濟萊高鐵濟南段主要地質(zhì)問題及地質(zhì)選線

　　摘 要: 重點介紹濟南至萊蕪高速鐵路濟南東—章丘段災(zāi)害發(fā)育分布特征，主要災(zāi)害類型包括巖溶(巖溶泉)、采空區(qū)等，通過認(rèn)真分析區(qū)域地質(zhì)災(zāi)害發(fā)育分布特征，結(jié)合濟萊鐵路巖溶水專題及采空區(qū)專項調(diào)查研究，開展地質(zhì)選線研究，確定地質(zhì)選線定線原則，即針對大型地質(zhì)災(zāi)害和地質(zhì)災(zāi)害集中發(fā)育地段，如大范圍采空區(qū)段落，已發(fā)生較嚴(yán)重地面沉陷等地質(zhì)災(zāi)害，通過風(fēng)險較大，采取繞避;無法繞避地段，則采取綜合選線比較，選取地質(zhì)條件相對具有優(yōu)勢方案，確定線路沿濟南至萊蕪高速鐵路南側(cè)并行方案。

　　本文源自山西建筑 發(fā)表時間：2021-02-25《山西建筑》(旬刊)創(chuàng)刊于1975年，由山西省住房和城鄉(xiāng)建設(shè)廳主管，山西省建筑科學(xué)研究院主辦，面向國內(nèi)外公開發(fā)行，是山西省建設(shè)行業(yè)唯一的一份國家級刊物，山西省一級期刊。雜志社設(shè)有編輯部、廣告部、發(fā)行部和排版中心，共有采編40余人，主編1人，副主編3人，責(zé)任編輯6人，編輯30余人。

　　關(guān)鍵詞: 濟萊高鐵，巖溶，泉水，采空區(qū)，地質(zhì)選線

　　1 概述

　　濟南至萊蕪高速鐵路位于山東省中部，線路西起濟南市濟南東客站，向東經(jīng)章丘區(qū)，而后向南經(jīng)雪野、萊蕪區(qū)，終于鋼城區(qū)鋼城東站。新建鐵路正線全長 115 km。屬雙線高速鐵路，設(shè)計行車速度 350 km/h，最小曲線半徑 7 000 m，最大坡度 20‰。濟南東—章丘段為本線主要的山嶺段落。

　　2 地質(zhì)環(huán)境條件

　　2. 1 地形、地貌特征

　　濟萊鐵路依次經(jīng)過山前傾斜平原區(qū)、魯中低山丘陵隆起區(qū)、泰萊凹陷東側(cè)剝蝕區(qū)。地勢中間高兩頭低，北部平坦開闊，中部山區(qū)溝谷縱橫、地勢起伏，南部萊蕪境內(nèi)低山剝蝕、水土流失形成溝壑地貌。

　　2. 2 地層巖性

　　濟南東—章丘段經(jīng)過地層主要以奧陶系、寒武系灰?guī)r、頁巖為主。

　　2. 3 地質(zhì)構(gòu)造

　　在大地構(gòu)造上，工程場區(qū)位于華北斷塊之魯西地塊內(nèi)的魯中隆起區(qū)。地殼表層屬典型的地臺式結(jié)構(gòu)，結(jié)晶基底由太古代下部的泰山群變質(zhì)巖組成。基底之上古生代沉積蓋層發(fā)育，主要由寒武系、奧陶系、石炭系地層組成。

　　3 地質(zhì)災(zāi)害類型及特征

　　本段線路走行于傾斜平原與低山丘陵區(qū)，不良地質(zhì)災(zāi)害普遍，同時具有其地域特點。濟南礦產(chǎn)資源豐富，煤炭、鐵等開采具有悠久歷史，采空區(qū)廣布; 濟南為著名泉城，沿線巖溶泉水資源豐富，鐵路建設(shè)對泉水生態(tài)有一定影響。在對線路進一步優(yōu)化比選后，仍存在較大影響的地質(zhì)災(zāi)害問題如下。

　　3. 1 采空區(qū)

　　本段為濟東主要的煤、黏土礦礦產(chǎn)資源開發(fā)區(qū)，地下開采礦產(chǎn)資源開發(fā)歷史悠久，長期的礦產(chǎn)資源開采，形成了數(shù)量眾多的采空區(qū)，存在著嚴(yán)重的安全和環(huán)境隱患。

　　濟東煤田含煤地層為二疊系、石炭系的太原組和山西組，同時存伴生黏土礦。太原組、山西組巖性主要由泥質(zhì)巖、粉砂巖、細(xì)砂巖和石灰?guī)r及煤層組成，總 厚 度 約 為 230 m，可采煤 4 層 ～ 8 層，可采煤層總厚度 3. 5 m ～ 5. 5 m，一般開采深度 50 m ～ 800 m，局部煤層出露。采煤方法早期為殘柱式采煤法，現(xiàn)一般為走向長壁或短臂式采煤法，爆破落煤，全部垮落法管理頂板，村下壓煤一般留設(shè)保護煤柱或者采用條帶法開采。區(qū)內(nèi)主要煤礦有埠村煤礦、東徐馬煤礦、李福煤礦等大小 100 余個煤礦企業(yè)，開采時間主要從 1970 年—2006 年，2016 年區(qū)內(nèi)最后一個大礦———埠村煤礦進行了閉坑停采，至此沿線煤礦基本全部關(guān)停。總體看，區(qū)內(nèi)煤層層數(shù)多，但厚度小、變化大，不穩(wěn)定。濟東煤田開采區(qū)與線路方案示意圖見圖 1。

　　區(qū)內(nèi)分別研究了 CK 推薦方案( 方案一) ，沿飛躍大道—大東繞方案( 方案二) ，飛躍大道—專用線方案( 方案三) ，飛躍大道—明埠路方案( 方案四) 四個方案。

　　其中除 CK 方案外，其余三方案在通過西棗園煤礦、武家山鐵礦區(qū)，向東經(jīng)歷城煤礦、東徐馬煤礦后，大東繞方案 ( 方案二) 折向南，避開了章丘西部主要煤礦采空區(qū)，于曹范村接入推薦方案; 其余兩方案繼續(xù)向東，經(jīng)民泰、李福煤礦后，煤礦專用線方案( 方案三) 折向南經(jīng)埠村煤礦主采空區(qū)，后引入推薦方案; 明埠路方案( 方案四) 繼續(xù)向東經(jīng)瑯溝煤礦拐向南經(jīng)鑫岳六號煤礦、埠村煤礦、埠村 1 號煤礦后接入推薦方案。

　　通過采空區(qū)段主要存在廢棄礦井、地面沉降、塌陷、地裂縫等問題，現(xiàn)場調(diào)查及收集資料，沿線采空及塌陷段落見表 1。

　　綜合上述，僅從穿越采空區(qū)范圍考慮，沿飛躍大道—大東繞、飛躍大道—專用線、飛躍大道—明埠路三個方案通過采空區(qū)段落總長均大于 10 km，通過或鄰近采空塌陷區(qū)長度 0. 455 km ～ 1. 132 km，通過區(qū)采煤 2 層 ～ 6 層，采深 50 m ～ 800 m 不等，工程治理難度大，工程地質(zhì)條件差。CK 推薦方案繞避了所有采空區(qū)，距最近章靈丘鐵礦，位于移動盆地邊界線以外，對工程影響小，工程地質(zhì)條件相對較好。

　　3. 2 巖溶

　　本段沿線地形地質(zhì)條件復(fù)雜，構(gòu)造運動以緩慢上升為主。魯中隆起地質(zhì)構(gòu)造總體上是一個以新太古代泰山巖群為基底，以古生代地層為主體的北傾單斜構(gòu)造。單斜構(gòu)造單元中發(fā)育多組斷裂構(gòu)造，將其分割成相對獨立的單斜斷塊。可溶巖地層出露齊全，從寒武系、奧陶系均有分布。巖性多以灰?guī)r、白云巖、碎屑巖類為主，地表巖溶形態(tài)多發(fā)育為溶洞、巖溶洼地、溶蝕槽谷、巖溶泉等，局部地表植被較為茂盛，巖溶水富存豐富，泉群較為發(fā)育。沿線巖溶中等發(fā)育為主。

　　3. 2. 1 巖溶發(fā)育程度

　　本段出露的可溶巖地層主要以古生界奧陶系、寒武系為主，線路沿線廣布。從地層看馬家溝組八陡段( O2mbd ) 和北庵莊段( O1mb ) 、五陽山段( O1mw ) 主要巖性為灰?guī)r、豹斑灰?guī)r、泥晶灰?guī)r，奧陶系下統(tǒng)三山子組( O1 js) 主要巖性為厚層白云巖，寒武系中統(tǒng)張夏組( 2 jz) 主要以鮞粒灰?guī)r為主; 以上地層可溶巖純度較高，巖溶發(fā)育程度高。奧陶系( O) 、寒武系中統(tǒng)張夏組灰?guī)r( 2 jz) 屬中等巖溶發(fā)育區(qū)，面巖溶率 2% ～ 3% ，局部強烈發(fā)育區(qū)，面巖溶率大于 5% 以上; 寒武系其他組地層為巖溶弱發(fā)育區(qū)，面巖溶率 1% ～ 2% 。

　　3. 2. 2 巖溶發(fā)育形態(tài)

　　沿線地表巖溶以禿山、干谷、溶溝、溶槽為主，地下巖溶以溶洞、巖溶泉為特征。山區(qū)土壤植被稀少，缺少雨水的經(jīng)常性溶蝕作用，因此山區(qū)地表僅在順層緩坡局部地帶發(fā)育有片狀石芽、溶溝等巖溶景觀。在灰?guī)r陡坡的不同高程殘留部分古代巖溶遺存的干溶洞。

　　濟南被譽為“泉城”，泉水是濟南的象征。推薦線路主要穿越郭店單斜即白泉泉域，比選線路局部穿越明水單斜即明水泉域。區(qū)域內(nèi)的主要泉群有白泉泉群、玉河泉泉群、百脈泉泉群。

　　3. 2. 3 選線原則

　　區(qū)內(nèi)水文地質(zhì)條件復(fù)雜，溶洞、巖溶干谷等巖溶形態(tài)及巖溶泉、斷層泉等發(fā)育，線路通過時，施工易引起危害及造成環(huán)境工程地質(zhì)問題，應(yīng)避免穿越地表漏斗、溶蝕洼地發(fā)育區(qū)。

　　影響巖溶地區(qū)線路選擇的因素很多，必須多方面進行分析，在滿足它們特定要求的基礎(chǔ)上，擬定所有可能的線路方案，進行技術(shù)經(jīng)濟比較，權(quán)衡利弊后決定取舍。就地質(zhì)條件而言，在碳酸鹽巖地區(qū)雖然有巖溶危害，但一經(jīng)查清并妥善處理，對線路的安全還是有保障的。而非碳酸鹽巖地區(qū)也有不少工程地質(zhì)問題，如軟質(zhì)巖隧道圍巖強度低、穩(wěn)定性差，易發(fā)生圍巖變形且容易遺留病害。同時本段沿線采空區(qū)分布廣泛，穩(wěn)定性差，采空區(qū)對線路安全的影響大于一般的巖溶發(fā)育地區(qū)。線路通過巖溶地區(qū)，巖溶越發(fā)育，洞穴及巖溶水的危害越大，克服障礙越困難，工程處理費用越高，越宜要求避重就輕。因此綜合選線原則的確定對于本段的線路方案選擇至關(guān)重要。

　　濟南東客站—章丘段線路方案主要分為推薦方案( 沿京滬高速方案) 、沿世紀(jì)大道方案、沿石濟客專線方案，如圖 2 所示。

　　重大線路方案巖溶地質(zhì)條件比較表見表 2。

　　經(jīng)比選推薦方案( 沿京滬高速方案) 、沿世紀(jì)大道方案通過可溶巖地區(qū)較長，可溶巖隧道較多、存在巖溶塌陷、影響泉水等巖溶水文地質(zhì)問題; 沿石濟客專方案可溶巖隧道較短，巖溶水文地質(zhì)問題相對較輕。從巖溶水文地質(zhì)條件分析，沿石濟客專線方案相對較好。

　　但由于受采空區(qū)等因素的影響控制，經(jīng)過綜合論證對比，本段推薦方案確定仍采用沿高速公路方案。因此推薦方案的線路優(yōu)化就更為重要。

　　本段推薦線路由于通過范圍內(nèi)的巖溶區(qū)較長，隧道較多。因此盡量選擇泉群分布區(qū)的外側(cè)傍山通過，盡量降低隧道的長度，并抬升線路標(biāo)高，從而降低對經(jīng)過泉群的影響。以隧道通過巖溶中等發(fā)育可溶巖地區(qū)，同時避免穿越巖溶水水平循環(huán)帶及深部滯流帶、避開暗河及大型泉點，選擇在垂直滲流帶中短距離通過。

　　3. 2. 4 推薦意見

　　通過上述比較，沿京滬高速方案，完全繞避了采空區(qū)，大大降低了地質(zhì)災(zāi)害的風(fēng)險。此外，通過對線路的建議優(yōu)化，本段隧道均為傍山隧道，均位于垂直滲流帶中，并降低了隧道的長度，同時獲得了濟南泉水保護辦部門的認(rèn)可。

　　4 結(jié)語

　　濟萊高鐵位于齊魯腹地，沿線地形地質(zhì)條件復(fù)雜，生態(tài)環(huán)保要求嚴(yán)苛。沿線采空區(qū)、巖溶( 水) 問題較為突出。在充分總結(jié)汲取二院山區(qū)鐵路綜合選線技術(shù)經(jīng)驗的基礎(chǔ)上，按照地區(qū)生態(tài)保護要求，加強了對泉水的保護，線路方案的選擇在結(jié)合采空區(qū)影響基礎(chǔ)上，結(jié)合較為適宜的定線原則，選取了巖溶地質(zhì)條件相對較長但整體風(fēng)險相對較小的方案。經(jīng)線路方案優(yōu)化比選，推薦的線路方案完全繞避了大型的采空區(qū)，同時短隧道、抬標(biāo)高、快通過泉點發(fā)育區(qū)，降低了對泉群的影響，地質(zhì)選線效果顯著。