1 项目概述
潍坊—宿迁高速铁路是京沪高铁辅助通道的重要组成部分，线路北连京津，南接上海，中间经过山东半岛、江苏平原，串联了我国东部沿海经济最发达地区，对于构建综合交通运输体系、促进沿线社会经济发展具有重要意义。
潍宿高铁位于山东省中南部和江苏省北部，大致呈南北走向，与区域内的郯庐断裂带走向基本一致，设计速度350km/h。为串联沿线经济据点，带动地方发展，线路不可避免与郯庐断裂带产生交叉。
为了确保铁路建设与运营安全，需要在对郯庐断裂带进行综合勘察的基础上进行全面研究，提出高速铁路穿越活动断裂带选线基本原则，指导铁路选线，并考虑震后线形修复，同时从路基、桥梁、隧道、轨道等工程方面提出应对措施，提高高速铁路穿越活动断裂带的安全性。
2 郯庐断裂带概况及危害2.1 郯庐断裂带概况郯庐断裂带是东亚大陆上的一系列北北东向巨型断裂系中的一条主干断裂带，北起俄罗斯远东地区，南抵我国长江北岸，绵延数千公里，其中山东段是主要活动段落，也是强震易发生段落，历史上公元前70年诸城7级地震、1668年郯城8.5级地震均发生于此。
郯庐断裂带山东段又称为沂沭断裂带，经昌邑、莒县、郯城、新沂至宿迁长约360km，宽20~60km，自东向西由昌邑－大店断裂带（F1）、安丘－莒县断裂F5）、白芬子－浮来山断裂带（F2）、沂水－汤头断裂带（F3）和鄌郚－葛沟断裂带（F4）5条近乎平行的断层组成，其中F1中段和F5全线为活动断裂。
5条主干断裂及分支断裂与其他方向断裂交汇或交切分割形成“两堑夹一垒”构造格局。断裂带地层岩性多变，地质构造复杂，中生代以来活动剧烈，具有“东西分带，南北分段，东强西弱，南强北弱”的活动特征，是山东省的主要发震构造。
潍坊和临沂为潍宿高铁必经经济据点，潍坊—临沂间大约200km，航空线西侧分布有沂水县、沂南县，航空线东侧分布有安丘市、诸城市、五莲县、莒县，为串联沿线经济据点，更好带动地方经济发展，发挥本线路网与城际功能，线路不可避免与断裂带产生交叉。潍宿高铁与断裂带位置关系示意见图1。
图1 潍宿高铁与断裂带位置关系示意图
2.2 活动断裂带对铁路工程的危害活动断裂带由于受到不同方向的断层切错，地质结构复杂，是地质应力集中区域，易诱发地震、泥石流、砂土液化等地质灾害，通常会引起路基、桥梁、轨道等工程实体变形，严重时甚至引发路基塌陷、桥梁落梁、隧道变形、轨道失稳，影响行车安全，给国家和人民生命财产安全造成重大损失。
如2022年1月8日青海门源6.9级地震导致兰新高铁区间线路受损严重，部分段落桥梁倾斜、隧道变形、轨道失稳，致使线路中断行车，对国民经济发展产生重大影响。
3 活动断裂带定线策略活动断裂带会对铁路工程产生重大不良影响，在铁路选线阶段需要在对活动断裂进行综合勘察的基础上，认真分析活动断裂特性，深入研究铁路通过活动断裂的选线原则，通过线形拟合方法考虑铁路震后修
复，达到快速恢复通行需求。
3.1选线原则当线路与断裂带不可避免产生交叉时，为确保铁路工程的安全和稳定，减少地震的破坏影响，铁路选线宜遵循以下原则：
（1）需对活动断裂带开展专项勘察工作，查明活动断裂位置、产状、活动性及活动特征，合理选择交叉位置。
（2）线路应尽量选在构造稳定的区域，同时尽可能减少通过不稳定区域长度。
（3）线路应尽量避开活动断裂带及其影响范围，难以绕避时，应在断裂带较窄处以简单易修复工程大角度通过。
（4）线路应避开几条断裂带交汇以及主干断裂带拐弯、分叉等地震多发、应力集中区域。
（5）线路应避开新构造最活跃的断陷盆地以及其他重大不良地质地段。
（6）线路应绕避泥石流、砂土液化等地质灾害易发区域。
3.2 平纵断面定线策略地震及其引发的次级地质灾害以及断裂活动蠕滑变形会改变线路的平纵断面，影响线路的平顺性。
在确定线路与活动断裂带交叉位置后，需要从线路平纵断面等方面进行研究，尽量降低活动断裂带对高速铁路的影响。
3.2.1平面定线策略（1）地表错动量与通过断裂带角度分析
图2 线路错动量示意图
线路通过断裂带角度不同，震后最大位错量在沿线路方向的位错量分量也不同（见图2），如沿破裂面的位错量为w，沿线路方向的位错量分量为s，线路通过断裂带角度α,由相对位置关系可知：
s=w·sinα。（1）
线路以大角度通过断裂带，通过断裂带长度越短，受断裂带影响越小，但震后沿线路方向的位错量分量越大，对于震后修复工程影响越大。
（2）直线通过断裂带定线分析
当采用长直线通过活动断裂带且错动量较大时，可以通过在直线端加1组小偏角大半径反向曲线，将两端直线光滑连接，以最大限度减小线路中线调整段落。
线路发生错动后，当改建标准为350km/h时，错动量需不小于43.35m，改建长度约为1830m；当改建标准为限速200km/h时，错动量需不小于6m，改建长度约为640m；当改建标准为限速80km/h时，错动量需不小于0.82m，改建长度约为230m。
可见，当错动量较大时，改建线路标准较高，错动量较小时不利于改建。铁路直线地段发生错动线路修复示意见图3。
图3 直线地段线路修复示意图
（3）单曲线通过断裂带定线分析
当采用曲线通过活动断裂带，破裂面发生在曲线上时，可以通过保持曲线前后2条直线不动、改动曲线范围内线路中线，来对震后线形进行修复，改建段落基本上为原曲线前后段落。为减小线路改建长度，可减小曲线设置长度。该方法通常不会限速，线路改建标准高。铁路曲线地段发生错动线路修复示意见图4。
图4 曲线地段线路修复示意图
（4）反向曲线通过断裂带定线分析
当采用反向曲线通过活动断裂带，破裂面发生在夹直线上时，可以通过保持部分圆曲线及前后2条直线不动、改动反向曲线的切线和角度调整震后线形。
当断裂带错动后导致反向曲线偏角减小时，改建后夹直线将增长，对线路标准没有影响；当断裂带错动后导致反向曲线偏角加大时，改线后夹直线将变短，夹直线长度不满足技术要求时，需通过减小曲线半径对震后线形进行修复，可能会导致改建线路限速。因此，在设计时尽可能设置较长的夹直线，预留一定的修复余量。
铁路反向曲线地段发生错动线路修复示意见图5。
图5 反向曲线地段线路修复示意图
综上分析，为减小震后线路修复改建长度，提高线路改建标准，当线路通过活动断裂带时，宜优先采用曲线通过，避免采用过长的曲线和长直线；同时在最小圆曲线和夹直线长度基础上适当预留一些长度富裕，为断裂带错开后线路修复预留条件，保证圆曲线和夹直线满足最小长度要求。
3.2.2纵断面定线策略当断裂带位于1个长坡段时，可以在破裂面位置处增加1个短坡段，最大程度减小震后修复范围。
当断裂带位于1个短坡段时，可以通过调整该坡段坡度，来进行震后纵断面修复。当断裂带位于2个坡段相交的竖曲线时，可以通过调整竖曲线半径，拟合震后竖曲线线形来进行纵断面修复。
由于竖曲线长度较一般坡段长度小得多，将断裂带设置于竖曲线，可最大程度减小震后纵断面改建范围，减小废弃工程。
同一坡段纵断面修复示意见图6，竖曲线地段纵断面修复示意见图7。
图6 同一坡段纵断面修复示意图
图7 竖曲线地段纵断面修复示意图
4 活动断裂带工程应对措施当活动断裂带发生错动时，将对路基、桥梁、隧道、轨道等工程实体产生作用，导致路基塌陷、桥梁落梁、隧道变形、轨道上拱等病害产生，对工程稳定性造成很大影响，危及行车安全，严重时甚至中断运营，给国家财产造成不可估量的损失。
为了减少活动断裂带对工程实体的破坏，线路通过活动断裂带时，宜优先采用路基、简支梁等简单易修复工程通过，其次采用隧道形式，并采用有砟轨道结构形式。同时采取相应工程加强措施，并在运营期间进行断裂带变形监测，以降低其不良影响。
4.1 路基工程当线路采用路基形式通过活动断裂带影响范围时，应对路基工程采用以下加强措施，以提高路基稳定性，同时便于震后修复。
（1）将路基边坡坡率放缓1级，以增加路基工程的稳定性，提高路基工程抵抗地震变形的能力。
（2）将路肩两侧各加宽1.0m，在提高路基工程稳定性的同时，增加灾后路基面的维修宽度，便于震后维修。
（3）为增加路基本体的整体性，于基床表层以下每隔0.6m通铺1层双向拉伸塑料土工格栅。
断裂带影响范围内路基设计断面见图8。
图8 断裂带影响范围内路基设计断面
4.2 桥梁工程当线路采用桥梁形式通过活动断裂带影响范围时，应对桥梁工程采用以下加强措施，以提高桥梁稳定性。
（1）沿线零散分布有地震液化层，主要分布于临沂市境内。当地基为液化土时，其墩台基础宜采用桩基或沉井等深基础，且桩尖或沉井埋入稳定土层内一定深度。
（2）地震区尽量避免采用高桥台，位于高烈度地震区时适当放大桥台锥体，增强桥台稳定性。
（3）墩台顶帽上应设置防止落梁措施。简支梁桥可通过采取纵向梁端连接或梁端设置纵向支挡措施，连续梁桥可在墩台上横隔墙位置设置纵、横向支挡。
（4）混凝土桥墩墩身应设置护面钢筋。竖向钢筋应与承台底面钢筋连接，增强墩身与承台的整体性。
4.3 隧道工程当线路不可避免采用隧道形式通过活动断裂带影响范围时，应对隧道工程采用以下加强措施，以提高隧道稳定性，并预留一定震后修复空间。
（1）根据断裂带的特性，采用抗震计算设计复合式衬砌加强支护，使其满足结构受力及抗震要求。
（2）隧道内轮廓结构断面考虑预留净空30cm，采用加宽有砟断面。
（3）隧道内每2辆衬砌台车（16m）设置1道变形缝，变形缝与施工缝统一设置。
（4）改善围岩条件，采用超前地质预报，探明断层破碎带宽度、岩性、水文等地质情况，通过超前帷幕注浆进行围岩加固，改善衬砌与围岩的密切程度，减少结构自振的影响，提高抗震性能。
4.4 轨道工程为便于震后修复，提高线路运营速度，在活动断裂带影响范围内采用有砟轨道装配式聚氨酯弹性固化道床。
当活动断裂产生较小的变形时，可通过轨道扣件进行调整；当发生较大变形超过调高扣件可修复的范围时，可采取抬升轨枕方法加以维修。装配式聚氨酯弹性固化道床横断面见图9。
图9 装配式聚氨酯弹性固化道床横断面
4.5 监测系统除对路基、桥梁、隧道、轨道等工程实体采取加强措施外，运营期间，应设置活动断裂带变形监测系统，实时掌握断裂带的变形情况，为高铁的安全运营保驾护航。
随着现代科学技术的发展，变形监测技术手段逐渐形成多层次、多视角、多技术、自动化的立体监测体系。
主要包括以自动全站仪、测量机器人为代表的地面监测技术手段，以测斜仪、分层沉降仪、光纤传感器等为代表的地下观测监测技术，以全球定位系统（GNSS）、差分干涉合成孔径雷达（D-InSAR）技术和机载激光雷达技术为代表的空间对地观测技术。
铁路车载移动三维激光扫描测量见图10。
图10 铁路车载移动三维激光扫描测量
5 结论（1）以潍坊—宿迁高铁穿越活动断裂带为背景，研究了高速铁路通过活动断裂带的选线原则。线路应尽量选在构造稳定的区域，避开活动断裂带及其影响范围，难以绕避时，应绕避新构造最活跃的断陷盆地区以及其他重大不良地质地段，避开几条断裂带交汇以及主干断裂带拐弯、分叉等区域，在断裂带较窄处以大角度通过。
（2）通过线形拟合方法，提出了高速铁路通过活动断裂带的定线策略。为减小震后线路修复改建长度，提高线路改建标准，当线路通过活动断裂带时，宜优先采用曲线通过，避免采用过长的曲线和长直线，并在最小圆曲线和夹直线长度基础上适当预留一些长度。
（3）考虑震后修复，线路通过活动断裂带时，宜优先采用路基、简支梁等简单易修复工程，并采用有砟轨道结构形式。
（4）在活动断裂带影响范围内，应采取路基加宽、防止落梁、预留隧道断面等抗震加强措施，并设置断裂带变形监测系统，实时掌握断裂带的变形情况。
本文转自《中国铁路》——高速铁路穿越活动断裂带选线策略及工程措施，作者赵立宁；仅用于学习分享，如涉及侵权，请联系删除！
