王亮涛
中铁第五勘察设计院集团有限公司 北京 102600
摘要：山区铁路工程容易受到山体滑坡、岩溶与岩溶涌水突泥、泥石流、瓦斯超标、采空区及塌陷等灾害影响，通过科学的前期勘察设计来采取针对性的灾害防治措施是降低工程施工风险，保障施工作业安全的基础。文章以赣龙铁路闽赣交界位置的扩能改造项目为例，分析了针对山区铁路工程可能发生的地质灾害的勘察设计，以便后期制定科学的防治措施。
关键词：铁道工程；工程地质灾害；勘察设计
1 引言
随着经济的发展，我国交通运输线越来越完善，铁路运输系统的建设也得到较快发展。截止到2020年8月，我国铁路总里程超过14万公里（包含高铁里程3.6万公里），位列世界第一，计划到2035年，我国铁路系统总里程将达到20万公里。作为重要的交通系统，铁路网的建设与运行直接关系搭配国家的经济发展，对人们的生产生活影响巨大。铁路交通运输因其安全性好、受气候环境影响小、准点率高、运输能力强、能耗水平低等特点，成为当前主流的交通运输模式。但是，山区铁路运行环境较为恶劣，易遭受多种地质灾害影响，因而必须强化前期的勘察设计工作，选择最优的施工线路，制定科学的施工方案，采取合理的灾害防治措施，保障山区铁路工程的建设与运行。
2 典型山区铁路工程概述
赣龙铁路扩能改造工程横穿武夷山脉，沿线地质结构复杂，属于国内具有代表性的山区铁路工程项目。该扩能改造工程沿线存在白垩系地层、侏罗系地层、石炭系及二叠系灰岩地层、寒武系、前寒武系地层及震旦系地层等地质分布，此外，沿线部分区段还存在煤层与锰矿采空区，因此该铁路工程施工难度极大，施工过程中以及铁路投入运营后都面临巨大的地质灾害风险。工程地面标高跨越50m～1200m的大范围，改造线路共计250km，其中126km线路为穿山隧道，另外还有总长约70km的桥梁，该铁路项目桥梁工程加上隧道隧道工程总长接近200km。受沿线恶劣地质构造的影响，工程风险极大，因而必须通过科学合理的勘察设计，通过采用测绘、物探、瓦斯专项测试等手段，结合超前地质预报设计等，消除地质灾害的影响。
3 地质灾害的勘察设计分析
3.1 煤层瓦斯隧道的勘察分析
通常情况下，若铁路沿线存在煤层或矿物采空区，会尽量采取绕行的方案，但经地质分析，发现沿线煤层分布长度预计超过10km，若选择该区域线路改线的方案会造成区域铁路走向与总体走向不同，进而造成巨大的成本增加。
为了探明该段铁路的煤层采空区具体情况，工程人员进行了测绘分析，并在铁路沿线设置了三条纵向和横向的物探测线，每间隔15～30m的位置设置了一个勘探点，通过以上勘探发现只有一个钻孔在159.4～155.3m处标高位置显示有采空巷道分布，因此可判定该段工程中只有部分地区存在小规模煤层采空区。同时，为了掌握隧道瓦斯情况，技术人员在隧道及其周边煤矿进行了深入的瓦斯检测并查阅了以往的勘探资料，分析了铁路沿线临近露天煤矸石矿采样进行对比分析，还检测了前期地质勘探过程中钻孔中的瓦斯压力、瓦斯现场解吸速度等。经过实地勘察发现沿线隧道附近10公里范围均没有处于生产状态的煤矿，通过对各煤层隧道进行钻孔取样，得到12个煤芯瓦斯样本，经过相关测试分析发现样本中瓦斯含量最大值是0.3cm3/g·r，因此判定自然状态下煤层相对瓦斯含量低于0.3m3/t，判定该区域为三级瓦斯地段。计算发现隧道绝对瓦斯涌出量在0.04～0.334m3/min的范围内，结合隧道路肩设计标高在+150-+152m的情况，得到煤层埋深约为7.8m-95.8m，埋深较浅，无瓦斯突出风险。
通过勘察设计，认为采取适当的通风措施并结合超前预报分析，可以防止隧道施工过程中出现瓦斯导致的地质灾害。
3.2 岩溶区域勘察设计分析
该工程中西江至瑞金溶蚀低山谷地中存在大量的岩溶发育地质，以溶沟、溶槽、溶隙、石芽等形式出现。同时，由于人们生活需要以及工矿生产需要，地下水被大量抽取，导致岩溶地区铁路工程受岩溶病害影响增大。铁路路基在地表，因此对于施工过程中出现的问题处理起来相对容易，针对性、安全性以及经济性也更好，且岩溶病害明处理相对暗处理要容易操作。针对可能发生的溶蚀洼地、突水突泥等灾害，在岩溶区域进行了线路平面、纵断面的调整，同时通过路基方案的优化，沿线采用长度小于400m的隧道，可有效降低岩溶区域发生地质灾害的可能。
3.3 隧道超前地质预报设计
隧道超前地质预报指的是通过钻孔结合其它现代物探技术手段，在隧道施工前对拟定隧道工程沿线的地质情况进行勘测，以便掌握铁路工程沿线岩土结构、地下水文情况以及瓦斯等情况，为制定合理的工程施工方案奠定基础，是控制工程造价、避免盲目施工、提高工程安全性以及降低地质灾害影响的重要手段。具体来说，超前地质预报能够基本探明施工面前方瓦斯、塌方等施工风险源的位置与规模等，还能弄清工程沿线未施工路段的水文情况。例如，在赣龙改造工程中，通过分析各个隧道的地质结构以及可能存在的地质灾害，在隧道工程施工前应用了地质调查、地质勘测、物探结合钻探以及地面勘测结合地下勘测等勘测手段作为超前地质预报方案，帮助施工技术人员基本掌握了隧道区域的地质情况，并制定了相应的施工方案。此外，对于地质构造特别复杂，存在极高施工风险的区域，需要绘制超前地质预报设计图，以便提高其应用效果。
3.4 花岗岩地质路基边坡防护分析
花岗岩地质是铁路工程中的常见地质结构，由实践经验发现，花岗岩地质常伴有一定程度的水土流失情况。原赣龙铁路中使用了香根草与骨架护坡等方式进行路基边坡的防护，但后来发现使用香根草防护措施的路段出现了浅层溜坍问题，使用骨架护坡的区域出现了一定程度的水土流失问题。为了提高赣龙线改造工程的路基边坡防护效果，工程人员对其它公路、铁路的边坡防护进行了分析并对比了不同防护方式在使用一段时间后的效果，最终决定在该改造工程中使用骨架结合椰纤维网的路基边坡防护方案，以应对花岗岩地质区域边坡易出现的水土流失问题。
相较于其它形式的边坡防护措施，椰纤维网边坡防护体现出了以下几个方面的优越性：
（1）椰纤维网具有较好的柔韧性，适用于不规则的边坡防护，无需进行大量的边坡修整工作；
（2）椰纤维网能够保存水分，能够降低边坡区域的水分蒸发水平，有利于在少雨期维持边坡植物的生存；
（3）椰纤维网具有极好的抗雨水冲刷能力，因而能够起到保持水土，降低水土流失的作用；
（4）使用椰纤维网用于边坡防护能够起到保温的效果，有利于冬季气温较低时植物的生长，且椰纤维网能够在自然条件下分解为有机肥，为植物提供肥力；
（5）椰纤维网边坡防护施工周期短，且无需大量的资金投入，也无需投入过多精力进行维护管理。
4结论
综上所述，山区铁路工程因沿线地质构造复杂、存在较多的煤层瓦斯以及岩溶等不利于施工的地质分布，还需要进行大量的隧道施工，面临极大的地质灾害威胁。因此，针对不同的地质构造条件，通过在煤层分布区域进行瓦斯参数勘测；在岩溶地段调整线路纵断面，尽可能使用短隧道的方案。同时，做好隧道超前地质预报工作并借鉴以往工程项目的施工经验，全面降低山区铁路工程沿线发生地质灾害的风险。
参考文献：
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[2]魏永幸,岳志勤,李光辉.复杂艰险山区地质灾害识别与铁路减灾选线[J].高速铁路技术,2019,10(03):1-5+24.