黃韓侯鐵路某段地質(zhì)選線初探

李俊青

(中鐵第一勘察設計院集團有限公司,陜西西安 710043)

黃陵—韓城—侯馬鐵路位于陜西省延安市、渭南市,以及山西省運城市、臨汾市境內(nèi),地處黃龍山南緣山前坡麓區(qū),其芝陽—涺水段為增建二線并進行電化改造段,此段地質(zhì)復雜,工程艱巨。

影響線路方案的控制因素較多,而地質(zhì)選線在地形地質(zhì)條件復雜的地區(qū)尤其顯得重要。本文通過工程地質(zhì)條件的分析對比,對黃陵—韓城—侯馬鐵路涺水河橋幾個對比方案進行初步探討。

1 地質(zhì)概述

1.1 地形地貌

線路比選段位于黃龍山南緣山前坡麓區(qū)涺水河附近。涺水河上游河流深切溝谷,呈蛇曲形,兩岸形成陡坎;下游河道較順直,河床較寬,兩側地勢較平坦、開闊,均開辟為居住區(qū)。既有涺水河橋橋址處位于山前地帶,河道逐漸變寬,河谷深約70～80m,上部寬約30～400m,溝底部寬約80～100m,兩岸地勢較陡。涺水河常年流水,水量較大。

1.2 地層巖性

線路比選段河谷內(nèi)地層主要為第四系全新統(tǒng)沖積黏性土、砂類土及碎石類土;兩岸地表分布第四系上更新風積黏質(zhì)黃土,下伏第四系中更新統(tǒng)風積黏質(zhì)黃土,沖積黏性土、砂類土及碎石類土;斷層泥下伏于第四系土層,埋深約30～40m,厚度約3～11m,色雜,以灰黃色為主,夾有紅棕色、褐色等雜色,巖芯呈土狀,碎塊狀,局部含灰?guī)r碎石及細角礫土;壓碎石灰?guī)r下伏于第四系土層及斷層泥,在涺水河左岸局部出露,厚度大于30m,青灰色、褐黃色、灰白色,壓碎結構,原巖為石灰?guī)r,巖芯較破碎,呈角礫、碎石狀,巖體裂隙、巖溶發(fā)育。

1.3 氣象特征

據(jù)韓城氣象站氣象資料,線路比選段位于暖溫帶半干旱氣候區(qū),具有冬季寒冷偏短、夏季炎熱較長,降雨偏少,年內(nèi)分配不均,晝夜溫差較大,四季明顯的基本特征。年平均氣溫14.2℃,極端最高溫度40.9℃,極端最低溫度-15.0℃,年平均降雨量558.4 mm,年平均蒸發(fā)量1 680.9 mm,年平均風速1.9m/s,主導風向NE,最大風速16.0m/s,最大積雪厚度18 cm,最大季節(jié)凍土深度37 cm。

1.4 地震動參數(shù)

據(jù)國家質(zhì)量技術監(jiān)督局出版1∶400萬《中國地震動參數(shù)區(qū)劃圖》(GB18306—2001),線路比選段處地震動峰值加速度為0.15g,相當于地震基本烈度7度,動反應譜特征周期為0.40 s。

1.5 地表水

線路比選段地表水為涺水河,常年有流水,流量較大,季節(jié)性變化明顯,枯水期水量較小,雨季洪水暴漲。據(jù)地表水水質(zhì)分析報告,地表水對圬工無侵蝕性,對鋼筋無腐蝕性。

1.6 地下水

線路比選段地下水主要為第四系孔隙潛水和石灰?guī)r裂隙巖溶水兩大類,孔隙潛水主要賦存于河溝中第四系全新統(tǒng)礫石層中的,埋深一般0～9m,水量較大,水位變化較小,主要受大氣降水和涺水河河水補給。巖溶地下水主要賦存于溶洞和溶蝕裂隙中以及溶蝕槽的底部,水位和水量變化較大。據(jù)水質(zhì)分析報告,地下水對圬工具硫酸鹽侵蝕,環(huán)境作用等級為H1,對鋼筋具氯鹽腐蝕性,環(huán)境作用等級為L1。

2 影響方案比選的主要地質(zhì)問題

2.1 濕陷性黃土

區(qū)內(nèi)廣泛分布第四系上更新統(tǒng)風積黏質(zhì)黃土,溝谷內(nèi)分布全新統(tǒng)沖積黏質(zhì)黃土均具濕陷性。其中第四系上更新統(tǒng)風積黏質(zhì)黃土具Ⅲ級自重濕陷性,濕陷土層厚度約4～17m,第四系全新統(tǒng)沖積黏質(zhì)黃土具Ⅱ級自重濕陷性,濕陷土層厚度約9～10m,需進行部分或全部消除濕陷性處理。

2.2 巖溶

根據(jù)鉆孔及物探揭示,在區(qū)段內(nèi)壓碎石灰?guī)r存在溶蝕現(xiàn)象,溶槽、溶溝普遍發(fā)育,局部發(fā)育溶洞,溶洞大小范圍在0.2～2m,最大溶洞達2.6m,溶洞多有充填物,充填物以黃褐色碎石土及黏性土為主。且受斷層和地下水的綜合影響,灰?guī)r電阻率值很低且變化很大,ρ=20～60Ω·m,巖溶發(fā)育強度屬中等發(fā)育。

2.3 地質(zhì)構造

既有鐵路位于陜甘寧臺坳與汾渭地塹的分界帶,韓城—澄城—銅川斷褶帶上,該斷褶帶中斷裂構造以高角度地塹式正斷層為主,也有平移剪切斷層及逆斷層分布,斷層走向一般北東—北東東向。方案比選區(qū)內(nèi)既有鐵路全段位于涺水河—井溢溝腦正斷裂破碎帶內(nèi)。

在順斷裂帶方向上布置了6條物探剖面,采用電法勘探、地震勘探、氡氣測量等綜合物探方法,查明了涺水河—井溢溝腦正斷裂的基本性質(zhì)。6條物探剖面均存在物性低值區(qū),該區(qū)域電阻率 ρ值一般在30～80 Ω·m,波速Vp值一般在550～1 830m/s,小于兩側基巖物性值。根據(jù)物探勘探結論,斷層上下盤均為奧陶系灰?guī)r,下盤基巖出露,上盤被厚層第四系黃土及沖洪積卵礫石層覆蓋,斷層帶物質(zhì)以壓碎灰?guī)r及斷層泥為主,有明顯的破碎現(xiàn)象和牽引作用所形成的小褶皺及擦痕,斷層全長約22 km,總體產(chǎn)狀為N20°～40°E/60°～77°S,斷層破碎帶寬度165～190m,下盤斷層影響帶寬約170～225m,斷層破碎帶物質(zhì)主要以壓碎石灰?guī)r為主。

3 地質(zhì)選線的原則及比選方案

3.1 地質(zhì)選線原則及方案劃分

結合上述存在的地質(zhì)問題,按規(guī)范中有關不良地質(zhì)和特殊巖土地區(qū)、重大橋隧工程選線的有關原則,在方案比選時重點考慮幾個方面:

(1)對于巖溶,由于全區(qū)段內(nèi)巖溶普遍發(fā)育,線路無法避繞,只能選擇最佳方式通過巖溶地區(qū),以減少不良地質(zhì)對工程的影響。

(2)對于涺水河—井溢溝腦正斷裂破碎帶,由于既有線順斷裂破碎帶行走,增建二線受兩頭線路影響,無法避繞斷裂破碎帶,也只能選擇對工程影響最小的方式通過。

根據(jù)以上原則和增建二線鐵路的實際位置,我們主要確定了兩個線路方案,并對以下方案進行認真比選(見圖1)。

圖1 方案比選工程地質(zhì)平面示意

3.2 D1K方案

線路以大橋、路基形式通過此段落,主要工程只有涺水河大橋工程,全橋處于涺水河—井溢溝腦正斷裂破碎帶,工程地質(zhì)條件極其復雜,需查明下部地層情況、巖體破碎程度及巖溶發(fā)育程度。

3.3 D2K方案

線路以大橋及兩個短隧道形式通過此段落,主要工程有涺水河大橋、495m短隧道和230m短隧道,涺水河大橋相對于D1K方案工程地質(zhì)條件稍好,但也處于涺水河—井溢溝腦正斷裂影響帶內(nèi),工程地質(zhì)條件也極其復雜。并且兩個短隧道均為淺埋隧道,大部分行走于土石界面上,且受巖溶及斷層破碎帶影響,工程地質(zhì)條件極差,圍巖等級全為Ⅴ級。

4 結論

綜合以上勘察結果和分析,D1K方案雖然涺水河大橋全橋處于涺水河—井溢溝腦正斷裂破碎帶中,由于其主要是以路基形式通過此段落,避免了隧道工程,使巖溶、斷裂破碎帶等不良地質(zhì)對工程影響降低至最小。D2K方案雖然使涺水河大橋避開了斷裂破碎帶,但仍處于斷裂的影響帶中,工程地質(zhì)條件較D1K方案并沒有好很多,且其兩個隧道增加了工程的復雜程度。故從地質(zhì)選線的角度,建議采用D1K方案。

[1]鐵道部第一勘測設計院.鐵路工程地質(zhì)手冊[M].北京: 中國鐵道出版社,1999

[2]中鐵第一勘察設計院.鐵路工程地質(zhì)勘察規(guī)范(TB10012—2007)[S].北京: 中國鐵道出版社.2007

[3]鐵道部第一勘測設計院.鐵路工程不良地質(zhì)勘察規(guī)范(TB10027—2001)[S].北京: 中國鐵道出版社,2001

[4]鐵道部第一勘測設計院.鐵路工程特殊巖土勘察規(guī)范(TB10038—2001)[S].北京: 中國鐵道出版社,2001

[5]宓榮三.工程地質(zhì)[M].成都:西南交通大學出版社,2004