山西中南部铁路通道某不良地质地段设站方案研究

欧成章

(中铁第六勘察设计院集团有限公司,天津 300308)

1 研究背景

滑坡是指一定自然条件下(地层构造、岩性、水文地质条件等),受地下水活动、河流冲刷、人工切坡、地震活动等影响,大量土体或岩体沿着一定软弱面整体向下滑动的现象。 黄土遇水土粒胶膜胀大,导致连接力减弱、土体沉陷、承载力减弱,形成地质软层。 为确保临近滑坡、软层地段铁路工程安全,国内众多学者对滑坡、软层等不良地质的工程特性及施工技术进行了研究。 梁邵娟等[2]认为:线路应尽量绕避不稳定的大型滑坡,对于中小型滑坡,可考虑在其下部以较低填方或在其上部以较浅挖方通过;尹士清[9]通过综合分析三维可视化高分辨率遥感数据,判定规模不等的滑坡、岩堆、软层的发育情况;李孝攀等[1113]基于灰色聚类理论和关联度法,研究了不良地质(含滑坡、软层)对线路方案的影响等级。

综上所述,滑坡、软层等不良地质是控制线路方案的关键因素。 因此,开展滑坡、地质软层的方案研究很有必要。

2 工程概况

山西中南部铁路通道西起山西瓦塘,东至山东日照,线路全长1 322 km,桥隧比为49%,是我国第一条按30t 轴重标准建设的重载铁路[3]。

三交镇位于山西吕梁山临县境内,是本线与吕临孟支线的连接点,设计初期于该处设置三交站。

勘测期间,该地段揭示地层为新黄土、老黄土、圆砾土、砂岩夹泥岩,未见地下水。 后期经过多轮补充钻探并结合现场调研,认为三交站位于一个多期、多块、多级的古滑坡堆积体上,现状总体稳定。 受人工活动影响,滑坡体前缘发生局部滑塌。

由于影响古滑坡稳定的因素复杂(如重载铁路、车站加载、排水、人工活动等),且该地段尚存在软弱层等不良地质,故有必要对在该处设站与否进行研究[4]。

3 设站方案研究

针对三交滑坡、三交软层不良地质的现状,分别研究了治理滑坡的穿滑坡方案,滑坡下缘加载的西移高路基方案,桥梁绕避方案,隧道绕避方案,绕避滑坡及软层的车赶沟设站方案[58], 见图1。

图1 三交地区设站方案平面

3.1 穿滑坡方案

三交站为中间站(5000t 规模5 股道),CVK39+535 ～CVK40+490 段以路基形式穿越三交古滑坡,穿越滑坡段路基最高填方处为CVK39+820,路堤边坡高16 m;最深挖方处为CVK39+750,路堑边坡高度为40 m。 CVK37+270 ～CVK37+781 段以路堑、隧道形式穿越三交软弱层。

穿越滑坡部分采用桩板墙、抗滑桩、桩板抗滑桩等处理措施;穿越软层路基段落采用桩板墙,隧道部分采用大管棚、长管棚及预加固桩等处理措施。 该方案主要技术参数见表1。

表1 穿滑坡方案线路主要技术参数 km

本方案正线长24.810 km,考虑滑坡及软层等不良地质处理费用后,工程投资总额为167 373.7万元。

3.2 西移高路基方案

本方案全站范围内采用高填方通过。 为避免在滑坡范围内产生挖方,车站站房设在218 省道公路一侧,本方案需改移2 km 既有218 省道。

方案CK39+535 ～CK40+490 段以高路基的形式通过三交古滑坡范围,滑坡段路基最高填方处为CK39+730,路堤边坡高36 m。

根据黏聚力与内摩擦角计算滑坡稳定性,对局部滑动、可能二次滑动、浅层滑动及深层滑动4 种滑动状态分别进行检算,滑坡体在路基反压作用下处于稳定状态。 但须在古滑坡内部及外缘加强排水。 穿越三交软层处理方案与前述方案一致,主要技术参数见表2。

表2 西移高路基方案线路主要技术参数 km

本方案正线长25.170 km,考虑软层等不良地质处理后,工程投资总额为167 468.4万元。

3.3 桥梁绕避方案

本方案线位西移,车站绝大部分填方高度在35 m左右,采用桥梁形式通过,改移既有218 省道1 km。本方案对三交古滑坡无影响,主要技术参数见表3。

表3 桥梁躲避滑坡方案线路主要技术参数 km

本方案正线长24.512 km,考虑软层等不良地质处理费用后,工程投资总额为169 702.8万元。

3.4 隧道绕避方案

三交地区地形西低东高, CVIIK39 + 495 ～CVIIK40+450 段以隧道形式东绕三交古滑坡,设计线高程为888 m,于完整基岩面以下通过,三交古滑坡、三交软层对线路均无影响。 主要技术参数见表4。

表4 隧道躲避滑坡方案线路主要技术参数 km

本方案正线长23.852 km,工程投资总额为171 977.1万元。

3.5 车赶沟设站方案

该方案以隧道形式于滑坡后缘外侧外绕三交古滑坡,线位横跨车赶沟于前陡泉村至下川坪村段东西向设置三交站(即三交站整体东移)。 三交古滑坡、三交软层均对本方案无影响。 主要技术参数见表5。

表5 车赶沟设站方案线路主要技术参数 km

本方案正线长28.532 km,工程投资总额为180 222.4万元。

3.6 优缺点分析及推荐意见

(1)三交设站条件

穿滑坡方案、西移高路基方案、桥梁绕避方案站址条件与前期设计相当;隧道绕避方案车站大部分位于隧道内,车赶沟设站方案站址南移至车赶沟内。 从设站条件分析,穿滑坡方案、西移高路基方案、桥梁绕避方案相对较优,隧道绕避方案最差。

(2)与三交古滑坡关系

穿滑坡方案以低填挖方于滑坡前缘通过;西移高路基方案以高填方于滑坡前缘加载通过,滑坡不需治理。 桥梁绕避方案、隧道绕避方案、车赶沟设站方案均已绕避三交古滑坡。 从与三交滑坡关系方面分析,桥梁绕避方案、隧道绕避方案、车赶沟设站方案相对较优。

(3)与三交软弱层关系

穿滑坡方案、西移高路基方案、桥梁绕避方案、隧道绕避方案相当,车赶沟设站方案完全绕避了三交软层区域。 从与三交软弱层关系分析,车赶沟设站方案最优。

(4)工程投资

主要工程数量及投资见表6。

表6 工程投资

由表6 可知,穿滑坡方案、西移高路基方案工程投资相当,较其它方案略有优势,车赶沟设站方案投资较高,桥梁绕避方案工程投资较穿滑坡方案增加2 329万元(占总投资的1.4%),隧道绕避方案工程投资较穿滑坡方案增加4 603.4万元(占总投资的2.8%)。

综上所述,桥梁绕避方案绕避了三交古滑坡范围,消除了潜在的工程风险,对湫水河河道行洪干扰小,站内路基工程边坡高度较低,且工程投资较穿滑坡方案、西移高路基方案增加幅度不大(总投资的1.4% 以内),建议按桥梁绕避方案开展下步工作[12]。

4 取消三交设站可行性分析

考虑到三交站的货物运输功能可调整至临县站加以解决(临县站到发线有效长度由650 m 延长至1 080 m),三交站具备取消条件,故对取消三交站方案进行了详细研究[10]。

4.1 设站分析

采用绕避方案(4 股到发线)、取消设站方案进行对照。 主要工程数量对照见表7。

表7 三交是否设站方案主要工程内容对照

从表7 可以看出,取消三交站节省工程投资8 576万元,节约投资显著。

4.2 临县站到发线延长投资对照

取消三交站后,临县站可承担该站货运功能,需将到发线有效长从650 m 调整为1 080 m。 主要工程数量见表8。

表8 到发线有效长延长主要工程数量及工程投资对照

由表8 可以看出,临县站到发线延长至1 080 m后,工程投资3 171万元。

5 结论

取消三交站可节省工程投资8 576万元;临县站到发线有效长由650 m 延长至1 080 m,增加工程投资3 171万元,以上合计可节省工程投资5 405万元。

考虑到三交滑坡及三交软弱层等不良地质对线路方案的影响,结合技术经济比选,本次方案研究按取消三交站方案开展后续工作[1416]。