千島湖車站附近地面塌陷成因分析

劉 歡

(中鐵第四勘察設計院集團有限公司，湖北武漢 430063)

1 概述

金(華西)千(島湖)線千島湖站位于杭州市建德市新安江街道嶺后村,線路里程為K76+950～K77+450,走向295°,車站中心里程為K77+199,海拔高度約120 m。該站修建于1972年,沿東西走向,自北至南分別為1～6股道(見圖1),站址區主要以半填半挖為主,線路左側分布建德銅礦尾礦庫壩及民房,右側分布站臺及車站用房,緊鄰站臺右側為嶺后村洼地及建德銅礦開采區。

據當地居民反映,2010年2月26日位于線路右側的建德銅礦在嶺后村洼地井下-50 m處進行探礦作業,放炮后涌水嚴重,隨即采用2臺抽水機進行抽水,持續2 d仍未抽干,銅礦方隨即組織人力連夜用水泥封堵。2月28日晚嶺后村洼地(線路右側50～100 m)出現塌陷,塌陷過程持續約4～5 h,先后發生8處塌陷,陷坑基本呈圓形,直徑1～8 m,深度1～6 m。附近的建德銅礦2幢老職工宿舍樓發生地面塌陷,情況較嚴重。周圍其他房屋墻面也出現較大裂縫,裂縫寬約9～11 mm。位于宿舍樓南側的竹樹林也發生塌陷,樹木傾倒,根部陷入坑中(見圖2)。

圖1 千島湖車站

圖2 塌陷場景

事故發生后,我單位受鐵路設備管理單位委托隨即對事故地段展開調查,開展地質勘察工作,以查明塌陷原因,并對車站安全進行評價。經查閱資料,發現該站區下伏基巖以灰巖為主。針對巖溶地區工程特點,對千島湖站區采用綜合勘探手段開展地質工作：①收集浙江省建德幅(1∶20萬)區域地質資料,作遙感地質判釋(見圖3)；②站區北側700 m、南側300 m大面積地質測繪；③建德銅礦主井作業區調查；④物探工作：高密度電法和地震面波法；⑤對物探成果賦予機動鉆孔進行驗證。

2 千島湖站地區工程地質概況

2.1 地層巖性

根據1∶20萬區域地質圖及現場調查,場區主要地層如下。

①人工填土：主要分布在車站填方地段,成份為黏土夾碎石為主,結構松散,強度不均,層厚2.0～3.8 m。

②第四系沖洪積及殘坡積層：黏土,褐黃色,可塑-硬塑,層厚3～20 m,主要分布在谷地及山體斜坡地帶。

③石炭系中統船山組：灰巖與球狀灰巖互層,夾白云質灰巖,含燧石結核,主要分布在K76+940往小里程方向。

④石炭系中統黃龍組：塊狀灰巖及白云質灰巖,灰色,強風化至弱風化,厚>10 m,凹地北側可見人工剖面,分布范圍約為K76+940～K77+580,該地層為站址區主要地層。

⑤泥盆系上統西湖組：中厚層含礫石英,夾灰色炭質砂巖等,褐黃色,強風化,厚>5 m,主要分布在車站左側200 m,在建德銅礦尾礦庫壩體旁有出露。

⑥燕山晚期花崗閃長巖：在車站K77+400右側200～300 m分布,其中在Jz-Ⅲ10—千島8號鉆孔深度8～11 m處可見其侵入跡象,裂隙發育,與灰巖呈不整合接觸。

2.2 地質構造

測區位于一套由二迭系、石炭系、泥盆系地層組成的向斜核部,以石炭系中統黃龍組C2h灰巖為主。向斜走向約240°,與線路夾角約55°。區內發育一張性斷層,位于線路左側150～200 m處,走向約130°,傾角約25°。

2.3 水文地質

測區地表水體發育,緊鄰新安江水庫,低洼處常年積水,洼地塌陷處已形成一個個小水塘。地下水較豐富,主要類型為基巖裂隙水,第四系孔隙潛水和巖溶水。

基巖裂隙水：分布在線路左側的剝蝕低山丘陵區,大氣降水補給,向右側排泄,與第四系孔隙潛水和巖溶水聯通性較好。

第四系孔隙潛水：分布在第四系土層中,地下水位埋深隨地形有一定變化,車站內地下水位埋深約2～2.5 m,洼地水位接近地面。

巖溶水：分布在灰巖中,受低山丘陵區基巖裂隙水和大氣降水補給,巖溶水與其上的第四系孔隙水連通性較好,巖溶水與孔隙水互相補給。

本段居民及鐵路用水均來自新安江水庫。

3 千島湖站工程地質評價

3.1 工程地質環境

千島湖站位于一斷陷溶蝕谷地的南部邊緣地帶,地質構造比較復雜。鉆探和物探成果(見圖4)所反映的地質情況基本一致,物探成果的異常與上部土層的含水量過大和花崗閃長巖巖脈有關。根據鉆探和物探資料,K77+000～K77+400路基填土高度2.0～4.0 m,為黏土夾碎石,地基自上而下地層依次為：①第四系上更新統沖洪積黏土(Q3al+pl),褐黃色、棕紅色、紫紅色等雜色,一般為可塑,局部呈軟塑-流塑,層厚0～17 m。②石炭系中統黃龍組灰巖(C2h),灰白色、青灰色,厚層狀,弱風化,巖溶不太發育,8個鉆孔中有4個孔(1號、3號、7號、8號)有溶蝕現象,有2個孔遇到溶洞(1號、7號),鉆孔見溶洞率為25%。鉆孔線巖溶率為2.8%和19%,遇到的溶洞最大為1.8 m,最小的僅0.25 m,溶洞均被充填,充填物為黏土或黏土夾礫石,充填較密實。8號鉆孔在灰巖中發現兩條花崗閃長巖脈(1.2 m、0.7 m)。③大約在K77+250～K77+300一段5、6道下部及向線路左側,Q3al+pl黏土層之下為砂巖,強風化,褐黃色、灰褐色等。

地下水不發育,地下水位埋深1.5 m左右,鉆探中灰巖地層一般不漏水。

地面塌陷均發生鐵路右側150～200 m處。

圖4 物探高密度電法、地震面波法及鉆孔剖面

3.2 地面塌陷成因

千島湖站地區位于一斷陷溶蝕谷地中,屬于覆蓋型巖溶區,具備了覆蓋型巖溶區地面塌陷發生的基本條件。從上述地面塌陷發生的情況、地質環境和覆蓋型巖溶區地面塌陷的機理分析,該區地面塌陷是由于銅礦強烈抽排地下水引起的。

3.3 工程地質評價

從上述千島湖站的工程地質環境看,雖然位于覆蓋型巖溶區,但是路基底下的灰巖巖溶不太發育,鉆孔遇溶洞率和鉆孔線巖溶率較低,溶洞規模不大,且充填較密實,目前發生地面塌陷的條件尚不充分,按照《鐵路工程不良地質勘察規程》(TB10027—2001)中“巖溶地面塌陷預測分析參考標準”,千島湖站址可評為不易塌陷區。再者,目前地面塌陷均發生在鐵路右側150～200 m處,距鐵路較遠,調查時也未發現銅礦方再抽排地下水,最近工務部門對軌道的監測也未再發現軌道變化,因此建議：

①在保持目前的環境條件下,暫不對千島湖站路基進行處理,可維持正常行車。

②考慮巖溶發育的復雜性、地面塌陷發生的隨機性和間歇性,畢竟鐵路附近發生了大規模的地面塌陷,為了確保行車安全,應注意巡察千島湖站路基和軌道的變化,時間可為一個水文年。

③如果銅礦方繼續向鐵路挖掘巷道采礦,大量抽排地下水,引起地質環境惡化,則有可能引起鐵路路基的塌陷,因此設備管理單位應及時通告銅礦方嚴禁向鐵路采礦,嚴禁大量抽排地下水。

[1]鐵道第一勘察設計院.鐵路工程不良地質勘察規程[S].北京：中國鐵道出版社,2001

[2]鐵道第一勘測設計院.鐵路工程地質手冊[M].北京：中國鐵道出版社，1999

[3]鐵道第一勘察設計院.鐵路工程地質勘察規范[S].北京：中國鐵道出版社,2007

[4]鐵道第四勘察設計院.浙贛線分宜至蘆溪段巖溶及采空區工程地質勘察報告[R].武漢：鐵道第四勘察設計院,2006

[5]鐵道第四勘察設計院.京廣線K1240+850～K1241+325巖溶塌陷路基工程地質勘察報告[R].武漢：鐵道第四勘察設計院,2003