深切峡谷桥隧密集区公路工程地质选线案例分析

深切峡谷桥隧密集区公路工程地质选线案例分析

锁沛斯

云南省交通规划设计研究院有限公司 昆明     650200

摘要：深切峡谷其复杂的地质环境条件，加上近年来各类基础工程建设的跟进,在该区域开展工程地质特征研究是十分必要且迫切的。工程地质条件往往是控制路线方案的重要因素，路线选址时必须遵循线位服从地质的原则。有鉴于此，本文以丽江古城至宁蒗高速为例，针对深切峡谷区工程地质选线各工程地质条件进行了特征分区研究，从地形地貌、地层岩性、地质构造、不良地质等方面对路线比选方案进行分析和评价。

关键词：深切峡谷;   公路工程；地质勘察； 地质选线

1. 概况

丽江古城至宁蒗高速公路（以下简称古宁高速）是G7611都匀至香格里拉高速公路与G4216成都至丽江（蓉丽）高速公路的纵向连接线。古宁高速大东至金棉段，受地形、地质条件复杂影响，工程规模艰巨，是本项目最核心、最重要的控制性路段。须设置1座主跨千米级悬索桥及1座14公里的金棉特长隧道。选线工程地质勘察中对该路段地形地貌、地层岩性、地质构造、水文条件等进行综合研究分析，本文着重从控制路线方案的大东金沙江特大桥桥位选址、金棉特长隧道轴线布设等方面对该路段路线方案进行研究评价。

2 路线工程地质条件

路线区地质构造属于川滇菱形块体西南部的滇西北地区，晚新生代构造活动强烈，主要发育一系列北东向和少量近南北向的逆冲断裂，以及与北东向和近南北向逆冲断裂基本平行的一系列褶皱变形构造，它们构成了场区范围内基本的构造格架，区域性断裂为丽江-小金河断裂带和大具-程海断裂带。受场区构造历史上多期的挤压变形作用影像，场区地层变形作用强烈，地层破碎，特别是断层破碎带内、褶皱核部、转折端以及存在层间变形的部位地层变形尤为强力也最为破碎。本项目在工程选线时必须考虑场区逆冲断裂及强烈皱变形及其导致强烈破碎的不良地层对工程的影响、场区内强烈的挤压逆冲及褶皱变形造成的局部地应力集中、区域储水充水构造及地下水径流变化对项目控制性工程的影响是我们不得不着重考虑的问题。

3、大东金沙江特大桥桥位比选

在前项研究成果基础上，对重点开展了了2个桥位的工程地质比选结论如下：

3.1  工可（GK）方案桥位

①地形地貌：构造侵蚀高中山峡谷地貌丽江岸主塔右侧在卸荷裂隙作用下崩塌侵蚀，因此主塔形成一个凸坡。宁蒗岸江面到主塔的下边坡大致在37°-39°左右，主塔基础的上边坡，自然坡面角29°左右。

②地层岩性：二叠系上统峨眉山玄武岩组上段（P2β3）致密状、杏仁状玄武岩、斜斑玄武岩夹凝灰质页岩。

③地质构造：丽江岸：灰岩和玄武岩层面与坡面约30°反倾，玄武岩中潜在软弱夹层凝灰岩反坡向。两面受卸荷裂隙影响，路线于K45与丽江小金河断裂西支小角度相交，桥位受断裂影响较大，隧道锚处于断层破碎带内。宁蒗岸：玄武岩流面与坡面构成顺向坡。

④岸坡稳定：丽江岸索塔位置开挖及加荷作用不利于边坡稳定。

⑤不良地质：丽江岸：桥位区处于丽江~小金河断裂带，隧道锚位于断裂破碎带之内，索塔区顺坡向结构面发育。宁蒗岸：未见明显影响桥位方案的不良地质。

⑥桥址整体工程地质条件：丽江岸：桥址区地形陡峭，桥台位于陡坎边缘，坡面陡峭，多面临空，地震影响效应较大，外倾结构面发育，卸荷裂隙明显，沿江区域古崩塌发育，陡坡区域冲沟及小型崩塌发育，索塔区位于陡崖区域，工程开挖对岸坡稳定不利，需进行稳定性分析。隧道锚处于区域大断裂破碎带之内，岩体破碎，丽江岸工程地质条件复杂。宁蒗岸：玄武岩流面产状300°∠35度，自然坡面倾角大于流面倾角，坡面整体稳定性较好。潜在的工程问题主要有： a、索塔基础需避开顺坡向流面潜在溃屈影响范围，需向坡体内保留一定的安全距离。b、基础开挖后上边坡较高，需加强相应的防护措施。桥位区工程地质条件较差。

3.2 K方案桥位

①地形地貌：构造侵蚀高中山峡谷地貌。丽江岸：山坡中形成陡峭壁，下陡上缓。宁蒗岸：自然坡面38°左右。 在整个便道在切坡和冲沟中。

②地层岩性：二叠系上统峨眉山玄武岩组中段（P2β3）杏仁状、致密状、角砾状玄武岩夹灰岩扁豆体。

③地质构造：丽江岸：坡体玄武岩流面与坡面构成反向坡，反倾坡角35-40°左右。宁蒗岸：玄武岩流面与坡面构成顺向坡。未见其他明显地质构造。

④岸坡稳定：两岸岸坡均稳定。

⑤不良地质：两岸均未见明显影响桥位方案的不良地质。

⑥桥址整体工程地质条件：丽江岸：玄武岩流面产状300°∠40度，桥位下部有一层灰岩对坡面浅层有一个稳固支撑作用，有利于边坡稳定，建议索塔位置放于灰岩地层标高之上。宁蒗岸：玄武岩流面产状300°∠35度，自然坡面倾角大于流面倾角，坡面整体稳定性较好。潜在的工程问题主要有：a、索塔基础需避开顺坡向流面潜在溃屈影响范围，需向坡体内保留一定的安全距离。 b、基础开挖后上边坡较高，需加强相应的防护措施。桥位区工程地质条件相对较好。

4  金棉特长隧道轴线选择

工可阶段金棉特长隧道长14.524公里。初步设计阶段针对该路段“一特大桥、一特长隧道”方案进行了深入研究比选，在确定K线方案桥位的基础上，最终对具有比选价值的K线、D1线及D2线方案隧道轴线进行了比选论证，同时对工可方案隧道轴线存在的问题进行了分析：

4.1 工可(GK)方案隧道轴线

①地形地貌：高山、高中山及山间沟谷地貌，局部岩溶化地貌。隧道最大埋深约1500m。

②地层岩性：石炭系中统黄龙组（C2hl）浅灰色灰岩夹鮞状灰岩，上统马平组（C3mp）灰岩、鮞状灰岩含碎石结核；二叠系下统栖霞组+茅口组（P1q+m）灰色灰岩、浅灰色灰岩。二叠系上统峨眉山玄武岩组（P2β）杏仁状、致密状、角砾状玄武岩；黑泥哨组（P2h）玄武岩、砂岩、页岩、灰岩夹煤；三叠系下统腊美组（T1l）灰、灰紫、灰绿色砂岩夹页岩，底部含砾岩，中统北衙组下段（T2b1）灰、黄灰色灰岩、泥质灰岩、钙质灰岩，下部砂页岩，北衙组下段（T2b2）厚层-巨厚层状的白云质灰岩，松桂组（T3sn）层砂，页岩互层夹厚层砂岩。

③地质构造：工可方案K48-K48＋100隧道穿过子补河（丽江-小金河西支）断裂；K48-K53横穿背斜，背斜核部和转折端处应力集中；K51-K51＋200隧道穿过北东东向的前第四纪逆冲断层破碎带，破碎带对隧道施工影响较大。K53＋500-K53＋700隧道穿过竹山断裂（丽江-小金河东支）；K57-K59，穿过有三叠纪地层构成的玉合河向斜以及玉合河向斜与岔河向斜之间的背斜，褶皱核部和转折端处应力集中。

④不良地质：黑泥哨组（P2h）软岩富水及煤系地层、区域性大断裂、高地应力、向斜核部岩溶地下水、软岩变形。

⑤水文地质：路线穿越数个水文地质单元的补给、径流与排泄区，泉点中等发育，中等角度斜穿向斜储水构造，主要为三叠系上统中窝组、三叠系中统北衙组中段岩溶含水组，富水性中等~强，开挖后存在有较大涌水风险。

隧址区工程地质条件评价：工可方案K48～K48＋100段隧道穿越区域性断裂，断层破碎带对施工较大影响；K48～K53横穿石炭纪灰岩构成的背斜，背斜核部和转折端处应力集中，切隧道埋深较大可能存在岩爆；此外部分薄层-中厚层的地层受褶皱变形影响地层可能较为碎裂，施工过程中支护难度大；K51～K51＋200隧道穿过逆冲断层破碎带，断层富水，破碎带内碎裂地层对隧道施工的影响较大；K52＋500～K54＋300隧道处于黑泥哨组（P2h）这一强烈褶皱变形且碎裂的软弱地层中，施工过程中，碎裂地层导致的坍塌，以及含煤地层中的瓦斯问题。K54-K60隧道与褶皱轴呈45°，穿过有三叠纪地层构成的玉合河向斜以及玉合河向斜与岔河向斜之间的背斜，褶皱核部和转折端处应力集中可能存在岩爆。松桂组（T3sn）软硬岩偶夹煤线，存在一定的软岩变形以及含煤地层瓦斯问题。隧道围岩以四、五级为主。隧址区工程地质条件复杂，地下水发育，水文地质条件复杂。

4.2 K 方案隧道轴线

①地形地貌：高山、高中山及山间沟谷地貌，局部岩溶化地貌。该方案隧道最大埋深约900m。

②地层岩性：主要地层：三叠系中统北衙组下段（T2b1）灰、黄灰色灰岩、泥质灰岩、钙质灰岩，下部砂页岩，北衙组下段（T2b2）厚层-巨厚层状的白云质灰岩，松桂组（T3sn）层砂，页岩互层夹厚层砂岩。局部段落可能为下统腊美组（T1l）灰、灰紫、灰绿色砂岩夹页岩，底部含砾岩。

③地质构造：隧道布线近乎平行于区域性褶皱轴，沿岔河向斜的西翼通过，地质构造相对其他方案较不发育；局部路段层间小褶皱发育。构造相对简单。

④不良地质：松桂组软硬岩互层地层夹煤线、局部岩溶发育。

⑤水文地质：路线主要处地下径流区，泉点中等发育，进口端附近可能穿越三叠系中统北衙组中下段岩溶含水组，富水性中等~强，2个岩溶泉点排泄于子补河，开挖后可能存在有较大涌水；后段大荞山、上凹落河至松林一带，主要穿越三叠系上统松挂组裂隙含水组，富水性中等，开挖后涌水可能相对较小。

⑥隧址区整体工程地质条件：隧道近乎平行于褶皱轴，于岔河向斜的西翼通过，主要穿越地层为北衙组下段（T2b2）厚层-巨厚层状的白云质灰岩以及松桂组（T3sn）层砂。主要工程地质问题为：北崖组灰岩局部路段岩溶发育以及松桂组含煤地层中的有毒有害气体问题。工程地质、水文地质条件相对其他方案较简单。

综上分析，工可方案金棉特长隧道长14.524公里，地质条件差，含煤地层瓦斯问题；区域性大断裂高地应力；地下水发育，开挖后存在较大涌水风险。。K线方案隧道轴线布设最大限度减轻了断裂带和不良地质的影响，且路线距既有丽宁二级公路较近，斜井规模较小，施工进场条件较好，施工工期得以保证。综合上述大东金沙江特大桥桥位选址及金棉特长隧道轴线比选，推荐K线方案隧道轴线。

5  结论

通过对古宁高速深切峡谷段重点桥梁和隧道的比选，认为K线方案工程地质条件最优，建设条件和综合成本最低。工程地质选线遵循原则为：避开及远离活动断裂及深大断裂，绕避性质复杂、不易处理的重大不良地质地段，长大隧道选择构造简单、岩性单一、完整性较好的地段通过。深切峡谷区地质条件复杂，桥隧密集，需面临的工程地质问题有：高陡边坡稳定性、重力不良地质、区域性活动断裂及其高地应力引起的软岩变形、富水地层的涌水突泥、煤层瓦斯等问题。需采用地质遥感、航片解译、地质调绘、钻探等多种方法进行验证，并将地质信息及时反馈给设计人员，对路线方案及重大工点方案稳定及减少野外工作方面，往往起到事半功倍的效果。尤其高墩大跨桥梁需开展岸坡稳定、地震安评、断裂勘察等专项工作。

参考文献

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