杭绍台铁路硅藻土地段线路方案研究

2019-10-28范俊怀

铁道勘察 2019年5期

范俊怀张翔

(中铁第六勘察设计院集团有限公司,天津 300308)

铁路选线是影响全局的总体性工作。为了确定合理的线路方案,应综合考虑多方面的控制因素,确定最优线路方案。胡子平[14]等从路网结构优化、环境及水资源保护、技术标准、工程地质等角度,对宜万线的不同地段进行了综合选线设计;彭学理[9]对宜万铁路绕避古滑坡、危岩落石和岩堆发育区进行了改线方案分析;杨英[12]在成贵客运专线采空区地质选线中,围绕采空区的绕或治进行了大范围的方案比较,最终选择了绕避大型采空区的方案。不良地质是铁路选线的重要控制因素之一,铁路选线应尽量绕避不良地质地区,无法绕避时应采取特殊措施,以保证施工及运营阶段的铁路安全[2,4]。以杭绍台铁路硅藻土路段为例,重点分析硅藻土特殊的物理力学特性对工程的影响,充分考虑各影响因素的权重,提出工程可行、经济合理的线路方案[13]。

1 概述

1.1 项目概述

杭州经绍兴至台州铁路(以下简称杭绍台铁路)位于浙江省中东部,线路由杭甬客专绍兴北站引出,经绍兴市的上虞区、嵊州市、新昌县,台州市的天台县、临海市、椒江区、路桥区、温岭市等,终至甬台温铁路的温岭站,新建线路全长226.369 km。本项目是长三角城镇化地区综合交通网和城际快速骨干交通网的重要组成部分,也是沿海客专辅助通道的重要组成部分,其速度目标值为350 km/h。

1.2 地形地貌及地质特征

线路两端绍兴市和台州市位于滨海冲海积平原区,地形平坦,局部分布剥蚀残丘;中段为低山丘陵区,局部分布河谷盆地,嵊州附近分布玄武岩台地,相对高差50 ～500 m,自然坡度25° ～60°,区域内大部分地段植被茂盛,地表水系极其发育。区域内出露的主要地层时代有第四系、新近系、白垩系、侏罗系等,并伴有燕山期花岗岩侵入。

1.3 硅藻土特殊工程性质

杭绍台铁路沿线嵊州市、新昌县附近的玄武岩台地分布有新近系多期喷发的玄武岩与多期河湖相沉积层,覆盖在白垩系砂砾岩及侏罗系凝灰岩之上。硅藻土为第二沉积层,层厚4 ～90 m 不等,尤其以嵊州市浦桥镇至崇仁镇一带厚度最大,可分为白色硅藻土(见图1)、蓝色硅藻土和黑色硅藻土三种,成份为硅藻和黏土类矿物,其垂直节理、水平节理、斜节理均很发育,压缩性大,遇水容易软化,力学性质急剧下降,工程性质极差,主要力学指标见表1。

图1 白色硅藻土

表1 硅藻土主要力学指标

2 硅藻土对工程的影响及工程措施建议

线路主要以路基、隧道、桥梁的形式通过玄武岩台硅藻土地区。该区域硅藻土厚度大,工程性质较差,需采取针对性的工程措施。

2.1 DK85+800 ～DK86+000 段硅藻土路基

(1)地质条件及对工程的影响

本段为玄武岩台地区,表层为第四系全新统人工堆积层,冲洪积层粉质黏土、淤泥,第三系上新统多期喷发的玄武岩与河湖相白色硅藻土、蓝色硅藻土、黑色硅藻土交替沉积。在工程扰动和干湿交替作用下,硅藻土的力学性质急剧下降,容易引起原生结构破坏而丧失结构强度,进而引起边坡失稳、路基沉陷等不良地质问题。

(2)工程措施建议

对于路堤段,可采取以下加强措施:若采用桩基,应采用干钻工艺,并采取快速施工、快速封闭等针对性的工程措施,以避免硅藻土遇水软化、力学性质急剧下降。对于路堑边坡,可在路基两侧设置地表排水系统,并采取措施减缓岩石风化。

2.2 飞凤山隧道

(1)地质条件及对工程的影响

飞凤山隧道位于浙江省嵊州市崇仁镇与鹿山街道交界处,全长1327 m,最大埋深约89 m。主要岩性为:新近系玄武岩、气孔状玄武岩、硅藻土(岩)、含硅藻土玄武岩。洞身基岩节理发育(均为剪节理),一般无充填,对拟建隧道有一定影响。

(2)工程措施建议

①应考虑加强施工超前地质预报工作,可采取地质调绘法、工作面地质素描法、超前炮眼、地球物理探测法等,地层变化处、物探异常带等应作为重点地段。

②加强进口仰坡面的支护,做好坡面排水措施。

③加强防、排水措施,重视隧道出口及斜井反坡排水问题。

④硅藻土岩极易软化,软化后承载力及黏聚力大大降低,造成边坡缓慢滑移。因此,洞身开挖需加强支护,必要时应尽量加长明洞,防止边坡沿硅藻土岩面滑移。

⑤隧址区地表水主要为沟谷水,地下水主要为基岩裂隙水,地表水易沿节理密集带下渗。建议加强洞内地下水及地表水的排水防渗及堵漏处理,同时加强支撑与防护。

2.3 若水特大桥

位于绍兴市嵊州市崇仁镇若水村。工点范围内的特殊性岩土为人工填土和灰色(黑色)硅藻土。

桥梁设计时需考虑硅藻土对桥梁工程和基坑边坡稳定的影响。建议采用旋挖钻机干钻法进行施工,并采取快速施工、快速封闭等针对性的工程措施。施工前,应进行单桩承载力及成桩工艺试验,根据试验结果调整桩基设计及施工参数。

3 线路方案研究

3.1 平面方案研究

新建杭绍台铁路三界至嵊州区域内广泛分布新近系玄武岩中硅藻土夹层,在玄武岩台前缘的缓坡区,易造成山前残坡积碎石土顺硅藻土层面滑动,形成滑坡或不稳定斜坡,为地质灾害易发区。因此,硅藻土是影响线路走向的重要控制因素。

结合硅藻土分布、嵊州城镇规划、环境敏感点和地方政府意见,对本段范围的线路走向研究了取直方案(方案Ⅰ)、并行在建二环路方案(方案Ⅱ)、并行G104 国道方案(方案Ⅲ),见图2。

图2 线路引入嵊州市局部走向方案

(1)取直方案

线路自三界站引出向南,经广利塘水库东侧通过,之后跨长乐江、澄潭江、S310 省道、甬金高速公路至嵊州新昌站,线路长26.5 km, 静态工程投资28.6 亿元。

(2)并行在建二环路方案

线路自三界站引出向南,经大山下水库、广利塘水库西侧通过,之后跨长乐江、澄潭江、S310 省道、甬金高速公路至嵊州新昌站,线路长28.45 km, 静态工程投资30.1 亿元。

(3)并行G104 国道方案

线路自三界站引出向南,经仙岩镇西侧并行G104 国道,之后穿嵊州市城区西侧,跨长乐江、澄潭江、S310 省道、甬金高速公路后至嵊州新昌站,线路长26.58 km,静态工程投资36.6 亿元。

(4)工程经济比较

各方案主要工程数量及投资比较见表2。

表2 工程经济比较

(5)综合比选分析及推荐意见

各方案优缺点分析见表3。

表3 优缺点分析

综合以上分析,方案Ⅰ有效地降低了硅藻土对线路方案的不利影响,且该方案具有工程投资省、工程实施难度小等优点,故本次研究推荐取直方案(方案Ⅰ)。

3.2 穿越硅藻土段纵断面研究

根据地质勘探资料,基于取直方案,进一步研究了短隧高桥方案、长隧低桥方案(见图3)。

(1)短隧高桥方案

该段较长段落穿过硅藻土范围,大部分以路基形式通过。为尽量减少硅藻土的不利影响,纵断面尽量拉高,线路从飞凤山隧道洞口以较短距离穿越硅藻土地段(穿过硅藻土地段缩短为299 m),且主要位于隧道进出口两端,隧道进口段约有95 m 位于蓝色硅藻岩(土)中,约有79 m 位于含硅藻砂岩中,出口约有82 m位于白色硅藻岩(土)中,约有43 m 主要位于蓝色硅藻岩(土)中。隧道口上方硅藻土覆土很薄,换填后对隧道影响较小。受坡度限制,出隧道后嵊州特大桥桥墩高度最高达到了68 m,且高桥段落较长。