复杂山区铁路安全选线研究★

李松真

(中铁四院集团南宁勘察设计院有限公司,广西 南宁 530007)

瑞金至梅州铁路位于江西省南部和广东省东北部,线路起于江西省赣州市瑞金市,从赣龙扩能改造工程瑞金站引出,沿途经会昌县、安远县至寻乌县,之后跨赣粤省界至广东省境内,经平远至梅州市梅县区、梅江区引入既有漳龙铁路梅州站。沿线分布有湘江国家湿地公园、三百山国家级风景名胜区及国家森林公园、平远县城饮用水源保护区、河岭嶂市级自然保护区等众多环境敏感点。主要不良地质现象有滑坡溜坍、危岩、落石、人为坑洞、岩溶、地热及放射性等,其中43处工点周边显著出露危岩、落石[1]。项目在贯彻“环保优先、源头控制”的环保理念基础上,尤为重视安全选线,综合采用物探、钻探手段,探明影响地质选线的高风险源;通过大范围线调,排查威胁铁路运营安全的易燃易爆危险品厂、站、库、管线[2-18]。

为保证铁路建设、运行安全,以瑞金至梅州铁路平远至热柘段局部方案比选为例开展安全选线决策研究,通过识别局部方案的环境敏感点、不良地质、危险源,进行安全选线初步研究及安全确认深化研究,经稳定性评价及加固处理确认,推荐对线路建设、运营安全无显著影响的方案。

1 安全选线方案初步研究

1.1 瑞金至梅州铁路平远至热柘段方案概况

本段线路选线主要受危岩落石发育区、崩塌发育区、烟花爆竹仓库、平远县热柘镇温泉矿、平远火石寨县级森林公园等因素影响。考虑线路安全和线路顺直,研究了隧道穿越滑坡溜坍、危岩落石的柚树河西侧隧道方案;为完全绕避安全敏感因素和降低桥隧比,比较研究了经柚树河东侧方案,如图1所示。

1.2 主要技术经济比选

柚树河西侧隧道方案:线路自平远站引入向南,沿柚树河西侧的山脊走行至方案比较终点,线路长12.086 km,共设桥梁10座2 407延米、隧道6座7 251延米,桥隧比重79.91%,费用合计59 244万元。

柚树河东侧方案:线路自平远站引入向东南,两跨柚树河后至方案比较终点,线路长12.209 km,共设桥梁16座3 340延米、隧道11座4 608延米,桥隧比重65.1%,费用合计65 402万元。两方案主要技术经济对照情况如表1所示。

表1 主要技术经济对照表

从建设安全方面:两方案安全可控,但柚树河西侧隧道方案隧道建设工程地质条件较好,柚树河东侧方案隧道工程地质条件差。

从工程投资方面:征拆工程,柚树河东侧方案征地多22.3 ha,且基本农田多,用地指标高,拆迁多0.27万m2,征拆费用增加约5 595万元。路基工程,柚树河东侧方案所经地形相对平缓,路基支挡防护工程较省,虽然路基总长增加1.833 km,但费用仅增加2 129万元。桥梁长度增加933 m,费用增加3 655万元。隧道长度缩短2 643 m,但由于地形相对平缓,以短隧道为主,浅埋偏压严重,Ⅳ级、Ⅴ级围岩比重达79.7%,因此费用仅省5 221万元。合计柚树河西侧隧道方案较柚树河东侧方案工程费用省约6 158万元。

1.3 推荐意见

综上分析,两方案建设安全均可控,由于柚树河西侧隧道方案投资省,且东侧方案需跨越柚树河Ⅱ类水体,施工期间还需采取相应的环保措施,因此,初步研究推荐采用经济性较强、安全可控的柚树河西侧隧道方案。

2 安全选线深化研究

2.1 沿线安全因素具体分析

1)崩塌发育区、危岩落石发育区。本段位于广东省梅州市平远县热柘镇及大柘镇,线路穿越丘陵区,剥蚀丘陵区间丘间谷地地貌,丘陵区地势起伏,相对高差约为120 m～390 m,自然坡度约为20°～35°。线路地处长田圩向斜西翼与核部交界附近,且近似与岩性接触带重合通过,多次跨越接触带,地质构造发育,地层风化强烈、破碎,以侏罗系上中统高基坪组凝灰质砂岩夹粉砂岩(凝灰岩)、白垩系下统官草湖群砂岩夹粉砂岩为主,岩质较软,节理裂隙较发育,岩体较破碎。沿线主要控制因素为崩塌发育区及危岩落石发育区,对线路施工及运营存在潜在威胁。李屋隧道进出口处零星发育危岩落石及崩塌区,进口DK204+200—DK205+000段线路右侧山体坡面为崩塌发育区,坡面危石主要由岩体碎块及粉质黏土组成,岩石碎块约占30%,块径0.2 m～0.5 m不等,局部碎石零星落在坡面上,块径0.2 m～1 m,呈散状分布,出口DK207+000—DK208+200段线路左侧和右侧发育危岩落石及泥石流沟,其中左侧主要为半埋型落石群和裸露型危岩,现场共发现泥石流沟6处,半埋型落石群9处,较大裸露型危岩9处,部分半埋型落石群裂隙发育,裂缝宽度约为0.1 m～0.5 m,危岩块径0.5 m～3.5 m,滚落方向约65°～160°;出口线路右侧危岩主要为局部零星分布的碎石或大暴露面基岩,危岩块径0.2 m～1.5 m,滚落方向约65°～160°。

2)烟花爆竹仓库。线路DK204+500右侧700 m现有平远县隆安烟花爆竹专营有限公司爆竹仓库一座,存放规模为烟花3 t、爆竹5 t。

3)平远县热柘镇温泉矿。平远县热柘镇温泉矿位于线路DK211+500左侧500 m,该区段地质构造发育,区域热水按赋存状态为第四系层状热水。其层状热水储量丰富,水温一般较低,涌水地表温度约40 ℃～50 ℃,水质多为无色、无味,稍有硫磺味,总矿化度190 mg/L～500 mg/L,开采价值较大。

2.2 深化比较方案概况

详细考虑各安全控制因素,在初步推选的柚树河西侧隧道方案(方案一)附近,从有利于线路顺直、建设运营安全系数高等方面出发,拟定了同精度比选的危岩落石区左侧方案(方案二)及危岩落石区右侧方案(方案三),如图2所示。

方案一:线路自平远站引出,前行跨越大柘河后,折向南以隧道形式通过危岩落石区域,而后折向东南前行至热柘镇高南村,比较段里程范围DK200+450—DK211A+009.209,线路长度10.559 km。

方案二:线路自比较起点引出,前行跨越大柘河后,于危岩落石区域左侧折向南前行至比较终点,比较段里程范围D4K200+450—D4K210+916.611,线路长度10.467 km。

方案三:线路自比较起点引出,折向南跨越大柘河,于危岩落石区域右侧前行至比较终点,比较段里程范围D5K200+450—D5K211+123.981,线路长度10.674 km。

三方案经济技术情况如表2所示。

2.3 各方案优缺点比较

从工程地质条件:方案一以深埋隧道长段落穿越山脊,工程地质条件相对较好;方案二和方案三处于沟谷地段,沿线隧道浅埋偏压段落较多,工程地质条件一般。从工程地质条件分析,方案一占优。

从线路顺直度:三个方案线路长度差别不大,方案一线路长度10.559 km,桥隧总长8.744 km,桥隧比82.8%;方案二线路长度10.467 km,桥隧总长7.898 km,桥隧比75.5%;方案三线路长度10.674 km,桥隧总长8.653 km,桥隧比81.1%。

从工程实施难易程度:

1)方案一线路长度适中、桥隧比最高(较方案二线路长92 m,桥隧长846 m;较方案三线路短115 m,桥隧长91 m),路基长度1.904 km,深路堑约1.0 km,存在1处深路堑(DK209+650—DK209+850段左侧,挖方40 m～45 m),圬工方约6.1万m3;其中挡墙、桩板墙圬工约3.9万m3;征地、拆迁量最小,协调难度小。

2)方案二线路最短、桥隧比最低;路基长度2.569 km,深路堑约1.4 km,圬工方约8.57万m3,其中挡墙、桩板墙圬工约5.56万m3;该方案路基存在4处陡坡路基、深路堑等困难路基,困难地段多、段落长;征地量最大,拆迁量相对较小。

3)方案三线路长度最长、桥隧比适中,隧道浅埋偏压段落最长,施工难度较大、风险高;路基长度2.021 km,深路堑约1.1 km,圬工方约6.69万m3,其中挡墙、桩板墙圬工约4.35万m3;该方案路基存在5处深路堑等困难路基,困难地段较多、段落较长;房屋拆迁量最大,实施协调难度大。从工程实施难易程度及安全性分析,方案一稍占优。

从建设运营安全性:三方案均对崩塌发育区和烟花爆竹仓库进行了合理绕避,无需处理危岩落石,施工及运营期风险可控。但方案三隧道浅埋偏压段落最长,施工难度较大、风险高;方案二部分浅埋隧道围岩等级相对较差;方案一隧道围岩等级相对较好,风险低。从建设运营安全性分析,方案一占优。

从工程投资:方案一工程投资比方案二、方案三分别节省1 028.23万元、5 940.15万元。从工程投资方面分析,方案一占优。

2.4 决策意见

经安全确认深化研究,方案一工程地质条件相对较好,技术条件较优、风险低,安全性好,协调难度小、投资省,推荐采用柚树河西侧隧道方案。

3 结论

1)线路安全是方案成立的基础,由于需综合考虑地质条件、环境保护和建设、运营安全等众多因素,难以一次性选择出最优方案,有必要分层次开展方案比选研究。

2)安全选线方案初步研究时,按完全绕避和穿越安全敏感区两大方案开展了比选,在线路建设安全可控的基础上,选择经济性强的方案作为初步推选方案。

3)安全选线深化方案研究时,需详细考虑各安全控制因素,在初步推选方案基础上,从有利于线路顺直、建设运营安全系数高等方面出发,拟定了同精度比选局部比选方案,最终推荐了建设运营风险低、安全性可控和投资省的方案作为推荐方案。