1、宝天铁路增建第二线 55 次跨渭河地质原因浅析2002 年 3 月铁道工程第 1 期(总 73)JOURNAlOFRAILWAYENGINEERINGSOCIETYMarch2002NO.1(Ser.73)文章编号:1006-2106(2002)O1 006605宝天铁路增建第二线 55 次跨渭河地质原因浅析车晓明.(铁道第一勘察设计院,兰州 730000)提要:宝天铁路是严重的病害铁路.沿线复杂,恶劣的地形 ,地质条件.是既有线病害频发的主要因素? 同时也是增建二线选线的两大控制因素.宝天二线 55 次跨越渭河是充分利用有利的地质条件的需要.在分析沿线地质条件和吸收历史经验教训的基础上.本文
2、通过选线实例.阐述这一观点.关键词:宝天铁路;增建第二线;跨越渭河;地质选线中图分类号:U2l2.22 文献标识码:Al 宝天铁路建设的历史回顾,现状山系北靠六盘宝天铁路全长 150.4km.线路近东西方向依山傍该铁路初建于 1939 年1945 年,由于当时的政图 l 宝天铁路沿线主要不良地质区分布示意图局,经济和技术条件等原因.选线时没有考虑地质问题,没有很好地利用两岸有利的地形,地质条件.仅片面的为了减少工程量和缩减投资费用,多采取深路堑,高路堤,短隧道,小桥涵等工程,把线路限定在渭河北岸.许多路段走行在区域性断裂带以及不良地质区,加之不合适的工程措施和施工,又人为地恶化或破坏了山体的原
3、始平衡,诱发了古滑坡的复活,触发新的山体变形与破坏.不仅给工程建设带来许多麻烦,而且将沿线的地质条件进一步恶化.解放前该铁路长期处于瘫痪状态.建国后,滑坡,泥石流等不良地质破坏线路,摧毁桥隧,危害站场,站房,甚至造成人员伤亡的事故也收稿 f期 2001ll2j 乍晓 J 工程师男 l968 年 m 生频繁发生.为了保证铁路的畅通和安全,治理病害和防止地质灾害的发生,自 5O 年代始进行了数次大的病害整治,其中,较大的改线有葡萄园车站西,桑家门,拓石车站东,河马 VI,固川 I,柿树林等多处 ,累计改线长约22km,占原线总长的 14,前三处为跨渭河改线,共8 次跨越渭河主流.经过数次大的改造,
4、宝天线病害虽仍未根除,但线路技术状况已有了很大改善,基本保证了正常运营.据航片判释和现场调查,既有线附近有滑坡,错落61 处,崩塌 94 处,泥石流沟 1O4 条,其中规模和影响较大的滑坡,错落有 37 处.崩塌 2O 处.泥石流沟 39第 1 期车晓明:宝天铁路增建第二线 55 次跨渭河地质原因浅析条,大型滑坡,错落和泥石流主要分布在区域性断裂带及其影响带内,还有胡店,柿树林一带片岩顺层山坡地段.其分布参见图 1.2 对宝天线主要地质条件的基本认识2.1 区域性大断裂带给宝天铁路拓石至伯阳段带来的一系列地质问题宝天铁路位于秦岭一昆仑纬向构造带北亚带,祁吕贺山字型构造前弧西翼和六盘山帚状构造西
5、侧三大构造体系的复合部.构造十分复杂.断裂发育.渭河大断裂在拓石伯阳段基本沿渭河发育(参见图 1),是控制渭河两岸地质条件的重要因素.也是众多地质问题产生的根本原因.渭河大断裂全长大于 100km.断层破碎带宽度由东向西逐渐增大.在拓石,葡萄园一带为 11.3km,元龙以西为 3.54km;破碎带物质组成主要为碎裂岩,断层泥砾.该断裂切割了古生代变质岩,燕山期,海西期花岗岩以及中生代和新生代的沉积岩.显示出古老和多期活动性.在秦岭山区,常有北西西向和北东东向分支断层与之交汇,组成“入“ 字型构造形式.其间断层破碎带很宽.凤阁岭建河断层便是其中之一.凤阁岭建河断层为逆断层,断层破碎带宽约350m
6、500m 由碎裂岩和断层泥,砾组成.该断层在建河附近与渭河大断裂交汇.渭河大断裂带内构造裂隙水比较丰富.具不均匀分布的特点.在葡萄园车站西病害治理地质勘察时.曾在断裂带中开挖一个长 470m 的探洞.水量最大处为进洞 180n1 附近.达 2030n1./d,10 天后逐渐减小.为219n1/d.表现为脉状水或囊状水的特点.宝天铁路修建于断层带内的隧道在施工时深受其害.而且在建成之后渗漏水情况仍比较严重.区域性大断裂带上所存在的地质问题主要表现在以下三个方面2.1.1 工程地质条件极差断层破碎带内原岩受到多期构造运动的影响.被多向切割.强烈挤压与破坏.多种结构面发育,岩体十分破碎.地下水比较丰
7、富,工程地质条件极差.严重制约着工程活动.尤其是对隧道工程不利.在这方面宝天铁路建设史上有许多深刻的教训.同时也取得了丰富的经验.拓石车站以东 3km 宝天线位于渭河大断裂及其次一级断层的交汇部,线路多以隧道通过断层带,其中 105 号隧道 1944 年线路曾企图以路堑通过,后因不断坍塌.192 年只好内移线路改以全长 827m 的隧道通过.该隧道施工时塌方严重,峻工时拱部及边墙出现多处裂纹.之后.洞内裂纹不断产生,发展.最多达80 多条.最长达几十米.宽 30mm.拱圈向河侧错移.最大错距 30mm,拱顶及右边墙常年渗水;106 号隧道施工时曾发生高达 30m 余的坍方.耗时近半年才予抢通,
8、通车后隧道拱部,边墙渗漏水严重.裂纹有 29 处122m 长,同时线路翻浆较严重.萄萄园车站西由于K113,K115 病害严重,为了研究改线绕行长隧道方案的可行性,曾以开挖探洞来查明洞体的工程地质条件,但开挖 470n1 长,岩性仍多为断层泥,砾,未见完整岩层,而且探洞坍方不断,变形和涌水严重.最终确认长隧道方案难以成立.诸如此类的实例还有多处,这里不再一一例举.通过宝天线断层破碎带内隧道工程多年来出现的种种地质病害总结出一条结论性意见:在渭河大断裂及其较大分支断层带内修建隧道不仅施工难度大.易引发如坍方,涌水等严重地质病害,而且会遗留下较大地质隐患,在该断层破碎带内不宜修建隧道.2.1.2
9、山坡变形现象发育断裂构造和岩性为山坡变形,失稳提供了地质基础,主要表现在以下三个方面:(1)断层破碎带岩体结构松散.为地表水的下渗,地下水的补给创造了条件.从而不但使岩体的重量增加,而且在透水性相对较差的层位形成过湿带或地下水活跃带或风化作用相对明显带;(2)断层泥 ,碎裂片岩 (特别是云母片岩,绿泥片岩)的风化物质均为典型的易滑物质;(3)各种不利的结构面包括古滑动面(带) 也易成为新的滑动面.只要有适当的诱因.如降水,渭河冲刷等因素.以上各个方面或综合因素均可导致山坡的变形,失稳在拓石至伯阳段.据调查有大型滑坡二,三十处,而且多为成群分布.如凤阁岭滑坡群(8 个滑坡),葡萄园滑坡群(7 个
10、滑坡),渭滩东和渭滩西滑坡群(9 个滑坡)等.就诱因而言.特别值得一提的是宝天铁路修建初期在渭河大断裂带人为不合理的边坡开挖,继河水冲刷之后转化为滑坡或引起古滑坡复活的教训,这是必须牢记的.因此.在渭河大断裂及其较大分支断层带内不得随意开挖山坡成了增建第二线的一个选线原则.2.1.3 泥石流问题突出区域性断裂带内岩体十分破碎.滑坡,崩塌等不良地质发育.为泥石流的形成提供了丰富的松散固体物质来源.是泥石流问题突出的区域地质条件.在拓石伯阳段.渭河的支沟多为泥石流沟,是宝天线除山坡变形之外的又一大地质问题.元龙泥石流,历史悠久,灾害发生频率高,平均每隔 24 年要强烈爆发一次.每年都有流泥,流石现
11、象发生,年均淤积速度约为 20cm/年.据统计,自 1949 年至 l980 年,元龙四大泥石铁道工程流沟共发生泥石流灾害 3 次.其中在 1949 年曾淹没了元龙车站.1950 年曾造成中断行车达一个月之久.四大泥石流主沟长 58km.沟内不良地质超过 200处,流域内坍方面积率为 5.214.5.流域单位面积固体物质储量为 631015410m/km.2.2 胡店,柿树林一带顺层滑坡病害严重变质岩建造中通常具有软硬相间的岩石组合.如各类片岩中夹岩质相对较软的云母片岩,绿泥片岩或片麻岩夹片岩等组合.具体表现为一系列近于平行的软弱层(或带)与完整性较好的岩体相间存在.其中.软质岩石往往是风化作
12、用和地下水作用的活跃带.易被软化,泥化;同时也成为空隙水压力作用明显部位.软质岩因此而成为“易滑地层 “.成为山坡变形与失稳的地质基础.当“易滑地层“ 的产状倾向自由临空面时 .就具备了顺层滑动的前提条件.宝天线在胡店柿树林一带就存在着这种地质和地形条件.在胡店附近基岩为震旦系角闪片岩夹云母片岩,石英岩,硅质大理岩等.云母片岩呈页片状,岩质软.层厚一股不足 1m.在渭河北岸形成顺层滑坡.见图 2.图 2 胡店 l 号滑坡主轴地质断面示意图图 3 葡萄园西改线及增建二线示意图胡店不良地质区对既有线影响较大.特别是胡店1 号错落与滑坡(如图 2 所示)对既有线的威胁最大.宝天线在其前缘以挖方通过,
13、边坡在 40m 以上,导致此处的古错落体出现多处严重变形,并在其内产生一个范围约为 200m,i00Ill 的巨型厚层堆积层滑坡.自 1959 年起在山坡表面出现多条裂缝.其中在东山,颜吧下东有两条水平拉张裂缝延伸几十米至上百米,宽约 0.2n1.且有明显下错现象.1981 年 8 月该段山坡溜坍严重,曾漫进轨道,砸倒工区房屋.护坡外鼓变形自 1964 年至今断续发生.1981 年 8 月在高出路肩面 12n1 处产生断断续续的水平裂缝,总长达 200n1,个别地段裂缝中有地下水渗出.据 1985 年 7 月 8 日至1989 年 5 月 16 日西安分局的观测资料.在 1 号滑坡区护坡中段外
14、移 2545mm,东西两侧相对较小.一般为 lO15mm,该段山坡目前处于极限平衡状态.2.3 路堤滑坡宝天线的高边坡严重破坏了沿线的山体平衡状态,给工程建设带来了一系列地质问题.同样高填方也存在许多地质病害,其中路堤滑坡就是一个比较严重的地质问题,如渭滩东路堤滑坡.2.4 渭河河流性质及巨厚冲积层渭河是黄河的一大支流,在天水市的社棠镇至宝鸡市的林家村段.渭河河道蜿蜒曲折.多呈“S“ 形.是着名的峡谷区,弯曲系数高达 1.8.渭河河床冲积层以圆砾土.卵石土为主.在渭河大断裂和风阁岭一建河断层通过区冲积层厚度多在 40m 之上巨厚的冲积层为跨越渭河的桥梁工程提供了较好的地基条件.特别是建河至伯阳
15、段.渭河两岸均处于渭河大断裂带.线路不碰破碎的山坡.而以长桥走行在河谷之中.不但充分利用渭河巨厚冲积层的有利条件.而且避开了南北两岸断层带的不利地质条件.葡萄园车站前后两段改线便是成功的实例.值得借鉴.图 3为葡萄园车站西改线情况示意图,因车站西 Kll5,Kn3 滑坡等病害严重.原线路于 1984 年改线.改建采用的长桥方案.基本上走行于渭河河谷.在底川 I,码头两处设两座渭河特大桥.从而避免了破坏山体和可能诱发的一系列地质问题.保证了工程安全,行车畅通.3 宝天线增建第二线多次跨越渭河是充分利用有利地质条件的需要宝天线增建第二线长度为 146km.为绕避严重不良地质区.选择地形,地质条件有
16、利和工程较小以及行车干扰较少的线路方案.共计 55 次跨越渭河主流.其中 60 以上是由于地质原因而引起的.由于篇幅所限,本文不一一加以论述.现选择其中的四段重点介绍如下:3.1 东口一胡店四跨渭河段本段既有线通过渭河北岸变质岩顺层地区.不良第 1 期车晓职:宝天铁路增建第二线 55 次跨渭河地质原因浅析 69地质发育.特别是胡店车站附近不良地质问题突出.有1,2,3,4 四处滑坡,错落区和三条泥石流沟(参见图4).1 号不良地质区处于蠕动变形阶段,对既有线形成严重隐患;2 号错落与滑坡范围约为 250n1300m,滑坡前缘已建有 7 根抗滑桩和一段挡墙,目前滑坡与错落基本稳定,但表层土体仍经
17、常发生溜坍;3 号,4 号为古错落.三条泥石流沟即胡店沟,小天明沟,地凡沟.胡店沟泥石流最为严重,该沟沟短坡陡,沟内不良地质发育,松散固体物质丰富,与元龙泥石流同为宝天线有名的泥石流病害.目前沟内四道拦石坝已冲毁,315.8m 桥下淤积严重.鉴于(1)胡店 1 号错落,滑坡区所在山体处于极限平衡状态.而且有向不稳定状态演化的地质基础和环境因素,对既有线威胁很大,并且整治困难,费用较大;(2) 胡店沟泥石流严重 .长期影响行车安全,其它泥石流病害对既有线也有不同程度的影响;(3)胡店 2 号不良地质区的边坡也有局部开裂 ;(4)渭河南岸片岩产状倾向山内,工程地质条件较好等原因,既有线宜改线走渭河
18、南岸,增建第二线应从东口西跨渭河与既有线双绕通过胡店不良地质区.图 4 胡店不良地质区增建二线跨河双绕方案示意图1 滑坡;2.错落;3.错落;4.溜坍;5 泥石流;6.既有;增建一线图 5 拓石东增建二线地质选线示意图3.2 石家滩一拓石三跨渭河段渭河大断裂与其次一级断层一四郎神断层(f.)在拓石站以东摇花沟附近交汇,如图 5 所示.受其影响宝天 105 号,106 号隧道病害严重,危及行车安全.线路已于 1997 年改线绕避了 105 号隧道山体变形区.增建第二线做了南北两个方案.北岸方案为隧道群,以隧道通过断层交汇区,工程地质条件很差,将会对施工和运营带来较大危害.南岸方案三跨渭河,避开了
19、断层交汇区及不良地质区,虽然要通过 f,f 两条断层,但因其上的渭河有厚约 45m 的冲积层,故对桥基影响甚微 .两方案地质条件相比较,显然跨渭河的方案较优.3.3 建河一葡萄园四跨渭河段本段既有线位于渭河大断裂带内,渭河两岸地质条件均比较差,北岸的大型不良地质有 K1352 滑坡 ,黄龙滑坡群等,如图 6 所示.线路原来在黄龙顺河弯曲,病害严重曾多次中断行车.1984 年改走桑家门,以长桥两跨渭河不但绕避了黄龙滑坡群,而且改善了线形.K1352 滑坡由两个并连的巨型破碎岩层滑坡组成,既有线以明洞,小桥,路堑形式通过滑坡体的中,下部,滑坡对既有工程威胁很大,1991 年仍在整治之中.增建第二线
20、选线中汲取了桑家门改线之教训和经验,为绕避 K1352 滑坡,线路两跨渭河在水关设特大桥 ,走老葡萄村北侧,在桑家门与既有线并行两跨渭河葡萄园车站(如图 6CK 方案).彻底绕避了病害.葡图 6 桑家门改线及增建二线方案示意图3.4 渭滩东两跨渭河段本段既有线受渭河大断裂带的影响.在 K1370+O00K1371+200 段分布有五个滑坡,为渭滩东滑坡群(见图 7).1 号滑坡范围为 220m140m,厚约 27n1,滑体由黄土和碎石,块石土组成,1955 年曾中断行车,处理后一直稳定.2 号滑坡为中型厚层黄土滑坡,目前也处于稳定状态.3 号滑坡范围为 186n1220n1,厚约 15n1,因
21、人为切坡使古滑坡复活.目前处于蠕动变形阶段.4 号滑坡为路堤滑坡.5 号滑坡为巨型巨厚层古滑坡.1991 年有局部活动.曾引起线路边坡变形.70 铁道工程 2002 年 1 月鉴于 1 号,2 号,4 号,5 号滑坡的滑面在路基面以下,线路呈“坐船 “之势,3 号滑坡悬于堑坡之上 ,均对铁路构成隐患,尤其是 3 号,4 号,5 号滑坡稳定性比较差,增建第二线并肩方案不能成立.但鉴于既有线整治已花费了大量资金,且也有一定成效,所以增建第二线决定推荐绕避滑坡群,基本位于河谷中的单绕方案.图 7 渭滩东滑坡群二线方案比选示意图4 对宝天段增建第二线地质选线的几点体会和认识4.1 宝天铁路建设史上出现的许多重大地质问题应该深刻记取,在系统全面地分析和总结之后,应加以合理利用,指导增建第二线方案的选择,并作为解决同类地质问题的参考和借鉴.4.2 在山区沿河发育的区域性大断裂带中进行选线,应充分考虑和利用河床冲积地层的有利条件,尽量避免破坏两岸山体的稳定状态,从而达到保证施工安全和运营畅通的目的.4.3 应充分发挥既有整治工程的投资效用,对既有线
