武广铁路客运专线南岭越岭地段工程地质选线思路与实践

韦随庆,郭建湖

(中铁第四勘察设计院集团有限公司,武汉 430063)

1 概述

武广铁路客运专线郴州至韶关段地处湘粤交界,穿越长江与珠江分水岭——南岭山脉中低山、丘陵区。其中大瑶山属中山区,山峦巍峨,河谷深切,地形险峻。金坪坦、天子岭一带属低山丘陵区,溶峰、洼地、孤峰等岩溶地貌极为发育。区域性富水构造、大型采空区及岩溶暗河分布广泛而复杂,控制线路方案的选择,进行工程地质选线十分必要且意义重大[1]。

2 地质概况

线路穿越南岭纬向构造及粤北山字形构造,构成复杂的地质背景,褶皱强烈、区域性大断裂及富水性构造发育,岩溶强烈发育,分布有罗家渡煤矿、杨梅山煤矿等采空区。大瑶山地区岩性以震旦系、寒武系浅变质板岩、石英砂岩等为主,其余地段多为泥盆系、石炭系可溶岩组成。

3 岩溶地段工程地质选线思路及实践

3.1 岩溶发育特征

沿线以低山丘陵为主,地面高程100～500 m,相对高差一般小于200 m,岩溶负地貌主要以大型岩溶洼地、漏斗为主,汇水面积为0.3～2.6 km2,相伴生的暗河、管道流极为发育,以金坪坦、天子岭地段最为典型。

大瑶山隧道群进出口段属中低山区,岩溶地貌尤其是负地貌较为罕见,仅有少量的岩溶漏斗发育。沿构造或与构造平行的溶蚀沟谷发育。

3.2 岩溶地段工程地质选线原则

结合武广铁路客运专线的地形地质特点,工程地质选线按以下原则进行。

(1)越岭地段尽量采用短隧道通过,避免采用长大深埋岩溶隧道通过越岭地段。

(2)越岭隧道尽量避开可溶岩地段,无法绕避时应选择岩溶弱发育或不发育地段通过。

(3)线路通过岩溶地段时,应选择负地貌之间的峰丘通过,同时在可能的情况下尽量抬高纵坡,选择垂直渗流带通过。

(4)线路通过岩溶地段时,应尽量避开暗河、岩溶管道流,无法绕避时应抬高纵坡选择上跨暗河,并预留一定的完整顶板厚度，以确保避开溶洞发育区[2～4]。

3.3 峰丛洼地地段的选线实例

金坪坦一带属丘陵地段,地形条件较好,是线路通过的良好廊道。东侧为五盖山,西侧为骑田岭,线路必须采用长大深埋越岭隧道通过,前期方案选择优化时予以放弃。

金坪坦岩溶水区近东西向延伸,线路方案无法绕避。密集展布有244.3洼地、麻窝、松树窝、桐茅窝、新庵、西冲、打鼓冲、水井头、沉源水、东山、老何山、深坑等大型岩溶洼地,汇水面积为0.3～2.6 km2,平面上近于相连。

金坪坦处于五盖山背斜倾伏端,暗河受溪流切割以及D3x2碎屑岩阻水而排出,属岩溶水排泄区。多条大型暗河在本区受溪谷切割出露,主要有金坪坦暗河、金门口暗河、溪下暗河等。此外,金坪坦大型岩溶洼地与管道流或暗河相伴生,主要有邓家湾暗河、欧家暗河、沉源水管道流、西冲管道流等。

加深地质阶段选择了两处比较有利的通过位置：一是沿桐茅窝洼地244.3与洼地之间分水岭—金门口暗河西侧—金坪坦暗河与欧家暗河出口之间布线；二是沿西冲洼地与沉源水洼地分水岭布线,详见图1。

图1 金坪坦地段岩溶洼地及暗河分布

初测阶段结合五盖山、大瑶山等地段的研究方案初步确定第一处通过位置(小水方案)为贯通方案,定测阶段选择抬高纵坡上跨沉源水洼地。线路方案均以岩溶短隧道通过,并避开了暗河及大型洼地的影响,岩溶水文地质条件有利[3]。

3.4 暗河地段的选线实例

(1)暗河概况

天子岭暗河进口位于韶关地区割藤坪,进口高程为150～158 m。暗河长度3.1 km,补给面积2.896 km2。出口位于武江十里亭一带,高程为61.159 m,流量为52.4 L/s。

(2)暗河与线路的空间位置关系

受控于新韶关车站站位,新韶关西联站址方案、新韶关赤水站址方案、新韶关黄塱坝站址方案均以隧道形式穿过天子岭,天子岭暗河在平面上无法绕避。天子岭暗河与各方案的平面关系如图2所示。

图2 天子岭暗河与线路方案平面关系

图3 天子岭暗河与线路方案交叉关系

(3)天子岭暗河的穿越方案及评价

新韶关西联站址方案、新韶关赤水站址方案、新韶关黄塱坝站址方案之天子岭隧道均位于暗河上方或相交,处于水平循环带,天子岭暗河丰水期涌水高达5 m3/s,水文地质条件十分复杂,对线路方案存在较大影响。

2004年定测期间,建议线路方案在站位确定的情况下尽量东移靠近十里亭大桥上跨天子岭暗河通过。根据充电法、EH-4物探工作成果分析,暗河高程约在80 m,详见图4。

图4 天子岭隧道EH-4剖面成果

原设计隧道纵坡高程80 m,基本处于暗河附近,极易产生大规模的涌水涌泥等地质灾害。建议线路高程调整到100 m左右,可基本达到上跨暗河的目的,避开了岩溶水平径流带及垂向岩溶水管道流,且隧道长度缩短至1 km左右,降低了工程难度。

在后来进行的天子岭隧道开挖过程中未揭露暗河,隧底岩溶探测成果亦反映隧底10 m范围内未发现暗河异常段,表明本次选线上跨暗河是成功的。

4 复杂构造工程地质选线思路及实践

4.1 复杂构造地段的工程地质选线原则

对铁路工程地质选线有重大影响的复杂构造主要有大型断层破碎带、活动性断裂、富水构造等,工程地质选线原则上应予以绕避,无法绕避时选择垂直或大角度以最短距离通过。

4.2 大瑶山复杂构造地段的工程地质选线

大瑶山控制线路方案的复杂大型构造主要有湖洞断层与班古坳富水向斜组合构造、干溪富水断层等。其中湖洞断层与班古坳富水向斜组合构造造成既有大瑶山隧道在修建及运营期间发生了涌水涌泥,最大涌水量51 000 m3/d,引起班古坳地区地表岩溶塌陷、表水干涸等环境病害,是工程地质选线的主要控制性构造。

(1)大瑶山地区线路方案研究情况

以京广线大瑶山隧道为界,研究线路方案可划分为大瑶山隧道东方案、大瑶山隧道西方案。详见图5。

图5 大瑶山地区线路方案及主要构造

(2)湖洞断裂与班古坳向斜组合富水构造

处于大瑶山中山区的山峰夹谷中,东至水尾,西至湖洞,地表溪流发育。向斜为一船形储水构造,核部为D2q灰岩,其灰岩段在平面上呈串珠状分布(图6)。从深钻孔揭露岩溶发育状况来看,一般地段岩溶发育于浅部,湖洞断裂导致岩溶发育深度极大[5]。

图6 班古坳向斜及湖洞断裂平面示意

(3)线路方案的选择与评价

大瑶山隧道西方案选择班古坳向斜岩溶水富水区的“夹缝”中通过,控制性工程大瑶山隧道长达30 km,进口段梅花镇一带属岩溶强发育区,发育有沙坪向斜、三元墟向斜属储水构造,且湖洞断裂带南段影响范围宽度达400 m以上,属富水、导水断层,易将头寨向斜富水构造的岩溶水引入隧道。详见图7。

图7 大瑶山隧道西方案长隧道剖面

大瑶山隧道东方案避开班古坳富水构造,处于湖洞断裂末端,工程地质及水文地质条件相对较好,仅在进口、出口段分布有可溶岩,可选择最短距离通过且避开暗河等,属优选方案。

5 结语

武广铁路客运专线郴州至韶关越岭地区尤其是大瑶山、金坪坦、天子岭等地质条件复杂地段,在遥感、大面积地质调绘的基础上进行了较为详细的工程地质选线工作。新南岭、寒水、金门口、大瑶山隧道群、天子岭等隧道施工开挖过程中,揭示围岩整体性较好,未发生灾难性地质灾害,涌水涌泥多是小规模的且控制在可处理范围,表明工程地质选线是较为成功的。

[1] 铁道第四勘察设计院.郴州至韶关段加深地质工作工程地质勘察总报告[M].武汉：铁道第四勘察设计院,2004：1-70．

[2] TB10012—2007/J124—2007,铁路工程地质勘察规范[S]．

[3] TB10027—2001/J125—2001,铁路工程不良地质勘察规程[S]．

[4] 铁道部第一勘测设计院.铁路工程地质手册[M].北京：中国铁道出版社,1999：512-518．

[5] 铁道部第四勘测设计院.大瑶山隧道设计总结[M].武汉：铁道部第四勘测设计院,1992：16-120．