拟建缅甸木姐至腊戍铁路岩溶发育区地质选线

2013-04-13李宁

铁道勘察 2013年5期

李　宁

(铁道第三勘察设计院集团有限公司，天津　300251)

岩溶对铁路工程的危害很大，诸如岩溶水的侵袭、溶洞顶板坍塌及大规模地面塌陷等，是铁路建设中一个重要的工程地质问题[1-2]。拟建缅甸木姐至腊戍铁路途经区域为大面积碳酸盐岩覆盖，岩溶非常发育，如何才能有效规避或减轻岩溶地质灾害，地质选线是关键。

1　项目工程概况

拟建缅甸木姐至腊戍铁路位于缅甸北部掸邦境内，线路自缅中边境线起，在木姐镇以东设站，出站后转向南至楠派站，后继续沿滇缅公路东侧南下，跨楠木毛河，经楠帕嘎东至勐育设站。后继续南下跨楠盘河、楠旁河、楠凯河至全线最低点空卡设站，再穿累帽山后在腊戍镇东北设新腊戍北换装站。后修建米轨联络线，接既有线于K10+405，利用既有米轨铁路引入腊戍站，线路全长约130 km。

2　工程地质与水文地质条件

2.1　地形地貌

区内地势总体呈北高南低，地面高程600～1 500 m，属掸邦高原的山岭重丘地貌，以中山、低山、高原为主。沿线地表植被茂密，受长期水流侵蚀、切割作用及风化剥蚀，碳酸盐岩分布区多见溶洞、落水洞以及漏斗等岩溶侵蚀地貌，沟谷形态很差，地形起伏且凌乱破碎。

2.2　地层岩性与地质构造

沿线地表植被茂密，斜坡多为第四系坡残积层覆盖，河流冲积平原、阶地以及沟槽地段，主要以第四系冲洪积层为主，小范围可见坡洪积层。下伏主要碳酸盐地层为二叠系(P)浅灰色微晶石灰岩、角砾状灰岩，以及肉红色灰质白云岩和部分地段上覆的侏罗系(J)泥灰岩和石灰岩条带。

掸邦地块位于实皆断裂与无量山、点苍山-哀牢山断裂形成的剪切体系所夹持的三角形地带，构造复杂，断裂、褶皱发育。该区属于热带季风气候，雨季漫长，碳酸盐岩及其与非碳酸盐岩接触带中溶洞、漏斗、落水洞、暗河以及岩溶泉等岩溶形态广泛发育。

2.3　水文地质条件

沿线地表水主要为楠木窑河、楠木图河、楠凯河、楠盘河、楠盘河、楠木毛河、楠拨河以及中缅边境的瑞丽江等伊洛瓦底江水系，以及沟谷中的泉、溪水系。

沿线地下水主要为孔隙水、裂隙水和岩溶水。

孔隙水主要分布于第四系松散层中，主要受大气降水以及地表水的补给，径流方向主要以沿松散层向低洼处流动和向下伏地层垂直渗透为主，以泉的形式向河流排泄，地面蒸发及人工采排是其排泄的重要渠道。

裂隙水主要赋存于碎屑岩、碳酸盐岩裂隙及断裂带中，一般很难形成稳定的潜水面，主要接受大气降水和孔隙水地下径流的补给，径流方向受岩性、裂隙影响较大，多沿裂隙向低处排泄，故纵横向交错不定，排泄方式以裂隙泉和人工采排为主。

图1　线路方案平面示意

岩溶水主要赋存与碳酸盐岩中，在裂隙水的溶蚀连通作用下形成，水量丰富，大气降水、地表水以及地下径流都可以成为其补给源。径流方向相对复杂，受岩性组合、构造、岩溶发育程度以及地下分水岭等因素影响很大，多向岩体特征薄弱区排泄，纵横交错，常在地表形成一系列的岩溶形态，在地下则形成暗河。排泄方式主要以岩溶泉、暗河出口以及人工采排等为主。

3　工程地质选线

3.1　地质选线原则

应尽量避开或以大角度通过地质构造发育、碳酸盐岩与非碳酸盐岩接触带等岩溶形态发育地段，工程设置上应以路基、桥梁为主，辅以短隧道通过垂直渗流带，当线路必须通过岩溶水平径流带或岩溶裂隙水带时，应采用“人”字形纵坡形式，坡顶设置应尽量位于隧道中心，避免出现反坡排水的问题[1]。

3.2　线路方案简介

线路在勐育站至楠派站区间主要通过岩溶发育的二叠系(P)碳酸盐地层，在该区进行了长、短隧道两个方案的比选。其中长隧道方案线路长度24.838 km，含桥梁长度3.926 km，隧道5座，长8.065 km，隧道长度占线路长度的32.5%，最长隧道5.52 km，采用单面坡；短隧道方案线路长度24.762 km，含桥梁长度6.85 km，隧道5座，长2.97 km，隧道长度占线路长度的12%。

3.3　影响线路方案的因素分析

影响线路方案的主要地质因素是岩溶发育强度、分布范围和岩溶水地质灾害。岩溶发育程度强、范围大，将大大增加勘察和施工的难度和费用；过多走行于岩溶水平径流带中，则容易造成严重的岩溶水地质灾害。

为了确定岩溶发育强度和分布范围，采用卫片、航片等遥感技术进行宏观解析，将解译成果上于地形图上，并结合地形图研读，初步绘制地表可能存在漏斗、落水洞等岩溶形态。之后，通过野外地质调绘方法，对可能存在的岩溶形态进行了现场核实，并对泉点和暗河出入口的位置、高程、流量等特征进行了数据采集。

综合上述成果，根据地表岩溶形态、地下水及其连通性[4]并结合地表岩溶密度，最大泉流量以及钻孔岩溶率[1]等因素，划分岩溶发育等级(图1)。按照岩溶工程地质学理论以及铁路工程大量实践经验推荐的“三个垂直分带法[1]”，通过暗河通道出口位置高程(约1 095 m)和沿线岩溶泉的出露位置，推测出水平流动带的上限(垂直渗流带的下限)；通过附近楠木毛河(准排泄基准面)的水位高程(约960～920 m)，推测出水平流动带的下限(岩溶裂隙水带上限)，从而划分出岩溶水的垂直分带性(图2)。

线路方案的纵坡还应考虑设站高程、桥高等众多因素的影响。上述两方案虽然在隧道通过区均以最大坡率尽量抬高设计高程，但是由于受勐育站、楠派站点的高程和桥高的控制，长隧道方案设计高程在1 100～990 m，短隧道方案设计高程在1 035～1 100 m。

3.4　线路方案评价及地质选线

根据上述分析成果，对影响两线路方案的地质因素进行统计对比(表1)。

图2　剖面

表1　影响线路方案的地质因素对比

由表1可见，长隧道方案位于岩溶发育强烈区，地表发育与隧道发生较好水力联系的岩溶漏斗、落水洞，虽然有下降泉和暗河的排泄作用，但是隧道仍需通过危险性最大的水平径流带(累积长度约4.3 km)，且隧道采用单面坡，反坡排水困难，施工时极易发生严重、难以逆转的地质灾害；短隧道方案线路在平面上不仅有效绕避了岩溶发育强烈区，从岩溶发育微弱区通过，并且在工点设置上大部分以桥梁路基为主，隧道长度大大缩短，通过水平径流带的累积长度仅1.1 km，施工中只要加强防排水措施，防止大量地表水的灌入，出现地质灾害的可能性极小且易于处理。

综上所述，在线路平面、纵断面均满足要求的情况下，短隧道方案线路长度虽然较长隧道方案无较大优势，但短隧道方案不仅有效的规避了地质灾害的风险，还较长隧道方案投资省0.5亿元，因此，短隧道方案为本区线路的推荐方案[3]。