芒市至猴桥铁路梁河—腾冲段地质选线方案

时间：2024-07-28

张雨露，邓睿，杜宇本

(中铁二院工程集团有限责任公司，四川成都 610031)

1 工程概况

拟建芒市至猴桥铁路自在建大理至瑞丽铁路芒市西站引出，折向西北，途经梁河县、腾冲市，止于中缅交界的猴桥口岸，线路总体走向为近南北向。全线为单线，线路全长147.404 km，设计速度为160 km/h，梁河(车站)至腾冲(车站)段正线长约31 km。

线路位于青藏高原南东缘之横断山脉南西端。地势北部高，南部低，由北向南倾斜。地貌发育主要受构造控制，梁河—腾冲段线路通过盆地，低中山，地形起伏较大。梁河盆地为断陷盆地，最低高程约 1 100 m；腾冲盆地为典型的火山堰塞湖盆地，最大高程约 1 630 m。梁河境内线路附近主要河流为大盈江。

线路位于腾冲—梁河弧形构造带内，地质构造极为复杂，新构造运动活跃且强烈，具有继承性和新生性，主要表现为地壳隆升、火山活动、地热活动和断裂活动。沿线构造以断裂为主，褶皱主要表现为次级小褶皱，断裂主要为大盈江活动断裂F1、古永—中和街活动断裂F2(图1)。

图1 沿线构造体系

2 主要工程地质问题

拟建芒猴铁路工程地质条件具有“三高四活跃”的特点[1]，梁河至腾冲段不良地质主要有活动断裂、高地温、高地应力、滑坡、泥石流、地震液化等，其中影响方案选择的主要工程地质问题为活动断裂、高地温及梁河盆地高阶地上的更新统冲积砂层。

2.1 活动断裂

梁河至腾冲段沿线新生代以来地震活动频繁、强烈。大盈江活动断裂F1是腾冲地块内部一条十分显著的NE向断裂带，以左旋走滑活动为主。断裂北端始于腾冲以西，沿梁河盆地、盈江盆地边缘延伸，经曼线街、芭蕉寨、西帕河，止于八莫盆地，全长约140 km。断裂走向NE40°～75°，主体倾向NW，倾角较陡[2]。全线断裂的活动速率为1.2～2.5 mm/年[3]。

古永—中和街活动断裂F2南起腾冲县城的西北部，向北经和顺镇、热海社区、中和乡、猴桥镇一直延伸至中缅边境地区。断裂总体走向近NS，倾向W，倾角较陡，长约70 km，自晚新生代以来以右旋走滑活动为主。

沿线地震烈度为Ⅷ度。梁河一带历史上曾在1757年和1899年发生2次5级地震。2011年以来沿断裂小震活动频繁，先后发生了一系列3级以上地震。

综上，该线路受活动断裂影响明显，未来发生中、强地震及其诱发的地质灾害将对铁路地表工程产生较严重的不利影响。

2.2 高地温

云南省具有较高的区域地热背景，据调查腾冲的温泉(群)达到91个，类型复杂，规模宏大，温泉出露集中[4]。温泉的成因与岩浆喷发和侵入、岩石的变质作用及断裂活动密切相关。含水层中放射性元素的蜕变、储热层特征、盖层性质、地震活动及地热增温对热水的形成有一定的影响。

梁河县及腾冲市境内温泉的分布主要受腾冲弧形构造的控制，温泉多沿断裂出露，具有多而密的特征(见图2)。线路附近典型的高温温泉有梁河龙窝温泉(97 ℃)、大坪子温泉(87 ℃)、荷花热水塘(100 ℃)和腾冲热水塘(145 ℃)。

图2 沿线温泉分布

对于隧道内温度高于72 ℃的高地温和高温热水(汽)目前国内外尚无成熟的处理措施。根据TB 10027—2012 《铁路工程不良地质勘察规程》[5]，依据温度高低将沿线地温带划分为高温带、中温带、低温带(见图2)。复杂且活跃的地下水热活动，以及水热活动区内导热构造的发育将给隧道工程带来极大影响。

2.3 更新统冲积砂层

梁河盆地是受大盈江活动断裂控制的断陷盆地，盆地呈NE走向，长30 km，宽6～8 km。盆地内主要为第四系冲积、洪积砂层、砾石层夹粉质黏土、褐煤等，厚约300 m。盆地两岸Ⅰ～Ⅳ级阶地不对称，海拔 1 100～1 300 m，周边山区海拔约2 200 m。

线路主要穿过中更新统地层，厚约80 m，广泛分布于大盈江河谷两岸Ⅲ级阶地[6]。据钻探揭示，中更新统地层以中细砂为主，局部为砾砂、粗砂夹粉质黏土、粉土及褐煤。线路局部穿过上更新统砾石、砂层夹少量炭质黏土，以及下更新统砾石、砂层。更新统砂层在降雨影响下稳定性降低，多处形成小面积的坍塌及溜坍，堆积于坡脚。砂层隧道在水下隧道、城市地铁中广泛存在，主要采用盾构法开挖。由于砂层具有含水率高、渗透系数大、稳定性差、易受施工扰动等特点，开挖过程中易出现开挖面失稳、地面沉降、塌陷等风险[7-8]。因此，该地层路基挖方边坡稳定性差，隧道围岩稳定性差，施工难度大。

3 地质选线原则

根据沿线主要工程地质问题，参考类似条件下大瑞铁路、川藏铁路的地质选线原则[9-11]，确定该段铁路工程地质选线原则如下：

1)线路应尽量避开或远离活动断裂，无法绕避时应与之大角度相交，并采用简易工程通过，如低矮路堤、简支梁矮桥、小隧道，严禁高墩、大跨、特殊结构桥梁。

2)线路应尽量采用路基、桥梁等明线工程通过地热异常区。若必须采用隧道，则应以傍山浅埋短隧为宜，以避免隧道施工过程中发生高地温地质灾害，减小工程处理难度。

3)线路应尽量避免以隧道形式通过第四系中更新统冲积砂层，桥梁、路基工程通过时应加强支挡防护措施，减小扰动。

因有活动断裂要求降低线路标高，以低矮工程通过。因存在高地温和中更新统砂层又要求线路尽量抬升标高，以浅埋短隧或明线工程通过。如何在较短距离内同时满足这2个原则，是本次线路方案选择的难点。

4 线路方案比选

4.1 梁河至荷花段地质选线方案

根据上述地质选线原则，该段在控制线路标高的基础上进行了选线研究，重点分析了梁河东侧站位方案C1K、梁河西侧低站位方案C2K、梁河西侧高站位方案C3K，见图3。3种方案对比见表1。

由图3和表1可知：C1K方案大盈江桥受活动断裂影响大，两隧道高地温风险均相对较小，新寨隧道进口穿越砂层长度相对较短；C2K方案隧道1受活动断裂影响较小，但高地温风险大，隧道穿越砂层总长度较大；C3K方案隧道1及桥梁受活动断裂影响较小，但穿越的次级构造最多，隧道1高地温风险最大，且围岩稳定性较差。就目前线路走向和工程设置，C1K方案工程地质条件优于C2K及C3K方案。

图3 梁河至荷花段地质选线方案示意

影响因素梁河东侧站位方案C1K梁河西侧低站位方案C2K梁河西侧高站位方案C3K线路走向线路经小松树隧道(长6 705 m)进入梁河县城后,在老沙坝设梁河站(标高1 110 m),出站后跨过大盈江(长2 690.9 m),向北经新寨隧道(长5 125 m)后到达荷花线路经隧道1(长6 075 m)进入梁河县城后,跨过大盈江(长2 123.7 m),沿河西走行,于芒杏村南侧设梁河站(标高1 086 m),后向北经隧道2(长5 295 m)后到达荷花线路经隧道1(长7 070 m)至下茂福村跨过大盈江后,经隧道2(长9 995 m)折向梁河县河西乡后设梁河站(标高1 200 m),最终到达荷花活动断裂线路局部沿F1近似平行延伸;大盈江特大桥跨越F1,桥高较大,受活动断裂影响大线路以隧道1跨越F1线路以隧道1及低矮桥梁大角度跨越F1高地温小松树隧道出口段穿越F1,F1连接龙窝温泉(温泉距离隧道约4 338 m),高地温风险相对较小;新寨隧道进口与大坪子温泉直线距离约2 257 m,高地温风险相对较小隧道1出口段穿越F1,F1连接龙窝温泉(温泉距离隧道约2 315 m),高地温风险大隧道1出口段穿越F1,F1连接龙窝温泉(温泉距离隧道约5 366 m),附近次级断裂十分发育,导热可能性大,高地温风险最大更新统砂层新寨隧道进口段穿砂层段落较短(230 m)隧道1出口段穿砂层105 m,隧道2进口段穿砂层210 m砂层对线路方案无影响

以C1K方案梁河车站为起点，又研究了大盈江西侧紧坡取直高桥方案C4K及大盈江东侧方案C5K，参见图3。3个方案中C1K与C4K方案通过的地层岩性及构造相似，C5K方案还通过第三系泥岩、砂岩及喜山期玄武岩、安山岩，方案对比见表2。由图3和表2可知：C1K方案大盈江桥受活动断裂影响大，隧道高地温风险相对较大，隧道通过砂层长度较短；C4K方案线路较短，大盈江桥高大于C1K方案大盈江桥高，受活动断裂影响更大，但隧道高地温风险相对较小；C5K方案桥梁受活动断裂影响明显，且隧道高地温风险极大，隧道通过砂层长度最大，围岩稳定性差。就目前线路走向和工程设置，C1K方案工程地质条件优于C4K及C5K方案。

4.2 荷花至腾冲段地质选线方案

基于梁河—荷花段地质线路方案比选结果，研究了荷花至腾冲段的腾冲高站位低桥方案C6K、腾冲低站位方案C7K，以及高桥取直方案C8K。3个方案通过的地层岩性及构造相似，地质条件相对比较简单，方案对比见表3和图4。可知：C6K方案以路基形式通过活动断裂，工程受影响较小；C7K方案位于活动断裂上盘，桥梁工程受高地温影响较小；C8K方案以高桥跨越F2,受活动断裂影响大，桥梁受高地温影响较小。就目前线路走向和工程设置，C6K方案工程地质条件优于C7K及C8K方案。

表2 C1K，C4K，C5K方案对比

表3 C6K，C7K，C8K方案对比

图4 荷花至腾冲段地质选线方案示意