宜昌至涪陵高速铁路宜昌至恩施段线路方案研究

朱 涛

(中铁工程设计咨询集团有限公司，北京 100055)

鄂西、渝东区域内不良地质广布，岩溶、岩溶水(暗河)、卸荷式地质灾害、采空区、高地应力与软岩变形等均有发育。尤其是野三关、云雾山、齐岳山、方斗山等地段，岩溶强烈发育区、大型滑坡(崩塌)和高势能危岩落石等控制线路走向方案。因此，在该区域修建铁路难度较大。为了有效降低不良地质的影响，必须贯彻地质选线理念，查清不良地质分布范围，并采取相应的工程措施。已有学者开展相关研究，彭学理对宜万铁路复杂不良地质地段进行线路方案比选，当线路通过岩堆、危岩落石集中发育地段等不良地质体且难以规避时，宜采用多方案综合比选，按照“两害相权取其轻”的原则选择合理的线路方案[1]；展志成在伊宁至阿克苏铁路南天山越岭方案研究中，对南天山西、中、东3个越岭方案进行分析，从越岭垭口、越岭高程、越岭隧道长度、工程地质条件及工程投资进行比较，推荐工程条件较好、投资省的中方案[2]。宜涪高铁所经过区域内岩溶发育强烈，如何在穿越岩溶区是本线的重难点，结合有“铁路桥隧博物馆”之称的既有宜万铁路的案例[3]，对宜涪高铁宜昌至恩施段线路走向进行深入研究。

1 概述

宜昌至涪陵高速铁路(简称“宜涪高铁”)，位于湖北省西部、重庆市中东部。项目东端衔接武汉至宜昌高速铁路，西端经重庆枢纽与成都至重庆中线高速铁路贯通，通过渝万城际与成渝高铁连通，设计速度为350 km/h，是沿江高速铁路通道的主干线路，线路正线全长448 km[4]。

宜涪高铁的建设可支撑长江经济带发展，促进长三角、长江中游、成渝三大城市群协调发展；形成的沿江高铁主通道，完善长江经济带高标准高铁网络布局；提升沿江通道客运能力和服务质量，释放沿江既有铁路通道货运能力。宜涪高铁地理位置见图1。

图1 宜涪高铁地理位置示意

2 沿线自然特征

2.1 地形地貌

宜涪高铁位于鄂西渝东中低山区，沟谷深切，地形陡峻，地质构造复杂，海拔500～1 800 m，分布有较为典型的利川、恩施和建始3个规模较大的山间盆地，相对高差一般在200～800 m。沿线分布有天阳坪、仙女山、新华、建始-恩施、齐岳山、方斗山等多处断裂及断裂束，东部长阳东西向褶皱带、西部北东向弧形褶皱带[5-8]。区内不良地质广布，岩溶、岩溶水发育强烈。

区域内滑坡、错落、崩塌、危岩落石、岩堆、顺层滑动、采空区、有害气体、高地应力与软岩变形等也较为发育；岩溶强烈发育区、大型滑坡、崩塌与高势能危岩落石较为普遍[9-12]，其典型地貌见图2。

图2 低山重丘区典型地貌

2.2 水文地质特征及主要河流

研究区水系较发育，主要为长江、龙河、清江及其支流。地表水量丰富但分布极不均匀，广大的碳酸盐岩区“喀斯特干旱”较为严重。地下水类型主要有第四系孔隙水、基岩裂隙水及岩溶水。一般地段为重碳酸、硫酸钙、镁水，水质较好，含煤、石膏地层中地下水水质对混凝土结构具侵蚀性。

2.3 环境敏感点

本区段内，分布有长江湖北宜昌中华鲟自然保护区、湖北长阳清江地质公园、清江白甲鱼水产种质资源保护区、长阳清江风景名胜区、湖北长阳清江湿地公园、湖北五峰地质公园、重庆龙河湿地公园、长江三峡风景名胜区以及长江重庆段四大家鱼水产种质资源保护区等多处环境敏感区。

线路走向方案研究中，应尽量绕避自然保护区、风景名胜区、水利风景区、湿地公园、森林公园、地质公园、饮用水源保护区、文物保护单位及生态保护红线等环境敏感区[13-18]。受线路走向、站位选择、不良地质区域分布等因素限制，若线路走向、站位方案难以绕避，应加强工程处理措施，最大限度地减少对其的影响。

3 野三关至建始段方案研究

宜涪高铁是巩固沿线武陵山片区经济可持续发展脱贫成果的重要交通干线，线路应尽量经过县级及以上城市；沿线位于鄂西渝东中低山区，地形陡峻，地质构造复杂，不良地质广布，岩溶、岩溶水发育强烈。根据既有宜万铁路运营统计资料，首先对宜万铁路隧道涌水以及病害较多的野三关至建始段进行深入研究。

野三关至建始段线路穿越阳雀山、坳角山和蔡家山，地势中间高两端低，海拔高差达800 m，地质构造复杂，岩溶强烈发育，地下水丰富，根据既有宜万铁路施工、运营期的统计资料，野三关、大支坪两座隧道岩溶发育，发生的涌水病害较多[11]。因此，沿既有宜万铁路通道方案中野三关至建始段是最为复杂的一段，为确保沿既有宜万铁路通道方案可行，研究了沿高速公路、沿宜万铁路、取直和北绕野三关4个方案，见图3。地质岩溶分布及剖面情况见图4、图5。

图5 Ⅰ-Ⅰ剖面示意

3.1 从工程地质条件分析

沿高速公路方案：并行沪渝高速公路通道，以高桥、短隧形式穿越岩溶强烈发育区，线路纵断面高程大部分走行于水平循环带以上，利用其降水漏斗穿行，工程地质条件较好。

沿宜万铁路方案：并行宜万铁路野三关和大支坪隧道穿越岩溶强烈发育区，线路纵断面高程局部位于水平循坏带以下，特别是该段既有宜万铁路施工、运营期间涌水病害较多，工程条件较差。

取直方案：主要以长大隧道穿过岩溶强烈发育区，线路纵断面高程局部位于水平循坏带以下，涌水风险高且处理难度大，工程地质条件最差。

北绕方案：沿着岩溶发育区的边缘走行，线路所经地区岩溶、暗河等不良地质相对较小，工程地质条件最好。

综上，在工程地质条件方面，北绕方案最优、沿高速公路方案其次，另外两个方案工程地质条件均较差，后续施工、运营风险较大。

3.2 从环保方面分析

沿高速公路方案、取直方案均绕避了各类环境敏感区，沿宜万铁路方案穿越了大支坪镇鸦鹊沟水源地保护区二级区，北绕方案穿越巴东县野三关镇两溪坪村水源地保护区二级区。

3.3从线路长度、工程投资分析

取直方案线路长度最短、工程投资最省，较沿高速公路方案短2.08 km、工程投资节省3.54亿元；沿宜万铁路方案较沿高速公路方案线路长度长1.84 km、工程投资高3.17亿元；北绕方案较沿高速公路方案线路长度长10.42 km、工程投资高17.74亿元。方案主要工程数量及投资比较见表1。

表1 主要工程数量及投资比较

3.4 小结

沿高速公路方案并行沪渝高速公路通道，以高桥、短隧形式穿越岩溶强烈发育区，工程地质条件相对较好，且线路长度较短、工程投资较低；在对环境敏感区无影响，因此，野三关至建始段推荐采用沿高速公路方案。

4 宜昌至恩施线路方案研究

在对沿宜万铁路方案中地质条件较为复杂的野三关至建始段研究中确定了沿高速公路方案。根据宜昌至恩施段经济据点、地形地貌、不良地质和环境敏感点分布等因素，结合沿着既有宜万铁路、清江廊道的相对关系，研究了经五峰、鹤峰北方案，沿宜万铁路方案，经秭归、建始方案，经五峰、鹤峰方案和沿清江方案5个走向方案，见图6。

图6 宜昌至恩施段走向方案示意

4.1 方案说明

经五峰、鹤峰北方案：线路自在建宜昌至郑万联络线金巴岭线路所引出后西行，跨越长江后依次经过长阳县、五峰县、鹤峰县北部、恩施市后至既有利川站。新建线路长度为261.20 km。

沿宜万铁路方案：线路自在建宜昌至郑万联络线金巴岭线路所引出后西行，跨越长江后沿宜万铁路依次经过长阳县、建始县、恩施市后至既有利川站。新建线路长度为256.73 km。

经秭归、建始方案：线路自在建宜昌至郑万联络线新设三里岗线路所引出，跨越长江后西行，依次经秭归县、长阳县、巴东县、建始县、恩施市后至既有利川站。新建线路长度为260.76 km。

经五峰、鹤峰方案：线路自在建宜昌至郑万联络线金巴岭线路所引出后西行，跨越长江后依次经过长阳县、五峰县、鹤峰县、恩施市后至既有利川站。新建线路长度为293.80 km。该方案线路长度和运营时间长，与项目功能定位不匹配，故予以舍弃。

沿清江方案：线路自在建宜昌至郑万联络线金巴岭线路所引出后西行，跨越长江后依次经过长阳县、巴东县、建始县、恩施市后至既有利川站。新建线路长度为250.23 km。该方案吸引客流条件最差，故予以舍弃。

前3个方案主要工程数量及投资比较见表2。

表2 主要工程数量及投资比较

4.2 方案优缺点分析

(1)从区域铁路网布局合理性分析

经五峰、鹤峰北方案与宜万铁路拉开间距，区域路网布局合理；沿宜万铁路方案与宜万铁路并行，功能重叠，区域路网布局合理性较差；经秭归、建始方案走行于既有宜万线和在建郑万高铁之间，部分区段功能重叠，区域路网布局合理性最差。

(2)从经济据点及吸引客流分析

3个方案在辐射经济据点方面均是5个县级以上城市，其中未通铁路的经济据点为秭归、五峰2个县。秭归县距宜昌市约50 km，是渝东鄂西的交通枢纽，作为长江上游的交通咽喉，境内拥有长江黄金水道64 km、高速公路2条，县城及周边交通便捷、路网密布。五峰县属国家武陵山集中连片特困地区，是土家族少数民族聚居地区，也是全国首批革命老区县，五峰县域海拔高度为100～2 500 m，地形、地势起伏较大，较为落后的交通对县域经济造成严重制约和影响。因此，经五峰、鹤峰北方案能更好地带动五峰县经济发展，也能适当兼顾鹤峰县的客流。各方案经由经济据点及人口覆盖情况见表3。

表3 经由经济据点及人口覆盖情况

(3)从城市规划符合性分析

经五峰、鹤峰北方案：长阳东站、五峰站、恩施南站距离城区均较近，与地方意见和城市总体规划相符，并能适当兼顾鹤峰县。

沿宜万铁路方案：长阳西站、建始站距离城区均较远，引入既有恩施站，车站周边发展空间有限，与地方意见和城市总体规划不符。

经秭归、建始方案：建始站距离城区较远，引入既有恩施站，车站周边发展空间有限，与地方意见和城市总体规划不符。

(4)从工程地质条件分析

经五峰、鹤峰北方案：长阳至五峰段穿越清江两岸岩溶区(垂直循环带)后顺着非可溶岩条带进入五峰，之后以短距离穿越岩溶强烈区，多走行于垂直循坏带或可溶岩底板以下，整体工程地质条件复杂，但绕避了大型不良地质体。

沿宜万铁路方案：宜昌至榔坪段走行于非可溶岩区或岩溶弱发育区；榔坪至高坪段岩溶条件复杂；高坪至恩施段主要沿既有线以简单工程或短隧穿过溶蚀侵蚀山间谷地区，整体工程地质条件较经五峰方案略差。

经秭归、建始方案：线路穿越黄陵背斜控制的岩溶系统后进入花岗岩地层，之后主要以隧道形式穿越岩溶强烈发育区。除宜昌北及花岗岩地段工程地质条件相对较好外，其余工程地质及水文地质条件均较差。

(5)从对环境影响分析

经五峰、鹤峰北方案：经过宜昌中华鲟自然保护区、长阳清江湿地公园、清江白甲鱼水产种质资源保护区、长江清江地质公园、五峰地质公园等6处环境敏感区，对环境影响相对较大。

沿宜万铁路方案：经过宜昌中华鲟自然保护区、清江森林公园、清江风景名胜区等4处环境敏感区，对环境影响相对较小。

经秭归、建始方案：经过宜昌中华鲟自然保护区、长江三峡地质公园、长江三峡风景名胜区等4处环境敏感区，对环境影响相对较小。

(6)从工程建设条件及投资分析

经五峰、鹤峰北方案：10 km以上隧道6座(最长隧道16.05 km)，长江桥位于库区下游，水位较低，桥梁造价较低，且能兼顾呼南通道过江资源，工程建设条件相对较好。线路长度为261.2 km、工程投资444.04亿元，工程投资适中。

沿宜万铁路方案：10 km以上隧道5座(最长隧道15.21 km)，长江桥位于库区下游，水位较低，桥梁造价较低，且能兼顾呼南通道过江资源，工程建设条件相对较好。线路长度为256.73 km、工程投资436.44亿元，工程投资最省。

经秭归、建始方案：10 km以上隧道7座(最长隧道18.32 km)，长江桥位于三峡库区，水位较深，深水基础施工工艺复杂，造价较高，且不能兼顾呼南通道过江资源，工程建设条件相对较差。线路长度为260.76 km、工程投资445.79亿元，工程投资最高。

4.3 小结

综上分析，经五峰、鹤峰北方案区域路网布局合理，能兼顾较多的经济据点，吸引客流能力较好；车站位置与地方意见和城市总体规划相符；地形地质条件相对较好，且线路顺直，工程投资适中，故推荐经五峰、鹤峰北方案。

5 结语

鄂西渝东中低山区不良地质广布，穿越岩溶、发育强烈地段时，应对线路方案进行充分分析、论证。首先，在勘察设计前期要深入开展地质加深工作，查明可能经过区域的工程地质条件、水文地质条件和各种不良地质，为选线及工程处理措施提供翔实的技术基础资料；其次，在设计中应遵循“先绕避、短通过、抬高程、傍河边、靠既隧、人字坡”的选线原则，绕避溶洞、暗河、采空区等严重不良地质。若不能绕避，应尽量减少通过的长度，采取可靠的工程处理措施，以确保隧道施工和运营的安全。