黔张常铁路岩溶发育规律及选线原则

1 概述

黔江至张家界至常德铁路（简称“黔张常铁路”）位于湘西北、鄂西南和渝东南交界地带。线路自渝怀铁路黔江站引出东行，沿途经重庆市黔江区，湖北恩施州咸丰县、来凤县、湖南湘西州龙山县、张家界市桑植县、永定区，在张家界市与焦柳铁路衔接，后向东经常德市桃源县后至终点湖南省常德市，线路全长339.20km。黔张常铁路经行于湘鄂渝交汇地带，地形总的趋势西高东低，主要地貌沿线路行进方向划分为中山、低山区，丘陵区和冲湖积平原区。

2 地质概况

2.1 区域地质

线路所经区域范围内地质构造复杂，构造体系主要隶属华夏和新华夏构造体系。大地构造单元上隶属扬子地台，二级构造单元东端常德地区属江南台背斜，西部则为鄂黔台褶带。详见下图。

2.2 地层岩性

区内第四系至元古界地层均有出露。第四系地层主要分布在常德地区的冲湖积平原区，另外在龙凤盆地、咸丰县及黔江区的山间盆地中有少量分布。第三系地层仅在桃源县境内有少量分布，岩性为泥质砂砾岩、砂砾岩。

白垩系地层主要分布在桃源县及黔江山间盆地、来凤盆地中，以砂岩、泥岩为主；震旦系、志留系、泥盆系中的砾岩、砂岩、页岩，在区内广泛分布，或呈条带状分布。寒武系、奥陶系、二叠系、三叠系中的灰岩、白云岩、泥灰岩等碳酸盐类和白垩系正阳组钙质胶结砾岩等可溶岩在区内分布面积最广，对线路方案选择影响最大。

3 国内岩溶铁路建设案例

黔张常铁路较大段落范围均走行于武陵山脉的中、低山区，区域内各种不良地质现象发育，岩溶、岩溶水是对线路影响最大、最为突出的工程地质问题。岩溶、岩溶水对铁路建设的各类工程设置均具有危害，特别是隧道工程，常见灾害形式为突泥、突水，危害极大。

我国目前已建成通车的宜昌—万州铁路在建设过程中就深受岩溶、岩溶水的危害。宜万铁路位于长江南岸，走向与黔张常铁路基本平行，地质条件与黔张常线类似，同属扬子地台鄂黔台褶带，是目前已建铁路中最困难、最复杂的山区铁路。宜万铁路沿线不良地质发育、地质条件极差，因为岩溶问题，更是灾害频发：全线最长的野三关隧道长约13.8km，最大埋深684m，施工中通过了2 处大型暗河、12 条断层，发生了30多次突水突泥。马路箐隧道施工中曾发生突水，停放在洞内重达30 吨的工程车被水流冲出，造成重大人员、财产损失。

黔张常铁路西端接轨的渝怀铁路也是岩溶区铁路建设的又一典型项目，其中又以圆梁山隧道最为典型。圆梁山隧道属于深埋、特长隧道，全长11.068km，隧道工程地质条件异常复杂，施工期间发生了多起隧道事故和病害： 2002年9 月10 日，施工中突发突泥，造成施工机械全部被掩埋，一些大型设备报废的重大施工灾害。

4 黔张常铁路岩溶发育规律

4.1 本线岩溶、岩溶水发育特点

4.1.1 沿线广布碳酸岩盐可溶性地层，不同地层岩性岩溶及岩溶水发育程度不一

三叠系中统嘉陵江组（T2j）、下统大冶组（T1d）、二迭系下统（P1）、奥陶系下统红花园组至寒武系下统清虚洞组（O1h-∈1q），可溶岩多为中厚层灰岩、白云质灰岩及白云岩，一般地表溶蚀强烈，岩溶地貌表现明显，岩溶漏斗、落水洞、岩溶洼地、井泉及地下暗河发育，属岩溶强烈发育区，一般岩溶裂隙及溶洞中富含地下水发育，属于溶洞暗河强烈发育富水岩组。

二叠系上统（P2）、奥陶系中上统(O2+3)、奥陶系下统大湾组（O1d）、寒武系下统（∈1）等薄层灰岩及厚层白云岩、白云质灰岩地段，发育有溶洞、溶槽、小型漏斗，岩溶井泉等，为岩溶中等发育区，属于溶洞暗河中等发育的富水岩组。薄层灰岩、泥灰岩、瘤状灰岩及页岩为主的地层，以岩溶中-弱发育区，主要表现为溶蚀裂隙、溶孔及小型溶洞现象，以碳酸盐夹碎屑岩岩溶裂隙水为主，水量不均中等-平乏。

4.1.2 本线褶皱构造较为发育，对岩溶发育的强烈起着一定控制作用

本区背斜多呈宽缓状，多构成不同水系及支流的分水岭。由于背斜轴部张应力集中，节理发育，雨水或地表水沿这些节理裂隙作垂直运动，然后再向两翼或沿地质构造线方向运动，故岩溶多以落水洞、漏斗、洼地、暗河等为主，并具有与构造轴线一致的带状分布特征，多构成大型背斜储水构造，如咸丰斜歪背斜储水构造、二坪斜歪背斜储水构造等。

由于向斜褶皱轴部层间裂隙较为发育，给向斜轴部岩溶水的水平运动创造了十分有利的条件。因此，一般在向斜谷中，由于轴部发育的垂直裂隙的岩溶化，常发育有暗河形成了一系列与暗河相连通的漏斗、落水洞、竖井等垂直形态。由于向斜轴部在岩溶水运动系统中属聚水区或排泄区，岩溶水往往富集于轴部或循构造轴向流动，一般地下水极为发育，如猛必斜歪向斜储水构造、青安坪向斜储水构造和沅古坪向斜储水构造等，均为岩溶水极为强烈的储水构造。

褶皱翼部多处于岩溶水运动系统中的径流部位，流速大，水动力作用活跃，岩溶化程度最强烈，尤以临近向斜轴部或河谷边缘地区更甚。断裂构造使岩层产生大量的裂隙，一般断层破碎带相对破碎，为岩溶水活动和岩溶作用提供了极为有利的条件，岩溶化作用强烈，溶洞较多。其他在节理密集带、可溶性岩层与非可溶性岩层的接触带等部位地下水交替循环也较为强烈，溶洞、暗河较为发育。

4.1.3 由于构造活动间歇性上升，不同时期上升速度和幅度的差异，导致岩溶发育具有多层性及形态各异性的特点。

根据区内岩溶发育特点和地貌特征，沿线剥夷面总体特征可分为以下两段：黔江—万民岗段剥夷面可分为五级，第一、二级剥夷面高程分别为2000～1700m 及1500～1300m，以垂向岩溶管道为特点。第三级剥夷面高程为1200～1000m，岩溶形态以垂直管道和水平管道均强烈发育为特点。第四、五级剥夷面高程分别为900～800m 及700～500m，该两级剥夷面以水平岩溶形态为主，垂直或斜向的漏斗、落水洞也较发育。见表1。