成渝中线铁路缙云山隧道坡度方案研究

祝志飞，黄艳磊，丁文富

（中铁二院工程集团有限责任公司，四川 成都 610031）

1 概况

新建成渝中线铁路位于重庆市和四川省境内，全长292.040km，桥隧总长223.110km，桥隧比例76.40%。线路经过的缙云山位于重庆市北碚区嘉陵江温塘峡畔，古名巴山，是7000 万年前“燕山运动”造就的“背斜”山岭。山间白云缭绕，似雾非雾，似烟非烟，磅礴郁积，气象万千，早晚霞云，姹紫嫣红，五彩缤纷。古人称“赤多白少”为“缙”，故名缙云山。本段线路受线路走向、技术标准、中梁山和缙云山东西两翼煤矿采空区分布及地热水资源、缙云山国家级自然保护区功能分区、科学城站位、下穿兴隆场编组站位置、规划科学城及沙坪坝区规划和在建项目等因素控制，平面位置较为唯一，本文结合沿线地形地质条件、采空区开采标高、岩溶风险等因素针对缙云山段线路纵断面方案进行研究。

2 自然特征

2.1 地形地貌

缙云山位于重庆市西北部，地形总体上呈现中间高东西低。地形地貌严格受地质构造的控制，形成“两山一槽”的地形特征。最高点位于重庆市北碚区境内的缙云山石花寺，海拔标高930m，最低点位于嘉陵江，海拔标高180m，相对高差750m，地形起伏大。

测区位于缙云山北段，嘉陵江以南至青木关镇以北地段，地形总体上也呈现中间高东西低之特征。缙云山为狭窄的条状山脉，呈北北东向延伸，与地质构造线方向一致，高程300～700m，呈一山两岭夹一槽的地貌形态。隧道进出口缓坡地带及山顶槽谷内覆土相对较厚[1]，斜坡地带多可见基岩出露，覆土较薄。隧道进出口及山顶岩溶槽谷内居民点集中，有高速、省道、县道与线路相通，交通便利。

2.2 水文地质特征

缙云山南北向延伸，分别在小南海及北碚附近为长江及嘉陵江横切。由于含水层与隔水层相间分布，决定了本区地下水主要沿岩层走向（南北方向），分别向两江排泄，东西方向径流条件差，含水层间水力联系不明显，因而本区泉水露头多在山顶，含水层受侵蚀较强烈的低凹处呈带状出露，两侧山坡脚露头少见。

隧道位于缙云山中部，自西向东横穿温塘峡背斜，背斜轴部为测区地下水的分水岭，其两侧形成两个独立的地下水体系。本区地下水补给来源主要为大气降水，含水层多为易溶蚀的碳酸盐岩，地表多成槽谷凹地，岩溶发育，有利于地表水汇集[2]。由于岩层倾角较陡，含水岩层多暴露地表，直接接受大气降水及地表水的补给，加之含水层上下多为透水性较弱的岩层阻隔，导致嘉陵江组灰岩地层形成狭长的地下水“水槽”。

区内地下水类型包括松散岩类孔隙水、红层裂隙孔隙水、碎屑岩类裂隙水、碳酸盐岩类岩溶水、采空区（老窑积水）、断层水等，可溶岩包括三叠系中统雷口坡组（T2l）、下统嘉陵江组（T1j）地层，在构造变动、地貌发育及湿热气候条件下，溶蚀作用强烈，溶蚀空间发育，为碳酸盐岩岩溶水的形成提供了条件。

2.3 主要工程地质问题

主要工程地质问题为岩溶、采空区。

2.3.1 岩溶

该区区域上经历了长期的溶蚀和侵蚀作用（图1、图2），形成了较丰富的岩溶形态[3]。调查区内主要的岩溶形态有岩溶槽谷、岩溶洼地、落水洞、暗河等，但隧址地表未见大型溶洞发育。地形地貌具典型的川东平行岭谷地貌特征。缙云山隧道通过可溶岩地段隧底标高300～325m，位于岩溶水水平循环带下部。

图1 高位岩溶槽谷地貌

图2 中厚层T1j2 灰岩

2.3.2 采空区

《机·智》一书的第一作者朱铎先认为，尽管现在设备通信协议的走向是趋于标准化，但是在利益格局的羁绊下，各大巨头之间尚未达成一致。总体上，德国的工业设备集成，偏向采用OPC UA协议，而北美和日本则更偏爱MTConnect协议。无论如何，不弄懂弄通这5000多种设备通信协议，设备互联就会受到极大的限制。

隧道穿煤地层为分布在隧道的进出口端陡坡段的温塘峡背斜两翼三叠系上统须家河组（T3xj）地层。主要为隧道进口端的王家沟煤矿（图3）、龙洞槽煤矿、水窑子煤矿（图4）和出口端的阴阳沟煤矿、河水沟煤矿，以及部分不同时期开采的小煤窑，目前均已全部关闭停采。本区须家河组煤系地层一般采煤方式是在侏罗系地层及须家河组二、四、六段砂岩内开洞，经垂直掘进一定距离进入一、三、五段的可采煤层后则沿煤层走向方向顺层开采。煤窑的主井均在须家河组二、四段稳定的砂岩内，不易坍塌，横向采煤段均埋藏较深，地表未见陷坑或变形迹象。

图3 王家沟煤矿

图4 水窑子煤矿

3 坡度方案比选

缙云山隧道进口段下穿王家沟煤矿采空区，通过钻探、物探、孔内测试等综合勘察技术，已查明洞身段最低开采标高为+317m。结合沿线最新地形地质条件、城市现状及规划、科学城站位等条件，对缙云山隧道纵断面方案开展了下穿采空区的V 坡方案、顺坡方案的比选（图5、图6）。

图5 缙云山隧道平面

图6 缙云山隧道坡度方案

3.1 坡度方案概述

3.1.1 下穿采空区V 坡方案

线路出科学城站后上跨桂花水库泄洪沟渠，下穿青凤园区纵二路、重庆绕城高速后在金塘水库下游350m 上跨该水库的排洪沟渠，然后进入缙云山隧道。为避免采空区影响，使线路设计标高位于最低开采标高317m 以下15m，煤矿采空区段线路采用V 坡，后以16.5‰纵坡穿越缙云山至隧道出口。

3.1.2 下穿采空区顺坡方案

线路出科学城站后上跨桂花水库泄洪沟渠，以浅埋隧道形式下穿青凤园区纵二路、重庆绕城高速、金塘水库排洪沟渠，然后以16.5‰纵坡穿越缙云山至隧道出口。

3.2 方案比选

3.2.1 工程地质条件

3.2.2 水文地质条件

从地热水影响分析：根据对缙云山地热钻井水头、天然温泉、煤洞温泉、隧道温泉出露高程分析，推测地热水的水头高程在330m 左右，隧道高程低于330m 将对附近地热水资源产生一定影响。下穿采空区V 坡方案和下穿采空区顺坡方案在该路段最低高程分别为299m 和289m，都有一定影响。

从北温泉影响分析：北温泉深部地下热水补给来源于嘉陵江北侧华蓥山区，隧址位于北温泉南侧约16km，距离北温泉南侧地下水补给边界的分水岭约5km，隧址位于北温泉主要补给区以外，隧道建设对北温泉基本无影响，方案无明显差别。

从岩溶风险分析：隧址区属于岩溶地下水环境敏感区，地下岩溶水发育强烈，存在较大的涌突水风险[4]。下穿采空区V 坡方案隧道为V 型坡，需设置泄水洞，在岩溶发育地区，V 型坡隧道会增加施工阶段及运营阶段的安全风险[5]，下穿采空区顺坡方案相对较优。

3.2.3 隧道工程条件

两方案隧道工程均下穿采空区，受采空区影响相当。主要区别在于隧道排水条件、隧道工程出口段工程条件及浅埋下穿既有建构筑物风险。

隧道排水条件：下穿采空区顺坡方案为顺坡排水，下穿采空区V 坡方案为V 型坡隧道，需另设置排水洞约1.7km，下穿采空区顺坡方案占优。

隧道工程进口段工程条件及下穿建构筑物风险：缙云山隧道进口段有G5001 重庆绕城高速、省道S204、城市道路（规划纵一路、在建纵二路）、梁滩河、水库泄洪道、灌溉沟渠等控制线路标高因素。下穿采空区V 坡方案隧道出口以路基工程为主，在下穿G5001 高速公路段采用顶进涵，对省道S204、纵二路进行改建；下穿采空区顺坡方案以浅埋隧道形式下穿纵二路、省道S204、G5001 高速公路，浅埋段约1km，部分出露明洞，隧道长度较下穿采空区V 坡方案增长1.3km。两方案均下穿既有构筑物，均存在施工干扰，工程条件及风险相当。

3.2.4 城市规划的适应性

下穿采空区V 坡方案隧道出口以路基工程为主，需要对省道S204 改移约1.2km。在梁滩河和隧道进口之间都处于青凤工业园规划区范围内，需要对高铁影响范围的场坪标高进行调整，对城市规划和在建道路影响较大。

下穿采空区顺坡方案以浅埋隧道形式通过城市规划区并下穿纵二路、省道S204、G5001 高速公路等，避免了对青凤工业园区道路的影响，不影响规划区范围内场坪标高，仅需要对园区范围内道路与高铁交叉部分的隧道进行结构加强。

3.2.5 工程投资

下穿采空区V 坡方案需设1.2km 泄水洞，同时需要对S204 省道进行改移，且需要对青凤工业园区规划场坪标高进行调整。下穿采空区顺坡方案浅埋隧道增长1km，同时需设2.87km 辅助坑道。下穿采空区V 坡方案投资增加0.28 亿元。

3.3 方案比选意见

下穿采空区V 坡方案隧道为V 型坡，需设置泄水洞，在岩溶发育地区，V 型坡隧道会增加施工阶段及运营阶段的安全风险，同时需要对青凤工业园区规划进行调整对城市规划影响较大；下穿采空区顺坡方案隧道排水条件较优，施工和运营安全风险较低，避免了对青凤工业园区规划的影响，同时工程投资节省0.28亿元。

4 结语

成渝中线铁路缙云山段地形地质条件复杂，岩溶及采空区构成了控制隧道坡度方案的主要工程地质问题。本文在充分总结汲取西南山区岩溶和采空区铁路地质选线经验的基础上，选取了工程投资节省、地质条件较好、隧道排水条件好、满足城市规划的下穿采空区顺坡方案。