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摘要：山区铁路选线经历了从地形选线到地质选线，再到防灾减灾综合选线的发展过程。近年来，随着勘察设计手段的提高和高墩大跨桥梁、长大隧道的施工建造能力的增强，铁路选线受工程本身的制约因素减少，选线灵活性增大。由于前期选线工作的优劣对项目的建设投资、施工和运营安全、环境影响及社会经济效益起决定作用，故对选线精细化的要求越来越高。本文以郑万高铁香树湾隧道的选线作为案例，讲述在复杂艰险山区，尤其是岩溶发育地区通过工程地质三维空间选线法的灵活应用，合理优化线路平纵断面，达到降低工程风险的目的。

关键词：高速铁路 岩溶地区 选线设计

1前言

郑万高铁位于豫、鄂、渝三省市境内，是国家《中长期铁路网规划》中区际干线铁路京-郑-渝-昆大通道的重要组成部分。该项目在湖北境内经保康县后进入大巴山山脉南麓，随后经兴山县沿长江而上直至万州。该段奇峰异岭、层峦叠嶂、山高谷深、由于地形起伏大，环境敏感区多，地层岩性和地质构造复杂，因此对铁路选线提出了严格要求。其中，地质问题中最突出的为岩溶及岩溶水，其分布范围广泛，部分地段强烈发育。由于以往岩溶地段隧道施工中遭遇突水、突泥事件时有发生，不仅威胁施工安全，而且造成地表水漏失、地面塌陷等不可逆转的环境问题，进而发展成为社会问题，影响大，关注度高。本文以郑万高铁香树湾隧道选线工作作为案例，简单介绍三维地质空间选线法在岩溶发育地区的应用。

2香树湾隧道选线研究过程

香树湾隧道位于鄂、渝交界三溪乡前后，隧道长12475m，工程地质特征为：地质测区属剥蚀中低山地貌，地层单斜，发育三溪河断裂，断裂两翼地层伴生较多次级褶皱。地层岩性为三叠系中统巴东组二段（T2b2）泥岩夹砂岩、页岩与三段（T2b3）泥质灰岩夹灰岩，下统嘉陵江组三段（T1j3）泥灰岩、灰岩、白云岩。其中，嘉陵江组三段的岩溶和岩溶水发育程度高。

可研阶段选线工作：除岩溶外，该段控制线路方案的因素还有滑坡、岩堆及断裂带等不良地质。结合工程地质条件，在橡树湾隧道前后统筹研究了多处局部线路方案。该时期研究了三溪乡北线隧道通过方案、三溪乡中线桥梁通过方案和三溪乡南线长隧方案。考虑南线、中线方案与断层靠近，岩层破碎，工程处理难度大，推荐采用远离断层、工程地质条件较好的北线方案。

初设阶段纵断面优化：该隧道经评审后被定义为I级风险隧道，随着地质工作的加深，推断香树湾隧道经过岩溶段落较长，为使线路走在非可溶岩（T2b2）地层的段落更长，同时降低可溶岩段隧道承受的水压高度，进一步研究了抬高坡度的方案，如下图所示。

本阶段经过纵断面优化，香树湾隧道出口采用30‰的最大纵坡后，隧道在可溶岩段的线路最大抬高81m，香树湾隧道经可溶岩段落长度减少约1835米，其中位于水平径流带内长度减少1640m，岩溶风险得到降低。

初设鉴修阶段精细化调线：随着地勘工作的加深，勘察设计人员对该段地层岩性的界面有了进一步的认识。隧道所经空间上下岩层为灰岩，中间地层岩性为泥岩夹砂岩。由于此处地层为单斜，故线路平行移动，即可走行在不同岩层中。设计中，将线位平移调至T2b2地层，理论上可将线路全部置于非可溶岩中，故进一步研究了香树湾隧道偏离白鹅坪背斜的局部改线的D2K方案。

随后通过现场钻孔验证，与设计推演的理论情况几乎相同。该阶段香树湾隧道通过岩溶水平径流带内长度及分布情况如下表所示。

3岩溶段优化前后对比

通过对比可知，优化前，隧道洞身段主要穿越沉积碎屑岩组和沉积碳酸盐岩组两套地层;沉积碳酸盐岩组（即可溶岩地层）长度约7.66km，岩溶地层为嘉陵江组（T1j）及巴东组一段（T1b1），岩溶发育程度属于中等～强烈发育;岩溶、岩溶水问题突出，施工风险极高。

将该隧道通过第一阶段平面选线、第二阶段纵断面抬坡，第三阶段平面再优化三个步骤将该岩溶隧道位于水平径流带段落全部消除。即通过线路平、纵断面位置优化，使得隧道在合理标高位置完全进入沉积碎屑岩组，让隧道在岩性单一，地质条件相对简单的砂、泥岩地层通过。优化后，完全消除了沉积碳酸盐岩组地层，极大地降低了施工风险。

由此可见，香树湾隧道选线是一个“见缝插针”的过程，通过上述几轮优化，即在线路平行于构造地段，通过合理确定线路平面位置、纵断面设计高程，在三维地质横断面立体空间内将隧道置于单斜岩层的非可溶岩内。

4结束语

香树湾隧道已于2020年12月顺利贯通，隧道开挖揭示地层岩性与设计基本吻合，施工过程中未出现岩溶地区常见的突水、突泥事故。前期选线研究过程中，勘察设计人员始终贯彻“地质选线”和“从风险源上降低风险”的“减灾选线”理念，开展了大量的区域测绘及地勘工作，通过查明岩溶分布范围、地表及地下岩溶形态、岩溶与非可溶岩的接触位置、地下水的性质、流向，构建了三维工程地质模型，再据此优化铁路工程的空间位置，如本案例中，在单斜地层范围通过三维地质空间选线法对线路平、纵断面微调，使其全部走行于非可溶岩段落。设计单位在前期工作中针对该隧道及前后其他相邻类似隧道，还开展了《岩溶富水区加深地质及专题地质研究报告》、《岩溶地区水文地质研究及线路方案选择专题研究》等工程地质专题研究，用以指导铁路选线，保证了线路方案及主要工程措施的安全、可靠和可行，最大限度降低了工程风险。

参考文献

[1][1]王子江， 蒋良文， 王茂靖，等. 复杂岩溶区高速铁路减灾选线理论研究[J]. 铁道工程学报， 2018， 35（4）：5.

[2]张毅， 王青川， & 刘华超. （2018）. 郑万高铁香树湾隧道工程地质岩组选线研究. 工程建设与设计（18）， 4.