贛龍鐵路擴能改造主要工程不良地質問題及其工程措施

王 祥

(中鐵第四勘察設計院集團有限公司地路處,武漢 430063)

贛龍鐵路擴能改造主要工程不良地質問題及其工程措施

王 祥

(中鐵第四勘察設計院集團有限公司地路處,武漢 430063)

贛龍鐵路擴能改造工程位于閩贛交界的山區,中、低山、剝蝕丘陵為本線主要地貌,山勢陡峻,區內各種軟硬巖交叉、廣泛分布,構造發育,巖體破碎,危巖落石、滑坡、巖堆、放射性、瓦斯等不良地質體發育。在勘察設計期間,通過線位局部調整、工程類型調整、針對性的支護措施加強等勘察設計方法,盡量降低了不良地質對鐵路工程的影響,可供其他山區鐵路勘察設計參考。

鐵道工程;山區鐵路;不良地質;勘察設計

1 概述

贛龍鐵路擴能改造工程位于江西省東南部、福建省西南部。西起江西省贛州市,東至福建省龍巖市,經過江西的贛南和福建的閩西地區,橫穿閩贛邊界的武夷山脈,兩側地勢差異較大,地面高程在50～1200m,地形地貌、地質條件十分復雜,為典型的復雜山區鐵路。

正線線路長度約250km,隧道92座約126km,橋梁長度 70km,橋隧合計 196km,占線路總長度的78.4%。

線路方案受到地形地貌、地質條件的嚴重制約,鐵路經過地區山勢陡峻,區內各種軟硬巖交叉、廣泛分布,構造發育,巖體破碎,危巖落石、滑坡、巖堆、放射性、瓦斯等不良地質體發育。以往的經驗表明,不良地質如果設計工程措施不當,將對施工及后期的運營產生嚴重的危害,造成經濟損失和不良的社會影響[1-5]。因此,在勘察設計階段,如何盡量降低不良地質對工程的影響,對鐵路工程的施工及運營安全具有十分重要的意義。本文論述了贛龍擴能改造工程危巖落石、滑坡、巖堆、瓦斯、放射性等不良地質地段的勘察設計及其應對措施,可供山區鐵路勘察設計參考。

2 地形地質概況

贛龍鐵路擴能改造工程沿線地層巖性復雜多變,從古老的震旦系硅質頁巖、板巖到白堊系紅層均有出露。白堊系地層易坍塌而失去穩定,局部地段巖層傾向線路,存在順層等不良地質現象;侏羅系地層巖體破碎,小型溜坍極發育,水土流失嚴重,邊坡開挖后易失去穩定;石炭系及二疊系灰巖地層中均發育巖溶,局部存在煤層、錳礦采空區,影響地基穩定;寒武系、前寒武系地層及震旦系地層因形成時代古老、變質作用程度不一、礦物成分、地質構造因素的綜合影響,巖體破碎,邊坡開挖后易失去穩定。另外沿線巖漿巖侵入作用強烈,印支期、加里東期及燕山早期第一階段、第二、第三、四階段侵入巖體分布廣泛,侵入巖體受多期侵入及巖體自身礦物成分的影響,巖體風化深度大,大型沖溝發育,個別沖溝深達40余m,地表植被稀少,水土流失極為嚴重。

測區內地質構造發育,構造運動引起的深、大斷裂在區內形成相互交匯、復合、遷就、改造等復合形式,斷裂大小交織,對區內巖體工程地質條件影響較大,滑坡、危巖落石、巖堆等不良地質現象非常嚴重。贛龍鐵路擴能改造工程區域地質構造綱要見圖1。

圖1 贛龍鐵路擴能改造工程區域地質構造綱要

3 不良地質地段的勘察及工程措施

3.1 危巖落石

沿線地形具有切割深度大、懸崖峭壁高且多層分布的特點。部分灰巖山體,基巖裸露,溶蝕現象嚴重,山坡孤石、碎石堆積;花崗巖發育地段由于不均勻風化作用,山坡孤石較多;福建段中低山區部分地段古老地層受構造作用,巖體節理裂隙極為發育,存在崩塌、落石現象。部分地段為既有的采石場,開采比較凌亂。圖2為DK156+746～DK156+790地段典型危巖落石照片。

圖2 DK156+746～+790地段典型危巖落石

DK156+746～+790為危巖落石地段,初步擬定工程類型為路塹,路塹中心挖方-1～-3m,考慮該處為既有采石場,危巖落石出露巨大,不可能進行清除,而采用常規的主、被動網,無法確保路基運營的安全。經過路基和隧道的經濟技術比較后,認為采用隧道接長明洞是比較穩妥的解決方案。

通過排查、分析,全線采用接長明洞的危巖落石地段有6處398m。

其他個別小型危巖落石地段,對不穩定的危巖落石采取清除、主被動網等合理可靠的措施進行加固。

3.2 滑坡

鐵路沿線分布滑坡體,主要分布在江西境內,為殘積、坡積土層中產生牽引式滑動,局部為順層滑坡體,一般分布在白堊系、石炭系、寒武系地層砂巖、頁巖、千枚巖等地層中,在軟硬不均的地層中存在軟弱薄層及泥化軟夾層,沿下伏硬質巖層面滑動,一般規模較小,對工程影響較小,勘察設計中加強了路塹邊坡的加固防護措施。個別地段影響較大的,線位進行了繞避處理。

西江隧道進口滑坡位于江西省會昌縣西江鎮小密村西江隧道進口附近,屬剝蝕低山區,自然坡度約15°～45°,下伏地層為石炭系下統梓山組(C1z)灰黃色、中薄層頁巖及灰黑色炭質頁巖,滑坡體后緣為石炭系和泥盆系的巖性接觸帶,地形為上陡下緩,覆土較厚,兩側雙溝同源,植被稀疏,有臺階發育,似有滑動痕跡。平面、縱斷面詳見圖3、圖4。

圖3 原西江隧道進口滑坡平面示意

圖4 原西江隧道進口滑坡縱斷面

根據測繪、滑坡機動鉆探資料分析,滑坡體表層為厚3.8～6.8m的粉質黏土夾碎石,下伏C1z灰黃色、中薄層頁巖及灰黑色炭質頁巖,滑坡體長約320m、寬約500m、厚6.8～12.0m,滑坡主軸線與線路夾角約50°,主要為沿炭質頁巖軟弱夾層產生滑動。

線路以隧道的形式從滑坡體底部穿過,經計算,施工開挖后滑坡主軸方向產生的滑坡推力為3524kN/m,滑坡推力巨大,考慮滑坡治理和隧道施工開挖困難、整治費用較高,容易存在安全隱患,線路向右偏移約178m,繞避了該滑坡體,消除可能存在的安全隱患。

3.3 堆積體

梅花山巖堆位于福建上杭縣洋稠村附近、梅花山隧道出口 DK229+278～+415段。巖堆體積約94500m3,沿坡面走向(近南北)分布,長約135m,寬30～80m,上部為粉質黏土夾碎石,厚度0～11.8m,下部為碎石土、塊石土,塊石成分為花崗巖,厚 0～9.63m,體積約94500m3,下伏花崗巖全風化。DK229+487～DK229+527路基地段,體積約14700m3,沿坡面走向(近垂直于線路方向)分布。長約60m,寬30～40m,厚度約0～14m,自然坡度30°～35°以上,后部發育陡坎。巖堆附近植被發育,多為毛竹和灌木、雜草等。梅花山巖堆平面位置如圖5所示。

圖5 梅花山巖堆平面位置示意

堆積體基巖裂隙水較為發育,地下水受大氣降水補給,在堆積體下方約50m處見一山間沖溝,溪流寬為1～3m,水深0.2～0.5m,流速約2m/s。

根據現場調查及鉆探資料,堆積體范圍山坡表層多為厚層粉質黏土、塊石土、碎石土及土夾碎石所覆,整個堆積體中雜亂堆積的塊石等均為γ25花崗巖,巖質堅硬。堆積體中充填為黏性土。堆積體坡面植被發育,多為毛竹和灌木。

堆積體所處山體自然坡度約20°,后緣巖壁較陡,坡度約70°,山坡坡面植被發育,且未發現反映斜坡變形的“馬刀樹”等,其下水溝陡壁自立性較好,表明整個堆積體現狀穩定。

位于隧道出口處堆積體,隨著鐵路工程的開工建設,堆積體既有穩定邊界條件的改變,堆積體存在滑動的可能,建議隧道設計和施工中采取相應的措施。

對于路塹段的(挖方高度0～-10m)巖堆,采取清除、注漿、支檔等加固防護措施,確保了路塹邊坡穩定。

3.4 放射性

沿線出露侵入巖長度約90km,約占全線總長的36%。從區域地質報告分析,出露花崗巖以酸性巖石為主,所含礦產主要為鐵、銅、鉛、錫、鎢、鈮、釔、鈹等黑色、有色金屬及稀有金屬礦產。

勘察期間采用重慶地質儀器廠生產的FD-803Aγ射線檢測儀,進行了地表探測;采用深孔鉆孔綜合測井進行了深部測試,查明了沿線酸性巖漿巖的放射性。

經過現場檢測,職業照射放射性的年平均有效劑量為 2.7～4.7mSv/year,小于 20mSv/year(毫希弗/年),為正常背景值,為放射工作場所非限制區,花崗巖巖體無放射性危害。

根據《鐵路工程不良地質勘察規程》(TB10027—2001)規定為放射工作場所非限制區,花崗巖巖體無放射性危害;但在施工過程中,為防止局部放射性礦物富集地段對施工人員身體的不利影響,需在花崗巖巖體施工地段實測自然放射性強度,并采取相應的措施。

3.5 有害氣體

本線主要的有害氣體為煤層瓦斯,主要賦存于二疊系、石炭系、三疊系、侏羅系等地層的煤線、石煤層中,主要位于江西省境內。煤系地層隧道主要有新楓樹排隧道(DK59+635～DK60+488,853m),梓山隧道(DK63+567～DK66+929,3362m),劉屋隧道(DK70+ 818～DK71+422,604m),小密隧道(DK85+502～DK86+998,1496m)等。

勘察工作方法:收集隧道附近的區域性地質、礦產地質、水文地質、有害氣體的資料,以及有關瓦斯賦存、突出的其他地質資料(含地質平面圖、剖面圖、煤系柱狀圖、煤層對比圖、鉆孔資料、勘察報告等);收集煤礦隧道附近坑道分布、開采水平、通風方式、瓦斯等級、采空區范圍、規劃采區的位置和范圍;收集隧道附近有關瓦斯礦井通風和煤與瓦斯突出的歷史記載和實測資料。

進行了沿線生產礦井瓦斯相對涌出量與絕對涌出量的井下測定、沿線生產礦井煤樣的采取與測試(每礦不少于2個樣)。進行了隧道鉆孔瓦斯壓力測試(每座隧道不少于2孔)、隧道鉆孔瓦斯含量與成分測試(每座隧道不少于2孔)、隧道鉆孔煤樣的采取與測試(每礦不少于2個樣)、進行了煤層的主要物理性質和指標以及工業成分分析,包括顏色、光澤、重度、硬度、水分、揮發、固定碳、灰分。進行了煤的自燃及煤塵爆炸性測試及判斷、瓦斯放散初速度測試。綜合判定了隧道附近煤與瓦斯突出危險性判斷。

進行了隧道勘探鉆孔瓦斯壓力測試和取鉆孔巖芯煤樣瓦斯分析等工作。

經過測繪、瓦斯專項測試等綜合勘察,綜合分析確定新楓樹排、梓山、劉屋、小密隧道為低瓦斯隧道,屬Ⅱ類破壞煤,無煤與瓦斯突出危險,煤層自燃傾向等級為Ⅱ級,具有自燃傾向,局部地段可能存在瓦斯富集,設計、施工中應充分考慮隧道掘進工作面有效供風量,確保施工安全。

4 結語

(1)贛龍擴能地處閩贛交界山區,地形地質條件十分復雜,不良地質體十分發育,在線位確定中應盡量繞避性質復雜的、難以查明的嚴重不良地質地段。

(2)對于對鐵路營運危害較大的危巖落石、巖堆等不良地質地段,應合理設置工程類型或者加固措施,達到盡量降低風險的目的。

(3)贛龍擴能鐵路花崗巖地層分布廣泛,經過現場測試,花崗巖巖體無放射性危害;但在施工過程中,為防止局部放射性礦物富集地段對施工人員身體的不利影響,需在花崗巖巖體施工地段實測自然放射性強度,并采取相應的措施。

(4)通過綜合分析,贛龍擴能瓦斯隧道為低瓦斯隧道,屬Ⅱ類破壞煤,無煤與瓦斯突出危險,煤層自燃傾向等級為Ⅱ級,具有自燃傾向,局部地段可能存在瓦斯富集,設計、施工中應充分考慮隧道掘進工作面有效供風量,確保施工安全。

[1] 和昆,蔣楚生.云南元磨高速公路路塹高邊坡及滑坡整治工程[J].路基工程,2004(1):49 -51.

[2] 陳金祿.橫南鐵路陳墩滑坡病害整治[J].路基工程,2004(4): 66 -68.

[3] 劉道勝.寶成鐵路109隧道搶險改線地質選線[J].山西建筑, 2008(35):312 -313.

[4] 李光輝.新建武廣鐵路大瑤山地質選線[J].鐵道勘察,2004(6): 33 -37.

[5] 方霞.注漿鋼花管技術在邊坡滑坡治理中的應用[J].交通科技, 2009(2):49 -51.

[6] 中鐵第四勘察設計院集團有限公司.贛龍擴能改造工程初步設計地質篇[R].武漢:中鐵第四勘察設計院集團有限公司,2010.

The Main Unfavorable Geology Issues and Engineering Measures in Capacity Expansion and Renovation Project of Ganzhou-Longyan Railway

WANG Xiang
(Department of Geology and Subgrade Engineering, China Railway Siyuan Survey and Design Group Co. , Ltd. , Wuhan 430063, China)

The capacity expansion and renovation project of Ganzhou-Longyan Railway is located in the mountain area of the junction between Jiangxi and Fujian Province.The medium or low mountains and the denudated monadnocks are the main landforms.The mountain is steep in which the various soft or hard rocks intersect with each other along the railway.The structure is developed and the rock is crushed.The unfavorable geological condition is widely distributed,such as the dangerous rocks or rockfalls,the landslide,the talus,the radioactivity,the gas and so on.During the survey and the design,many methods were used to reduce the unfavorable geology effects on the railway project,such as adjusting the partial route,optimizing the project type,strengthening the supporting measures and so on.The methods can be referenced for other mountain railway survey and design.

railway engineering;mountain railway;unfavorable geology;survey and design

P622;U212.32

A

1004 -2954(2012)11 -0031 -04

2012 -07 -11

王 祥(1970—),男,博士,教授級高級工程師,國家注冊土木工程師。