天陇铁路主要工程地质问题及选线原则

郑亮亮

(中铁第一勘查设计院集团有限公司，陕西 西安 710043)

1 工程概况

新建的天水至陇南铁路位于甘肃省东南部的天水、陇南两市境内，全长约215.3 km，其中桥梁29.56 km/42座，隧道165.80 km/29座，桥隧比90.8%。

沿线穿越黄土梁峁沟壑区、天水-西礼盆地中山区及秦岭中山区，在地壳抬升隆起、构造运动强烈的特殊地质背景下，滑坡、泥石流灾害频繁、集中、大面积发育，深大活动断裂、高地应力等地质问题突出，整体具有明显的“一频、一高、二复杂”特征，即山地灾害频发、地应力高、地质构造环境复杂及软岩大变形强烈等特征，为铁路项目勘查带来了不小的挑战。

2 地质特征

2.1 地形地貌

沿线通过黄土梁峁沟壑区、天水-西礼盆地中山区、秦岭中山区。黄土梁峁沟壑区内黄土沟壑纵横，梁峁起伏，冲沟发育，滑坡、溜坍等不良地质十分发育。天水-西礼盆地中山区河谷较为平坦、宽阔。秦岭中山区山高谷深、沟壑极为发育。

2.2 地层岩性

线路通过地层主要包括第四系松散堆积层；第三系、白垩系、泥盆系、志留系的砂岩、泥岩、片岩、板岩、千枚岩、炭质千枚岩等；下古生界的片麻岩等；以及印支期侵入岩；沿断裂构造分布的压碎岩、断层角砾等。

2.3 地质构造

线路穿越了秦岭-昆仑纬向构造体系和武都山字型构造体系，发育一系列断裂和构造盆地，地质构造运动十分活跃，褶皱、断裂发育。区域内与线路相关的断裂主要有10条，其中西秦岭北缘断裂、礼县-罗家堡断裂、两当-江洛断裂、武都-康县断裂、康县-略阳断裂、迭部-白龙江断裂、礼县-江口断裂等为全新世活动断裂。

3 主要工程地质问题

复杂山区铁路通常具有“地质条件复杂、构造多、岩性复杂、不良地质多，不同地段地质条件差别较大、变化快”的特点。天水至陇南铁路沿线构造活动强烈，地质灾害复杂多样，在内动力地质作用下存在活动断裂、高地应力等地质问题；在外动力地质作用下存在危岩落石、滑坡、泥石流和岩堆等地质问题，边坡地质灾害在全线分布不均匀，多分布在牛头河河谷、天水-西礼盆地、徽成盆地等处。铁路选线面临复杂、严峻的工程地质问题。

3.1 活动断裂构造众多

沿线穿越秦岭-昆仑纬向构造体系和武都“山”字形构造体系，地质构造运动十分活跃，全新世活动断裂发育，主要有西秦岭北缘断裂、礼县-罗家堡断裂、康县-略阳断裂、礼县-江口断裂、光盖山-迭部断裂等，估算水平速率为0.35～2.3 mm/a；断裂的宽度、位置、性质及其活动性直接影响线路走向方案。

3.2 地应力高

区内新构造运动强烈，活动断裂发育，地应力场复杂，整体地应力偏高，存在构造应力相对集中的地质环境条件，局部埋深较大的隧道可能遭遇高地应力工程环境，特别是隧道埋深过大时，板岩、千枚岩等软质围岩可能发生软岩大变形；局部构造应力强烈的区域，破碎的硬质岩也可能出现大变形现象。

3.3 表生不良地质十分发育

黄土梁峁沟壑区及天水-西礼盆地中山区冲沟发育，切割较深，滑坡、溜坍极其发育，多分布于渭河、籍河、牛头河等河谷两岸，以第四系松散体滑坡为主，小型-中型泥石流沟发育。

秦岭中山区岩性岩相多变，地质构造复杂，降水量大，河谷两岸崩塌、滑坡及不稳定斜坡等不良地质十分发育，以第四系松散体滑坡及第三系泥岩滑坡为主，局部段落危岩、落石、崩塌现象突出，泥石流发育。

4 地质选线原则

鉴于天水至陇南铁路沿线地质条件复杂，控制线路的工程地质问题众多，为指导铁路线位的选择，便于方案比选过程中开展针对性的工作，在现场调查并结合钻探、物探成果的基础上，制订本段线路的选线原则。

4.1 活动断裂发育地段地质选线原则

线路应尽量绕避活动断裂。必须跨越活动断裂时，应选择稳定性相对较好地段或者岩质较硬区域通过。线路不宜在活动断层上盘迂回展线，工程尽可能设置于下盘。应优先选择以路基、低桥形式通过，减小修复难度。特殊结构、高墩、大跨桥梁不宜跨越活动性断裂。

4.2 高地应力区地质选线原则

在高地应力区，应通过展线拔高线位或通过傍山隧道降低隧道埋深，线路走向尽量与区域最大主应力方向平行或呈小角度，以减小隧道洞室开挖后的切向应力；同时隧道应优先考虑走行于硬质岩地区，在软质岩地区应选择构造不发育或发育较弱、地下水不发育的地段通过，尽量走在应力降低区或原岩应力区。

4.3 表生不良地质发育地区选线原则

本项目通过多个地貌单元，区内地壳抬升剧烈，构造作用强烈，在内外动力作用下，滑坡、泥石流等不良地质极其发育。线路应尽可能绕避不良地质发育区。绕避地质条件复杂的巨、大型滑坡，避开地形凌乱，坡脚有地下水出露的山坡。对于个别线路难以绕避的不良地质体，应进一步研究，采用勘探、测试及试验方法，详细查明该不良地质体，获取准确的岩土工程参数，确定其稳定性，并提出通过方式和治理措施，科学合理地设置相应工程，以确保铁路的安全。

5 线路走向方案比选

天水至陇南段走向方案考虑沿线礼县、西和县以及成县等经济据点的选择，以及沿线地质构造、不良地质等工程地质条件，在现场详细勘测基础上，研究了经成县方案(CK)、经西和方案(C1K)、经礼县方案(C2K)和经盐官、小川方案(C3K)。各方案对比分析见表1。

表1 天水至陇南走向方案对比分析表

综上所述，从断裂构造与活动断裂、岩爆及软岩变形、地表不良地质等多个层面综合比选，CK方案最优。

6 结 论

天水至陇南铁路位于秦岭-昆仑纬向构造体系和武都“山”字形构造体系，地形起伏大，构造运动强烈，活动断裂构造众多，地应力高，地表不良地质十分发育。沿线地质条件是制约铁路选线的重要因素。本文通过对区域内工程地质条件的分析，得出了以下结论：

(1)影响本段铁路选线的工程地质问题，主要有构造运动强烈，活动断裂构造众多，地震烈度高，地应力高，地表不良地质十分发育。

(2)在现场调查及钻探、物探成果分析的基础上，提出了天水至陇南铁路地质选线的三项原则，在宏观走向方案的选择上应该尽量走行于地质构造稳定、地层岩性较好的地段，避开高烈度地震区和地震频发地段。线路应尽量以大角度、简单工程穿越断裂构造带和新构造运动活跃区，尤其是全新世活动断裂，以降低工程风险。

(3)依据选线原则，对本线四处重点方案进行了比选，通过分析具体的工程地质条件，选定了地质条件相对较好的CK方案，即天水经成县至陇南方案。