單留毅

(中鐵第一勘察設(shè)計院集團(tuán)有限公司, 陜西西安 710043)

寶(雞)蘭(州)客運專線位于所規(guī)劃徐州至蘭州客運專線的西段,屬于國家鐵路“四縱四橫”客運專線網(wǎng)的重要組成部分。將與鄭(州)寶(雞)客運專線、蘭(州)新(疆)第二雙線，共同構(gòu)筑高標(biāo)準(zhǔn)、大能力運輸通道,構(gòu)成西北與東、中部地區(qū)大動脈,并實現(xiàn)區(qū)域內(nèi)客貨分線運輸,徹底解決西北地區(qū)陸橋通道運輸能力問題。寶(雞)蘭(州)客運專線由陜西省寶雞南站引出,途經(jīng)甘肅省天水市、秦安縣、通渭縣、定西市、榆中縣后進(jìn)入蘭州盆地至終點蘭州市,并接入蘭州樞紐。

天水至定西段為天禮盆地低山丘陵區(qū)及黃土高原溝壑、梁峁區(qū)。地形地貌復(fù)雜,地層、巖性多變,斷裂構(gòu)造較發(fā)育,且處于高地震烈度區(qū)?；?、崩塌、泥石流等不良地質(zhì)極為發(fā)育,嚴(yán)重制約線路方案的比選工作。

1 自然地理概況

本段屬天禮盆地中渭河及其支流藉河、葫蘆河寬谷區(qū),河谷寬闊,地形較為平緩;黃土梁峁區(qū)溝壑縱橫,地形起伏較大。

區(qū)內(nèi)氣候以渭河與黃河分水嶺為界分為兩區(qū)：分水嶺以東屬暖溫帶半濕潤大陸性氣候,以西屬中溫帶半干旱大陸型氣候。具有由東向西氣溫降低，雨量減少,四季分明,春秋溫潤,夏秋多雨,冬季干燥。

2 工程地質(zhì)條件

2.1 地層巖性

溝谷階地表層多為第四系全新統(tǒng)沖洪積黏性土、砂類土、碎石類土。梁峁區(qū)表層為第四系上更新統(tǒng)風(fēng)積黃土,多具自重濕陷性，下伏第三系泥巖夾砂巖；在河谷岸坡、山坡及沖溝內(nèi)局部可見二疊系砂巖,寒武系片麻巖,震旦系片巖、片麻巖,下元古界片麻巖，華力西期花崗巖、花崗閃長巖出露。

2.2 地質(zhì)構(gòu)造

本段沿線自東向西先后經(jīng)過第三紀(jì)天禮盆地和隴西系褶斷帶兩個不同等級的構(gòu)造單元,地質(zhì)構(gòu)造相對簡單。

天水南站至秦安在區(qū)域構(gòu)造上地處祁呂弧形褶帶和隴西系旋卷構(gòu)造的復(fù)合部位,具體位于天(水)禮(縣)盆地的北部,構(gòu)造較為發(fā)育。晚第三紀(jì)以來,區(qū)內(nèi)新構(gòu)造運動較為活躍,表現(xiàn)為地震活動頻繁、河谷兩岸高階地發(fā)育、現(xiàn)代河流侵蝕、下切明顯,高差達(dá)30～100 m。沿藉河、渭河流域，發(fā)育走向近東西、北西的構(gòu)造運動,線路穿越多條斷層。

秦安至定西一帶位于隴西系內(nèi)旋褶帶中,構(gòu)造相對簡單。晚第三紀(jì)以來,區(qū)內(nèi)新構(gòu)造運動較為活躍,表現(xiàn)為河谷階地上升顯著,現(xiàn)代河流侵蝕、下切明顯,高差達(dá)150～200 m。

綜上所述,受區(qū)域構(gòu)造的控制,天禮盆地地震發(fā)生頻率較大,斷層多隱伏于第四系地層之下,線路多與斷裂帶大角度相交通過,局部與斷裂帶小角度通過。黃土高原梁峁溝壑區(qū)距活動斷層較遠(yuǎn),且黃土覆蓋厚度大,一般對線路工程無直接影響。

2.3 水文地質(zhì)

線路通過的地區(qū)屬于渭河、黃河水系，平時水量不大,雨季洪水爆漲。支流枯水期基本無水,汛期河水流量蒙增,常誘發(fā)不同程度的地質(zhì)災(zāi)害,且汛期河水含砂量較大,具有一定的破壞性。

地下水類型主要為第四系松散層孔隙潛水及基巖孔隙裂隙水,其補(bǔ)給來源主要為大氣降水、河水、人工灌溉地表水體垂直入滲。由于所處的地貌單元及含水介質(zhì)不同,地下水的水文地質(zhì)條件也各不相同，地下水多具侵蝕性。

3 沿線不良地質(zhì)及特殊巖土

3.1 不良地質(zhì)

寶蘭客運專線天水—定西段走行于黃土梁峁溝壑區(qū),主要不良地質(zhì)現(xiàn)象為滑坡、錯落、溜坍、巖堆及泥石流等。

(1)滑坡

線路主要不良地質(zhì)為滑坡,主要分布在(CK774～CK831)藉河北山至郭嘉鎮(zhèn)、通渭一帶,尤以藉河兩岸、南河川滑坡群及葫蘆河兩岸滑坡群最為密集。據(jù)統(tǒng)計,沿線規(guī)模較大、距線路較近的滑坡210余處?？刂凭€路的主要滑坡按分區(qū)分述如下：

藉河南岸滑坡區(qū)：藉河南岸黃土梁峁區(qū)滑坡發(fā)育,主要有九峪溝滑坡群、董家溝滑坡群、二十里鋪滑坡群、高家灣滑坡群等4處滑坡密集區(qū)域?；屡c線路的關(guān)系如表1。

藉河北山滑坡區(qū)：天水北山南麓東側(cè)從靳家莊開始,向西經(jīng)陽坡里、鄧家莊、肖家莊、孫家坪、縣家上河、閻家河灣、紅旗山至周家山一帶,黃土覆蓋層滑坡和第三系參與的巨型滑坡非常發(fā)育,滑坡軸向長度從北山山脊至藉河岸邊約1.5 km,寬度連綿10 km左右,幾乎無完整山梁可供選線利用,地質(zhì)條件很差。線路CK方案從地質(zhì)條件稍好,滑坡邊界相對較為清晰的縣家上河滑坡群下穿通過(如圖1所示)。

表1 滑坡與線路的關(guān)系

圖1 天水北山縣家上河滑坡群全貌

南河川滑坡區(qū)：本區(qū)滑坡多為黃土沿基巖面形成的大中型和巨型滑坡,滑坡集中區(qū)域主要有麻家坪滑坡群、南河川渭河滑坡群、董家咀滑坡、樊家灣滑坡、劉家莊滑坡、王家灘南側(cè)滑坡、導(dǎo)流山滑坡群、石崖隧道滑坡等。線路CK貫通方案以北山隧道從連續(xù)、穩(wěn)定的山嘴穿出,避開了左右兩側(cè)的大型滑坡,工程地質(zhì)條件相對較好。

葫蘆河左岸滑坡區(qū)：主要有澗溝滑坡群、上龍池滑坡群、廟嘴溝滑坡群、黃家大溝滑坡群、鄭川滑坡群等?；屡c線路的關(guān)系如表2所示。

表2 葫蘆河左岸滑坡區(qū)規(guī)模及對線路影響

雒家川—王家墩滑坡區(qū)：主要有葫蘆河峽谷右岸滑坡群、雒家川—王家墩滑群等?；屡c線路的關(guān)系如表3所示。

葉家堡—郭嘉鎮(zhèn)滑坡區(qū)：本區(qū)滑坡多為黃土沿基巖面形成的大中型和巨型滑坡,滑坡集中區(qū)域主要有祿家河—小西河北岸滑坡群(如圖2)、祿家河南岸滑坡群、郭嘉河北岸滑坡群、背后溝兩岸滑坡群等,各方案均已繞避或以隧道下穿,對工程基本無影響。

表3 雒家川—王家墩滑坡區(qū)規(guī)模及對線路的影響

圖2 祿家河—小西河北岸滑坡群

碧玉鎮(zhèn)牛谷河滑坡區(qū)：本區(qū)滑坡不良地質(zhì)發(fā)育,滑坡類型多為黃土沿基巖面形成的大中型和巨型滑坡,主要有碧玉南滑坡群、冉家石灘滑坡群、馬家磨滑坡群、宋家堡北滑坡群、李家溝南滑坡群等,各方案均已繞避或以隧道下穿,對工程無影響。

新店—馬營鎮(zhèn)滑坡區(qū)：新店—馬營鎮(zhèn)間滑坡多為黃土沿基巖面形成的大中型和巨型滑坡,滑坡集中區(qū)域主要有沙窩滑坡群、油坊川滑坡群等,各方案均已繞避或以隧道下穿,對工程基本無影響。

(2)錯落、溜坍

主要分布在(CK779～CK782)樊河灣至三陽川一帶,山體受構(gòu)造影響嚴(yán)重,片麻巖、片巖巖體較破碎,風(fēng)化嚴(yán)重,山體坡度較大,可達(dá)60°～70°,巖塊沿坡面不斷下落﹑滑塌,而形成錯落、溜坍。線路經(jīng)過處錯落、溜塌發(fā)育規(guī)模數(shù)十至數(shù)百立方米,相對規(guī)模較小,對線路影響不大。

(3)巖堆

由于自然山體破碎和人工采石原因,基巖山體坡前一般發(fā)育巖堆,規(guī)模相對較小,除石崖隧道進(jìn)口巖錐(CK780+750～CK780+775)規(guī)模較大,對線路有一定影響外,其他巖堆對線路基本無影響。

(4)泥石流

天水至通渭藉河、渭河、牛谷河等河谷兩岸黃土溝壑區(qū)大型沖溝均有泥石流分布。泥石流多屬間歇期,以溝谷型稀性泥石流為主,流域內(nèi)形成區(qū)、流通區(qū)和堆積區(qū)均較明顯,溝口有一定規(guī)模的沖洪積扇,但扇區(qū)大多經(jīng)人為改造,多改造為農(nóng)田。泥石流主要松散物質(zhì)來源于溝谷兩側(cè)的滑坡堆積物。線路多以橋梁形式通過中小型泥石流流通區(qū),對工程影響較小,工程通過泥石流溝谷區(qū)時需采取必要的措施進(jìn)行防護(hù)。

3.2 特殊巖土

(1)濕陷性黃土

寶蘭客運專線天水—定西段黃土廣泛分布,一般具有Ⅱ～Ⅳ級自重濕陷性。需選擇灰土擠密樁、碎石擠密樁、強(qiáng)夯及換填土墊層等措施進(jìn)行處理,并加強(qiáng)工程范圍內(nèi)防、排水措施。

(2)膨脹土(巖)

第三系泥巖遇水后易膨脹軟化,失水干縮。該土層經(jīng)取樣檢驗具膨脹性。沿線泥巖廣泛分布,設(shè)計時應(yīng)考慮其工程施工和運營的影響。

4 線路方案及地質(zhì)選線

4.1 方案簡述

沿天巉公路,經(jīng)秦安、通渭至定西CK方案：線路自天水出天水南客站后下穿藉河,穿隧道至三陽川,溯葫蘆河至秦安。秦安出站跨郭嘉河、葫蘆河穿大神仙梁隧道至通渭。線路通渭出站后沿牛谷河以隧道,橋梁經(jīng)新店、錦屏、馬營鎮(zhèn),以短隧道群行至定西市安定區(qū)李家堡，進(jìn)入東河河谷至定西西山腳下設(shè)定西南站。

沿隴海線,經(jīng)甘谷、武山、隴西至定西ⅢCK方案：線路自天水出站后沿藉河南岸山麓北緣行走,自秦城南側(cè)繞行后，沿渭河河谷隴海鐵路的兩側(cè)，經(jīng)甘谷、武山、隴西至定西。

外包天水,經(jīng)通渭IWCK、IWC3K方案：線路自天水出站后自秦城區(qū)南側(cè)繞行,跨渭河經(jīng)甘谷設(shè)站,而后折向西北至通渭,沿CK方案至定西。

4.2 工程地質(zhì)條件評價

從工程地質(zhì)條件分析：CK、ⅢCK方案首先均通過二十里鋪高邊坡與隧道方案,高邊坡段落發(fā)育有兩滑坡,規(guī)模相當(dāng)。

CK方案下穿藉河縣家上河滑坡群,通過王家墩滑坡約為800 m。隧道洞身地層主要為泥巖、片麻巖、花崗巖等。路基主要走行于河谷兩岸二級階地及山前風(fēng)積黃土丘陵區(qū),地勢低平,階地黃土一般具Ⅱ～Ⅳ級自重濕陷性,濕陷性土層厚8～30 m。

ⅢCK方案通過孫家莊滑坡群,通過長度約為300 m,隧道在該處為淺埋(最小埋深30～40 m),地質(zhì)條件較差；沿隴海線ⅢCK方案隧道洞身主要穿行于砂礫巖、變質(zhì)砂巖、花崗巖等地層。路基多位于橋隧連接帶,地表黃土一般具Ⅱ～Ⅳ級自重濕陷性,濕陷性土層厚6～12 m。

IWCK方案在二十里鋪隧道出口通過羅家溝東側(cè)滑坡前緣左側(cè),線路在滑坡體中通過長度約為50 m,地質(zhì)條件較差；避開了水家溝、龍王溝、呂二溝的滑坡群,隧道洞身地層主要為第三系泥巖、礫巖等，線路跨藉河后基本不受不良地質(zhì)影響，隧道洞身主要在泥巖、砂礫巖、變質(zhì)砂巖、花崗巖中。路基工點走行于溝谷兩側(cè)山前丘陵區(qū),地表黃土一般具Ⅲ～Ⅳ級自重濕陷性,濕陷性土層厚15～25 m。

IWC3K方案IWCK方案均在二十里鋪隧道出口通過羅家溝東側(cè)滑坡前緣左側(cè),二者相比,前者在滑坡體中通過長度略長,約為100 m,地質(zhì)條件比后者略差；跨羅家溝后,均避開了了水家溝、龍王溝、呂二溝的滑坡群,地質(zhì)條件相當(dāng)。綜合比較，IWC3K方案略差于IWCK方案。

從工程地質(zhì)條件看,沿天巉公路IWCK、IWC3K方案工程地質(zhì)條件略優(yōu)沿隴海線ⅢCK和外包天水線CK方案,推薦沿天巉公路IWCK方案。

5 結(jié)論

根據(jù)既有隴海鐵路歷年運營現(xiàn)狀及寶蘭二線修建經(jīng)驗,影響線路方案的地質(zhì)因素主要有斷裂構(gòu)造、濕陷性黃土、滑波、泥石流、崩塌等。在地質(zhì)條件復(fù)雜的山區(qū)進(jìn)行選線,需要更多地考慮工程地質(zhì)條件,應(yīng)服從于施工、運營安全的需要,故做好地質(zhì)選線十分重要。天水至定西段地質(zhì)選線,在充分研究且利用既有地質(zhì)資料和適當(dāng)?shù)目睖y、勘探手段的基礎(chǔ)上,進(jìn)行了大面積的工程地質(zhì)調(diào)查工作,通過各方案線路的比選,選定了不良地質(zhì)少、工程地質(zhì)條件相對較好的線路方案。

[1] 鐵道第一勘察設(shè)計院.鐵路工程地質(zhì)手冊(修訂版)[M].北京:中國鐵道出版社,1999

[2] 鐵道第一勘察設(shè)計院.鐵路工程地質(zhì)實例(西北及相鄰地區(qū)分冊)[M].北京:中國鐵道出版社,2002

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[6] GBJ111—87 鐵路工程抗震設(shè)計規(guī)范[S]

[7] TB10038—2001 鐵路工程特殊巖土勘察規(guī)程[S]

[8] TB10038—2001 鐵路工程不良地質(zhì)勘察規(guī)程[S]