渝昆高铁复杂山区地段方案研究★

任闯闯，范俊怀，崔 鹏

(中铁第六勘察设计院集团有限公司，天津 300308)

新建重庆至昆明高速铁路起于重庆枢纽重庆西站，接入昆明枢纽昆明南站，是我国八纵八横高铁干线之一京昆高速铁路的重要组成部分[1]，北端衔接兰渝线、遂渝线、渝万线、渝利线、成渝客专和规划设计的渝西客专、渝长客专、渝黔客专，与渝黔线在重庆西分场设置；线路中部与川南城际、在建成贵线相连；南端衔接沪昆客专、云桂线和昆明枢纽东南环线。该线路自重庆西站引出，经重庆市，四川省泸州市、宜宾市，贵州省毕节市，云南省昭通市、曲靖市，终至昆明南站，线路长度699.332 km，目前处于在建阶段[2]。渝昆高铁会泽县待补至田坝站地段属于高原山区地带，地质条件极其复杂，环境敏感点分布广泛，确定最佳线路方案极其困难[3]。经济合理地确定渝昆高铁待补至田坝站地段最佳线路平纵方案，对渝昆高铁建设和京昆高铁大通道打通具有重要意义。

1 线路走向方案比选

1.1 线路概况

渝昆高速铁路会泽县待补至田坝站段属于滇北高原山区，沿线有华山省级自然保护区、鸡鸣山县级保护区等环境敏感点，地貌为以礼河等河流下切形成的高原河谷地貌，海拔2 060 m～2 870 m；地层以侏罗系至震旦系的碳酸盐岩、砂泥岩和玄武岩相间成片出露；地质条件极其复杂，主要工程地质问题为岩溶及岩溶水、危岩落石、滑坡、岩堆、顺层等，隧道岩溶及岩溶水风险大，围岩破碎软弱，局部富水[4]。结合渝昆高铁沿线山高谷深的艰险地形、大范围发育溶岩区、遍布的滑坡泥石流、众多磷矿区、驾车华山松省级自然保护区等因素，提出“隧道下穿滑坡群方案”“高桥穿越滑坡群方案”和“靠近待功高速公路方案”三个方案。比选范围为DK556+000～DK580+000[5]。渝昆高铁会泽县待补至田坝站段线路走向方案示意图如图1所示。

1)隧道下穿滑坡群方案。线路自比选起点DK556+000引出，下穿渝昆高速公路后，在DK564+000～DK566+000不良地质地段以隧道形式通过，之后于驾车华山松省级自然保护区东侧经过，至比选终点DK580+000。该方案线路全长24 km，其中桥梁175 m/2座，隧道23 792 m/3座，桥隧比99.86%。

2)高桥穿越滑坡群方案。线路自比选起点DⅠK556+500引出，下穿渝昆高速公路后，在DIK564+000～DⅠK566+000不良地质地段以路桥型式通过，之后于驾车华山松省级自然保护区东侧经过，至比选终点DⅠK580+113.02。该方案线路全长24.113 km，其中桥梁1 379 m/4座，隧道22 098 m/5座，桥隧比97.36%。本方案穿越了滑坡群及泥石流沟段。

3)靠近渝昆高速公路方案。线路自比选起点DⅡK556+500引出后，下穿G85渝昆高速公路后，绕避那寨箐地段滑坡群、岩堆等不良地质，在滑坡群东侧与高速公路之间泥石流沟谷地段以大跨桥通过，至比选终点DⅡK580+533.82。该方案线路全长24.534 km，其中桥梁1 213 m/2座，隧道22 619 m/3座，桥隧比97.14%。

1.2 工程数量及投资表

工程数量及投资表见表1。

表1 工程数量及投资表

1.3 线路走向方案比选及推荐意见

从工程地质、环境敏感区影响、工程投资、工程风险及工程可实施性等方面对3个方案进行优缺点比较分析，得出最佳方案[6]。线路走向方案比选表如表2所示。

表2 综合分析比选表

经过工程经济技术比选，高桥穿越滑坡方案穿越滑坡群、泥石流沟等不良地质，桥高最高达96 m，施工难度大，施工及运营安全风险极高，予以舍弃。隧道下穿滑坡群方案虽采用了一个25‰(4.05 km)的坡度，但对运行时分几乎没有影响，且该方案线路长度最短，以隧道形式下穿滑坡群，避开了滑坡、岩堆、泥石流等不良地质，相对于靠近渝昆高速公路方案有着地质条件好、工程难度低、工程实施条件好、运营风险低等优势，且该方案投资最为节省，节省投资约6 465万元，故推荐采用隧道下穿滑坡群方案作为最佳的线路走向方案。

2 坡度方案比选

在确定隧道下穿滑坡群方案为最佳线路走向方案的基础上，进一步研究最佳纵断面方案，共研究了那寨箐地段压低做隧道方案、抬高做路桥方案两个方案。比选范围：DK557+050～DK568+780。从地质条件、工期情况及工期风险、施工风险及运营风险、坡末速度检算等方面综合分析，进一步确定最佳的纵坡方案。

2.1 纵断面概况

1)那寨箐地段压低做隧道方案(Ⅰ方案)。

在DK557+050～DK561+150段采用20‰的上坡(坡长4.1 km)，DK561+150～DK565+200段采用25‰的下坡(坡长4.05 km)，在DK565+200～DK568+780段采用3‰的下坡(坡长3.58 km)。本段线路长度11.73 km，其中桥梁192 m/2座，隧道11 538 m/2座，桥隧比100%。

2)那寨箐地段抬高做路桥方案(Ⅱ方案)。

在DK557+050～DK561+550段采用17.5‰的上坡(坡长4.5 km)，在DK561+550～DK565+250段采用8.2‰的下坡(坡长3.7 km)，DK565+250～DK568+780段采用3‰的下坡(坡长3.53 km)。本段线路长度11.73 km，其中桥梁626 m/5座，隧道9 982 m/4座，桥隧比90.43%。

纵断面比选示意图如图2所示。

2.2 方案优缺点分析及推荐意见

1)地质条件方面：那寨箐地段压低做隧道方案(Ⅰ方案)以长大隧道形式通过，隧道洞身进入弱风化岩体段落增加，岩体完整性较Ⅱ方案好。但隧道地下水涌水量增大，防排水措施增加。那寨箐地段抬高做路桥方案(Ⅱ方案)地表玄武岩风化层较厚，以松散状土夹碎石为主，易垮塌，暴雨期间易形成滑坡和泥石流[7]。隧道洞身埋深较Ⅰ方案浅，受区域地质构造影响，隧道内岩体完整性较Ⅰ方案差。那寨箐地段抬高中间变为3个短隧道，长度分别为2 898 m，681 m，2 083 m，施工工期较短，运营期间运营排水能力较好，且隧道间为大段明线段，运营通风及防灾疏散救援条件较好。

2)工期情况及工期风险：那寨箐地段压低做隧道方案(Ⅰ方案)分为2个隧道，分别为宁靖里隧道和那寨箐隧道，长度分别为6 326 m，7 268 m。采用1座斜井和1座横洞的辅助坑道方案及隧道进出口增加工作面，施工工期分别为39.0个月、45.2个月，能够满足目前施工组织方案54个月工期要求；桥梁为现浇施工，长度较短，避开了滑坡群区域。那寨箐地段抬高做路桥方案(Ⅱ方案)隧道总长度较短，但桥梁全长626 m，长度较长，采用现浇施工，对施工不利；桥梁穿越DK564+470滑坡区且桥梁轴线与泥石流沟夹角约40°，安全隐患较大，桥梁需跨越滑坡区下缘及泥石流沟段，主墩处地质条件差。桥梁邻近DK564+950和DK565+150附近的滑坡区，安全风险大。

3)施工风险及运营风险：那寨箐地段压低做隧道方案(Ⅰ方案)隧道埋深较深，地质条件相对较好，施工风险可控；并且隧道进出口均有道路相连，施工进场条件较好。运营期间运营排水能力、运营通风及防灾疏散救援条件相对较好。那寨箐地段抬高做路桥方案(Ⅱ方案)短隧道进出口及浅埋段偏压严重，施工风险增大，并且部分隧道进出口无道路相连，需新建较长施工便道，施工进场条件较差；桥梁需跨越滑坡区及泥石流沟段，现场施工条件差；DK564+280处路基以挖方形式通过滑坡前缘，该段两处滑坡相连，工程开挖导致滑坡阻滑段土体减少产生临空面，需在路堑和隧道开挖前设置预加固抗滑桩，工程量大，无论是施工过程还是铁路运营过程，风险均较大；DK564+470～DK564+720段，路基以挖方形式通过两处滑坡中部，工程开挖将扰动滑坡，易发生不良地质次生灾害，需设置预加固抗滑桩，工程量大，施工及铁路运营均存在风险[8]。

综上所述，压低做隧道方案虽然采用了一处25‰的下坡(坡长4.05 km)，隧道通风及防灾救援条件相对稍差，但两方案运行时分几乎一致，且该方案以隧道形式躲避了滑坡群及泥石流沟等不良地质地段，隧道洞门、桥台位置选择均较好，工程可实施性强，施工及运营风险均可控。经行车检算，上行方向坡末速度为295 km/h，不小于设计速度的80%～85%，满足高速铁路设计规范相关要求[9]。故推荐采用压低做隧道方案。

3 大坡度软化比选

按照《铁路线路设计规范》高速铁路纵断面坡度一般为20‰，在复杂山区地段为了适应地形变化可以采用较大坡度。但当坡度大于20‰时，会影响列车运行速度、列车运行时分、行车安全和旅客舒适度。因此针对渝昆高铁大坡度地段开展软化坡度比选研究，以确定最佳的纵断面方案。

3.1 纵断面概况

渝昆高铁待补至田坝站地段线路在宁靖里隧道和那寨箐隧道间自然出露，在DK561+150～DK565+200采用25‰(4.05 km)的下坡。现对此处大坡度进行软化坡度经济技术比选，研究了大坡度方案及软化大坡度方案两个方案，比选范围为DK555+000～DK568+650，具体内容如下：

1)大坡度方案( Ⅰ 方案)：线路在DK556+700处下穿待功高速公路中梁子隧道后，在DK557+050～DK561+150段采用了20‰(4.2 km)的上坡，在DK561+150～DK565+200段采用了25‰(4.05 km)的下坡，以隧道形式下穿那寨箐不良地质区域。全段长度13.65 km，共分为2个隧道，分别长6 326 m，7 268 m。中桥一座，长64 m，桥隧比100%。

2)软化大坡度方案(Ⅱ方案)：线路在DK555+000～DK557+000段采用3‰的上坡(坡长2.0 km)，DK557+000～DK561+250段采用4.5‰的上坡(坡长4.25 km)，DK561+250～DK565+200段采用9.9‰的下坡(坡长3.95 km)，DK565+200～DK568+650段采用3‰的下坡(坡长3.45 km)。全段长度13.65 km，合并为1个隧道，隧道全长13.65 km，隧道占比100%。软化大坡度比选示意图如图3所示。

3.2 方案优缺点分析及推荐意见

1)地质条件方面。

两方案地质条件基本一致，隧道围岩均以强风化～弱风化玄武岩为主，受区域向斜背斜和断层构造影响，岩体破碎，基岩裂隙水和构造裂隙水发育，隧道大部分位于水平径流带内，特别是浅埋地段，岩体极破碎，洞内坍塌，大坡度方案(Ⅰ方案)突水突泥等风险低，软化大坡度方案(Ⅱ方案)突水突泥等风险高。

2)工期情况及工期风险。

大坡度方案(Ⅰ方案)采用1座斜井和1座横洞的辅助坑道方案及隧道进出口增加工作面，施工工期分别为42.7个月、47.2个月，能够满足目前施工组织方案54个月工期要求。由于两隧道间天然出露，施工时两个隧道互相不影响，施工工期风险相对较小。软化大坡度方案(Ⅱ方案)采用2座斜井和1座横洞的辅助坑道方案及隧道进出口增加工作面，施工工期为49.6个月，能够满足目前施工组织方案54个月工期要求。相比于大坡度方案(Ⅰ方案)，合并成一个长隧道后，受岩体破碎及基岩孔隙水发育等地质条件影响，施工过程中不可预见风险影响，工期风险增大。

3)施工风险及运营风险。

大坡度方案(Ⅰ方案)隧道分为两个隧道，长度分别为6 326 m，7 268 m。隧道地段地质条件相对较好，施工风险可控。施工条件便利；弃渣条件较好；运营通风、防灾救援及排水能力条件较好。软化大坡度方案(Ⅱ方案)隧道合建为一个隧道，长度为13 658 m。突水涌泥风险增加，高地应力风险增加。隧道中间为人字坡，运营期间运营排水能力相对较好。隧道较长，运营通风及防灾救援条件较差。

4)工程投资。

大坡度方案(Ⅰ方案)工程投资约为19.72亿元，软化大坡度方案(Ⅱ方案)工程投资约为19.90亿元，大坡度方案(Ⅰ方案)投资节省0.18亿元。

5)运行时分及行车节能。

大坡度方案(Ⅰ方案)采用25‰的大坡度，线路坡度变化较大，增加司机操作难度，速度波动变化略大，上行方向坡末速度为295 km/h，乘客乘坐体验服务质量略有下降，运行时分约3.2 min，一对8节编组列车能耗892 kW·h。软化大坡度方案(Ⅱ方案)取消了25‰的大坡度，速度稍有波动，乘客乘坐体验服务质量基本无影响，运行时分约3 min，比大坡度方案(Ⅰ方案)平均速度提高20 km/h左右，运行时分节约0.2 min，一对8节编组列车能耗651 kW·h，比大坡度方案(Ⅰ方案)节约241 kW·h，一对8节编组列车一年可节约成本约6万元。

综上所述，大坡度方案(Ⅰ方案)虽在运行时分、行车节能上存在劣势，但运行时分仅多0.2 min，相差很小。大坡度方案(Ⅰ方案)基岩裂隙水最小，地质条件最好，隧道施工过程中塌方及突水突泥等风险均较小；同时由于两隧道均较短，两隧道间为明线段，防灾救援条件最好，利用活塞通风效率高，工期受施工过程中不可预见因素影响风险小，投资相比软化大坡度方案(Ⅱ方案)节省0.18亿元。故推荐采用大坡度方案(Ⅰ方案)。

4 结论及展望

渝昆高铁会泽县待补至田坝站地段位于云南省北部高原山区，地质条件极其复杂，环境敏感点等分布广泛，是渝昆高速铁路建设的难点，沿线控制和影响因素众多，从工程地质条件、环境敏感区影响、工程投资、工期情况及工期风险、施工风险及运营风险、运行时分等多方面进行经济技术综合比选研究，推荐采用地质条件好、绕避省级自然保护区、工程实施难度小、投资节省的隧道下穿滑坡群方案，并针对大坡度地段进行软化比选研究，确定最佳的线路平纵方案，确保了渝昆高铁的建设和运营安全，对京昆大通道的打通具有重要意义。