淺談薊港鐵路主要工程地質問題及評價

張霞云

(鐵道第三勘察設計院集團有限公司，天津 300142)

1 工程概況

薊港鐵路北塘西至東大沽鐵路擴能改造工程位于天津鐵路樞紐東南部，工程起自既有北環線胡張莊車站(已封閉，本次設線路所)，向南沿唐津高速公路、既有東南環線，經過民生村站、咸水沽站，到達津南支線的ZK7+300后折向東修建雙線，沿馬廠堿河北側，經過石閘村、至李港鐵路鄧善沽站，然后沿李港鐵路新增雙線至東大沽站外，正線全長54 km。線路共設3個車站，2個線路所，分別是新民生村站、咸水沽站、鄧善沽站、胡張莊線路所、金耀線路所，全線有特大橋7座，分別為上聯楊北公路特大橋、下聯楊北公路特大橋、京津塘高速公路特大橋、津濱高速公路特大橋、京山鐵路特大橋、海河1號特大橋、西閘特大橋，17段軟土及松軟土地基。

2 主要工程地質問題及評價

在收集、整理、利用區域地質資料的基礎上，加強區域地質調繪工作，掌握可能影響線路方案的地質因素，主要影響因素有活動斷裂、區域地面沉降、地震可液化層以及深厚軟土等。從地質角度提出合理的線路方案，規避活動斷裂、區域地面沉降、地震可液化層等不良地質和特殊巖土對工程的影響，并提出了合理的工程措施建議。

2.1 活動性斷裂評價及處理對策

近場區分布8條斷裂(如表1所示)，斷裂以北東向為主，其次為北西西向。這些斷裂均屬于平原隱伏斷裂，其斷裂性狀及活動特征是依據地球物理探測和鉆探等方法綜合研究的結果，天津斷裂、大城東斷裂、大寺斷裂等第四紀中期活動，具有發生6.5級地震的構造條件，晚第四紀不活動，其中跟本線位有直接影響的為海河斷裂和滄東斷裂。據1970年以來的地震資料，沿滄東斷裂僅有幾次3級地震，晚第四紀已不活動，對本工程無影響，海河斷裂全新世有所活動，且與其他第四紀活動的斷裂相交，具有發生7.0級地震的構造條件，需考慮地表位錯的可能性，未來百年的最大左旋走滑位錯量為2.07±0.45 m，交點位于斷裂的西端，距線位起點約40 km楊柳青附近，經緯度為E117.146°、N39.158°處;結合線路方案走向，建議線路盡量繞避斷裂的影響，并且場區內不存在地震崩塌、滑坡和泥石流災害，發生斷裂地表破裂的可能性不大，因此斷裂和活動斷裂對本工程的影響不大(如表1所示)。

圖1 薊港鐵路北塘西至東大沽擴能改造工程平面位置示意

表1 近場區主要活動斷裂基本特征

2.2 區域地面沉降特征及其對鐵路工程的影響

(1)工程沿線地面沉降歷史及現狀

東麗區地面沉降歷史及現狀:近6年來，年均沉降量在40 mm左右，沉降速率較大的地區主要位于東麗區南部，以軍糧城為中心，西至東麗開發區，東至無暇街，北至津濱公路，南至海河，與津南區北部沉降中心相連。

塘沽區地面沉降歷史及現狀:塘沽區是天津市地面沉降最為嚴重地區之一。塘沽區城區具明顯的外高內低的“盆地”形態。大部分地區年均地面沉降在20～30 mm。天津市經濟技術開發區年均沉降30 mm;保稅區年均沉降約27 mm;天津港年均沉降16 mm，只是在于莊子—中心莊一帶沉降在30～60 mm。1985～1990年是塘沽區地面沉降速率最大時間段，塘沽區新華路平均沉降速率達68 mm，從20世紀90年代之后，沉降速率明顯下降，基本控制在20 mm左右，特別是塘沽區城建區，控沉工作效果顯著。渤海石油基地到塘沽農場之間，從1990年之后的沉降速率小于1985～1990年，但是沉降速率仍然增大，需要重視。

津南區地面沉降歷史及現狀:津南區葛沽區是最大的沉降漏斗，最大年沉降速率近70 mm，咸水沽附近大于50 mm。

線路所經天津市所轄的東麗區、津南區、塘沽區沉降速率存在明顯的差異沉降，由此帶來的不均勻沉降對于鐵路的安全運營危險較大。

(2)地面沉降的危害與防治措施

根據調查，地面沉降造成的地面高程損失，對各種建筑工程的危害是相當明顯的，而且隨著地面沉降的發展而逐漸加劇。

①不均勻地面沉降改變線路坡度，影響線路正常運營，并增加維修費用。

②局部不均勻沉降必將改變原始設計坡度，對線路的平順性產生影響，達不到鐵路的最佳運行坡度，這種影響隨著時間的推移，坡度會變大，影響也會逐漸增加。

③工程建設誘發不均勻性沉降對工程造成的危害:一方面高密度大型工程建設，使局部地面荷載增加，產生附加地面沉降，各單體建筑的附加沉降互相疊加，形成地面沉降;另外工程施工過程中的降水工程也會大量抽取地下水，引起不均勻地面沉降。

④沿線有淺層地下水開采井分布。淺部地層更松散，工程地質性質較深部地層差，多屬中等壓縮性地層，地層結構是黏性土層與砂層交互成層，為雙面排水的地層結構，在相同的水位下降條件下，同樣厚度的地層，淺部地層引起的局部不均勻沉降比深部地層更嚴重一些。因此，淺層地下水的開采，對地面沉降的影響更應引起關注。淺層地下水開采影響半徑在100～200 m之間，開采井距工程越近影響越大。

⑤區域地面沉降引起地面高程的損失，從而造成雨季地表積水，防洪能力下降，給鐵路正常運營帶來威脅。

地面沉降的發生、發展是與地下水的開采和補給量的動態變化密切相關的，所以只有在鐵路兩側一定距離內嚴格控制地下水的開采，確保地下水位不再持續下降，才能從根本上控制地面沉降。

根據沿線區域地面沉降的分布特點，在選擇線路方案時建議線路盡量沿地面沉降等值線通過。本工程采用有砟軌道方案，且沿線區域地面沉降較緩慢，因此區域地面沉降對采用有砟軌道的薊港鐵路運營影響很小。

2.3 不良地質的評價及處理對策

沿線地震動峰值加速度為0.15g，第四系全新統沖積海層(Q4al+m)中的部分粉土及粉細砂透鏡體為地可液化層，相關工程應考慮采取相應處理措施。其分布段落見表2。

表2 地震液化層分布

對于路基工程，在對施工噪聲要求嚴格或用土方便的地段，可采用增設反壓護道增加上覆非液化層厚度的方法處理;在用土不方便或對施工噪聲要求較低的地段宜采用擠密砂樁、碎石樁、碎石樁、攪拌樁或強夯法等進行處理。分布于橋梁地段的液化層，設計時應充分考慮液化層對樁基的影響，并區分不同情況采取適當處理措施。

2.4 特殊巖土的評價及處理對策

(1)軟土

沿線第四系全新統沖海積層廣泛分布軟土，巖性主要為淤泥質粉質黏土，局部為淤泥質黏土。軟土層埋深1.5～4.5 m，其厚度一般為3.6～10.2 m，東大沽附近最大厚度可達18 m左右。有機物含量一般為2.6%～7.6%。根據沉積特點，可將沿線軟土劃分為以下幾類:一是分布于溝渠、水塘內的軟土，呈零星分布，成因類型為沖積或湖沼堆積;此類軟土一般厚度為0.5～1.5 m，以淤泥和淤泥質土為主;由于其沉積時間短，固結程度很差，具流變性。二是分布于沿線沖積、海積積地層之中，厚度一般為3.6～10.2 m，東大沽附近最大厚度可達18 m左右，以淤泥質粉質黏土和淤泥質黏土為主，顏色為灰色—灰黑色，局部黑色，流塑，有異味。軟土靜力觸探端阻極低，一般在0.3～0.7 MPa，孔隙比高，最大可達2.0，含水量大，最高可達70%，屬高壓縮性土，局部富含生物貝殼及其碎片，土質疏松不均，具有天然含水率高、有機質含量多、孔隙比大、壓縮性高、透水性差和承載能力低等特性，工程性質較差。其物理力學指標見表3。

表3 物理力學指標

軟土在外力作用下易發生變形，而在區域發育的差異又導致其變形的地域不均勻性，容易引起地基變形問題，因此在工程施工之前要對軟土地基進行適當的處理，以滿足工程的設計要求。由于土體具有壓縮性，地基承受建筑物荷載之后，必然發生沉降或差異沉降，影響建筑物的安全，處理不當會導致路基變形破壞，對鐵路提速的運營將產生較大影響。提出如下處理措施:

①橋梁工程采用樁基礎。

②路基工程采用反壓護道、攪拌樁、CFG樁、土工格柵等綜合處理方法。

(2)鹽漬土

DK66+164.3～DK71+638.8段地表分布有弱鹽漬土—超鹽漬土，其類型為氯鹽及亞氯鹽漬土，易溶鹽含量為1.04% ～11.59%，毛細水強烈上升高度為2.2～3.1 m，具有吸濕和松脹性，影響路基穩定，并對建筑物有腐蝕作用。與此有關的工程應根椐最高水位和臨界凍結深度計算最小路堤高度，對不能滿足最小路堤高度的地段，可采用設置毛細水隔斷層的處理方法。如鋪設砂墊層或土工布等。

(3)填土

沿線村莊及既有線附近分布較多填土，主要類型有填筑土、素填土、雜填土等。由于填筑年代長短不一、填筑方法多種多樣、料源差異較大，造成其性質變化多端，修建鐵路工程時應針對不同填土類型采取相應的處理措施如挖除換填、分層夯實、地基加固等。

3 結論

薊港鐵路工程位于天津濱海地區，基底深厚軟土發育，地表鹽漬土分布廣泛，地震烈度高，局部有地震可液化層分布，同時受天津沉降漏斗的影響，區域地面沉降嚴重。針對以上難題，地質工作人員采用收集資料、地質調繪、綜合勘探技術，提出了合理的線路方案，查明了沿線地層巖性、工程地質水文地質條件以及不良地質和特殊巖土的分布范圍和工程特征，為設計和施工提供了充分的地質依據，為薊港鐵路的開通運營提供了條件。

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