山后进入重庆市境内，沿S202省道向西南引线靠近城口县城设站，出站后跨任河沿在建城开高速公路南下，以9.92 km的隧道穿旗杆山，跨前河至比较终点。新建线路长59.43 km，桥隧总长58.83 km，工程投资约154.83亿元。

3.1.2 东线越岭方案

为利用旗杆山向斜核部地势变化，考虑隧道自向斜核部下方的非可溶岩地层穿越以减少岩溶水影响，该方案线路穿大巴山后，于城口县北屏乡附近设城口站，出站后向东南绕行，跨任河以9.77 km的隧道穿旗杆山，再跨前河以13.06 km的明通隧道引线至比较终点。新建线路长61.14 km，桥隧总长60.28 km，工程投资约157.84亿元。

3.1.3 中线越岭方案

鉴于东、西两越岭方案穿越可溶岩段均较长，本文同时研究了取直穿越旗杆山，尽量缩短线路长度的中线方案。该方案自东线方案城口站引出后，向南跨任河以11.98 km的隧道取直穿旗杆山，跨前河，再以11.98 km的明通隧道至比较终点。新建线路长56.64 km，桥隧总长55.84 km，工程投资约150.40亿元。

3.2 方案比选

3.2.1 水文地质条件

旗杆山越岭段可溶岩地层分布相对广泛，加之断层破碎带、节理密集带等导水构造发育，水文地质条件十分复杂。预测旗杆山越岭段工程水文地质条件如表1、图2所示。

表1 旗杆山越岭段工程水文地质条件

图2 旗杆山岩溶水系统水文地质条件

研究认为，东线越岭方案线路穿越小桥沟导水断层（平移断层破碎带宽约100 m，断距最大达800 m，兼有正断层性质，断层错断了龙洞河岩溶水系统补给区与母龙洞岩溶水系统径流区，为导水断层），长距离穿过富水破碎带，旗杆山隧道拱顶距离据推测可溶岩与非可溶岩界线约2 m，不可控因素较多；中线方案穿越公龙洞暗河、龙洞河暗河的径流区，长段落穿过岩溶水系统，水文地质条件极复杂，风险极高；西线越岭方案并行在建城开高速旗杆山隧道，地质情况相对清晰，水文地质条件较优。

3.2.2 重力不良地质

旗杆山越岭段落属于大巴山腹地，岭高谷深，斜坡、陡崖上方岩土体临空条件良好，降雨充沛，崩塌、危岩落石、岩堆、滑坡、泥石流等表生不良地质发育。

如表2所示，东、西线穿越危岩落石数量相当，中线越岭方案最少；西线越岭方案完全绕避了滑坡，东线及中线越岭方案均穿越了滑坡，且东线越岭方案穿越4处滑坡；西线穿越岩堆少于东线及中线越岭方案；穿越泥石流较中线及东线越岭方案多一处。整体而言，西线越岭方案优于东线及中线越岭方案。

表2 重力不良地质分布情况 单位：处

3.2.3 高地应力

三方案软岩大变形、岩爆段落长度如表3所示。西线越岭方案软岩大变形长度最短，硬岩岩爆段落较长，软岩大变形相较轻微岩爆工程地质问题更为突出。故从高地应力方面分析，西线越岭方案较优。

表3 软岩大变形、岩爆长度 单位：m

3.2.4 构造破碎带

如表4所示，西线越岭方案经过上规模的断层、背斜、向斜共计41处，中线越岭方案共计43处，东线越岭方案共计58处。西线越岭方案优于中线、东线越岭方案。

表4 构造数量

同时由于东线越岭方案断裂、褶皱更为发育，且在旗杆山向斜段走在志留系软岩中，围岩西线越岭方案最优。越岭段围岩级别对比如表5所示。

表5 越岭段围岩级别对比

3.3 方案比选意见

该段方案主要受控于沿线发育的高压富水可溶岩地层分布。经初步勘察，东线方案位于公、母龙洞暗河系统排泄区，穿越可溶岩段落最短，水头最低，但本段线路小角度穿越小桥沟导水断层，且隧道较长段落位于可溶岩与非可溶岩接触带附近，发生涌突水风险高，隧道建设存在疏干公、母龙洞岩溶水的风险；中线方案下穿公龙洞暗河系统径流区，虽然岩溶段落较短，但岩溶水文地质条件最复杂，涌突水风险极高；西线方案位于公龙洞暗河补给区，靠近公龙洞与白水洞两个地下暗河系统分水岭附近，地下水水量较小，线路并行在建高速公路旗杆山隧道，地质情况较为明晰，重力不良地质、软岩大变形段落及围岩条件较优。经综合比选，西线方案水文地质条件较优，风险较为可控。

4 结语

西渝高铁旗杆山越岭段地处南大巴山平坝—覃家河大断裂附近。区内地形地质条件极为复杂，岩溶水及富水构造、重力不良地质、采空区、高地应力、构造破碎带构成了控制线路方案的主要工程地质问题。本文在充分总结汲取西南山区深切河谷与高压富水岩溶铁路地质选线经验的基础上[4]，提出了旗杆山越岭段地质选线定线技术原则，选取了线路并行在建高速公路旗杆山隧道，地质情况较为明晰，重力不良地质、软岩大变形段落及围岩条件较优，工程风险可控的西线越岭方案。