內蒙古塔日海德爾斯至查干淖爾礦區鐵路專用線建設工程地質災害危險性評估

王峰

摘 要：在實地調查的基礎上，收集與本項目相關資料，查明了內蒙古塔日海德爾斯至查干淖爾礦區鐵路專用線周邊的地質災害類型，在其地質災害危險性現狀評估和預測評估的基礎上，進行了地質災害危險性綜合評估，為新建鐵路線征用土地提供科學依據。

關鍵詞：塔日海德爾斯 查干淖爾礦區 鐵路專用線 地質災害 危險性評估

錫林郭勒盟位于內蒙古自治區中部，礦產資源豐富。特別是其所轄的阿巴嘎旗分布有查干淖爾、紅格爾廟、白音烏拉、那仁寶力格等煤田，目前，四大煤盆預測儲量230億噸； 此外，阿巴嘎旗鐵礦、銅礦、螢石等礦產資源也很豐富。煤田煤質大部分為中灰、低硫、低磷褐煤，是優質動力煤和化工用煤。具有分布廣、規模大、埋藏淺、煤層厚，賦存穩定，地質結構簡單，開采條件好，適合于綜合技術的應用和集約化大規模露天開采，并具有低成本開發優勢，開采前景十分廣闊。

目前，吸引范圍內尚無鐵路運輸通道，本線建設將為上述煤田煤炭運輸提供便捷的交通運輸方式，對于推動地區資源開發、彰顯地區資源優勢，加快向經濟優勢轉化等具有重要意義和積極帶動作用。

1、地質概況

1.1 地理位置

塔日海德爾斯至查干淖爾礦區鐵路專用線位于東經114°38′34″-115°10′28″，北緯43°31′37″-43°58′06″。

1.2 地貌

評估區根據其不同成因及形態特征可分為低山丘陵、熔巖臺地、湖積洼地、風積沙地、河谷五種地貌類型。

1.3 構造

評估區在大地構造單元上屬于天山—內蒙古地槽褶皺系的一部分，次級單元處于二道井—錫林浩特復背斜的中部地段。構造線方向主要為北東向，構造形式以“多”字形構造為主。形成向東南方向凸出的弧形構造體系。

喜山運動時期，在該區范圍內除了產生斷裂和凹陷外，火山活動范圍也很廣，因而有玄武巖噴發，集中在阿巴嘎旗一帶形成了大面積玄武巖臺地，即阿巴嘎熔巖臺地。

1.4 地層

（一）侏羅系上統下興安嶺組（J3x）

零星分布于擬建鐵路線CK170+567.51北部額爾登陶勒蓋附近，向北東東或東西向延伸，在評估區出露面積較小。巖性為灰白、暗紫、淺紫色凝灰巖、粗面安山巖、粗面巖、流紋巖和玄武巖的熔巖，中部夾淺灰色粉砂巖和砂礫巖。凝灰質碎屑巖及粉砂巖中含有植物化石。厚度大于1617m。

（二）第三系上新統（N2）

位于擬建鐵路線CK110+000～CK114+500南側；CK123+000～CK124+400東側；CK125+750～CK128+000段；CK137+500～CK141+100東側；CK141+100～CK142+000段；CK142+000～CK144+250東側；CK148+000～CK150+500東側。巖性為磚紅色-灰白色泥巖、泥質粉砂巖、泥質砂巖，層理發育，產狀近水平；其上多有風積沙覆蓋。據區域調查及鉆孔資料揭示，該層厚15～50m，本次工程勘查未揭穿本層。

（三）第四系（Q）

1、第四系全新統風積層（Q4eol）

評估區沿線地表廣泛分布，位于擬建鐵路線CK94+850～CK124+400；CK125+350～CK125+750；CK128+000～CK141+100；CK142+000～CK170+567段，覆蓋于老地層之上。巖性為淺黃色、黃褐色中細砂、粉細砂，砂礫成份以石英、長石為主，結構松散，分選較好，透水，厚度0.5～20m。

2、第四系全新統沖湖積地層（Q4l+al）

分布于評估區現代湖泊和較大積水洼地周圍，位于擬建鐵路線CK88+100～CK94+850；CK146+000～CK147+000西側及CK165+000～CK165+500東側，巖性為灰黑色、灰白色粉砂、粉砂質粘土及淤泥，含有鹽堿等化學成分，淤泥具可塑性和腐臭味，砂粒成分主要為石英、長石，含少量暗色礦物，磨圓度好，分選好。厚度0.5～10m。

3、第四系下更新統火山堆積層（β1）

分布于評估區擬建鐵路線CK138+750～CK140+100以東烏蘭高及CK126北特格音烏拉一帶，巖石主要為橄欖玄武巖和伊丁石玄武巖。橄欖玄武巖為黑色，斑狀結構，基質具間粒結構，塊狀構造。斑晶為橄欖石、角閃石。其中橄欖石占10%，角閃石占5%。基質由基性長石、輝石、方解石組成；伊丁石玄武巖為斑狀結構，基質間粒結構，氣孔杏仁狀構造。斑晶中輝石、橄欖石少量。基質中斜長石約占45%，輝石占25%，不透明礦物占5%，伊丁石占15%。火山口附近堆積厚度大，遠離火山口厚度逐漸變小，至玄武巖臺地邊緣，厚度約30～50米。

1.5 工程水文地質條件

擬建鐵路所經地區丘陵較少，大部分為地形相對平緩地帶，地下水位埋藏相對較淺，對工程施工會產生一定影響。沿線水質變化較大，一般屬淡水～微咸水，對鋼結構及混凝土具弱～中侵蝕性。綜上所述，評估區水文地質條件較差。

1.6 巖土體工程地質類型特征

1、較硬質巖

位于擬建鐵路線CK170+567.51以北地區，地層巖性主要為侏羅系凝灰巖、粗面安山巖；位于擬建鐵路線CK138+750～CK140+100以東及CK126北一帶，地層巖性主要為下更新統玄武巖；位于擬建鐵路線 CK124+400～CK125+350段及東北部，地層巖性為印支期花崗巖，較致密堅硬。全風化呈砂狀，弱風化層巖石為短柱狀，性脆，質較硬。新鮮巖石的飽和單軸抗壓強度大于35Mpa，工程地質條件良好。

2、軟質巖

位于擬建鐵路線CK110+000～CK114+500南側；CK123+000～CK124+400東側；CK125+750～CK128+000段；CK137+500～CK141+100東側；CK141+100～CK142+000段；CK142+000～CK144+250東側；CK148+000～CK150+500東側。地層巖性為第三系磚紅色、灰白色泥巖、泥質粉砂巖、泥質砂巖、砂礫巖，層理發育。自由膨脹率一般為Fs=60%～125%，具中-強膨脹性，硬塑，飽和單軸抗壓強度大于8Mpa。

3、砂土

①第四系全新統風積砂位于擬建鐵路線CK94+850～CK124+400；CK125+350～CK125+750；CK128+000～CK141+100；CK142+000～CK170+567段，巖性為風積細砂、粉砂，松散～稍密，強度中等～低，變形量中等～高，地基承載力標準值一般80～100kPa。

②第四系全新統沖湖積層，位于擬建鐵路線CK88+100～CK94+850；CK146～CK147西側及CK165～CK165+500東側，巖性為灰白色、灰黑色粉細砂、粉砂、粉砂質粘土及淤泥。稍濕，松散，土層承載力標準值一般100～120kPa。

1.7 人類工程活動

評估區鐵路沿線，無工礦企業及規模性建筑，也無礦山采掘活動，大部分為荒地和旱草地，以牧業生產活動為主，地質環境條件保持良好。人類工程活動強度較弱，破壞地質環境的人類工程活動一般。

2、地質災害類型及危險性現狀評估

2.1 風蝕沙埋

風蝕沙埋分布于擬建鐵路線CK119+300～CK124+100段，現狀危險表現為土壤沙漠化，影響農牧業生產、生態環境及空氣質量。評估區內人口較少，無工礦企業及規模建筑，人類工程活動弱。現狀條件風蝕沙埋造成的直接經濟損失較小，對擬建鐵路危害程度小，其危險性小。

2.2 凍脹融陷

凍脹融陷地質災害分布于評估區CK87+100～CK94+850段，現狀條件下表現為冬季寒冷使道路發生變形和凍裂，春季地表凍土融化就易產生道路翻漿，既有公路采取了加高路基、換土、填方等措施，公路一直正常運行。現狀條件下危害程度小，危險性小。

3、地質災害危險性預測評估

3.1 鐵路工程建設引發的地質災害

根據《塔日海德爾斯至查干淖爾礦區鐵路專用線可行性研究報告》，擬建鐵路主要工程內容為修建橋梁、站場及路基鋪設等。在進行這些工程建設時，可能會引發風蝕沙埋地質災害。

評估區CK94+850～CK95+600； CK96+250～CK103+400；CK104+600～CK109+600；CK117+700～CK119+300；CK128+000～CK133+100；CK138+200～CK140+100段，為固定、半固定沙地，現狀條件下生態植被較穩定，風蝕沙埋不發育。擬建工程在建設過程中，通常會改變原來的地質環境，形成路塹、路堤及取土、棄土等工程現象。工程建設取土和棄土會使地表土質不同程度外露，破壞原有植被環境，加劇水土流失，引發風蝕沙埋災害。風蝕沙埋段沿線長21.50km，占擬建鐵路線的24.94%。預測評估認為引發的風蝕沙埋地質災害，承災對象主要為路基、橋梁、車站及行車運營安全。造成的直接經濟損失較小，對擬建鐵路危害程度小，其危險性小。

塔日海德爾斯至查干淖爾礦區鐵路專用線鐵路建設要進行挖方和填方工程，全線挖方33處，填方34處。由前述的擬建鐵路切坡、填方地段調查表（1-6、1-7）可知，線路沿線填埋深度大部分小于10m，只在CK88+100～CK94+600、CK118+600～CK120+320、CK121+660～CK124+530段最大填埋深度大于10m。填方段工程地質條件較好，地層穩定，不會引發滑坡地質災害；挖方地段高度大部分小于8m，且地表全為風積砂層，因此不會產生崩塌地質災害。只在CK124+620～CK124+850段最大切坡高度大于8m。且為巖質坡，巖性以細粒花崗巖為主，風化嚴重，易形成不穩定邊坡，在建設過程中和建成后，邊坡可能失穩，引發崩塌地質災害。（該段崩塌編號為BT）

BT崩塌位于擬建鐵路CK124+620～CK124+850段，巖性為細粒花崗巖，風化嚴重，風化裂隙發育。切坡后形成陡立巖坡最高8.2m，切坡長度230m。在自重卸荷、機械振動、風蝕雨蝕等外部因素作用下，可能產生崩塌地質災害，崩塌量約500 m3。（見剖面A—A′，B—B′）危害對象為人員、施工機械設備及行車運營安全。其危害程度小，危險性小。

3.2 工程建設加劇地質災害預測

通過收集資料和野外實地調查，分析得出在評估區CK87+100～CK94+850段存在凍脹融陷地質災害，在工程建設過程中，凍脹融陷地質災害區，挖除路基基底范圍內凍脹土并換填非凍脹性土，對路基不會產生影響。因此工程建設不會加劇凍脹融陷地質災害。

位于評估區中部（CK119+300～CK124+100）段為流動半流動沙丘，現狀條件下，存在風蝕沙埋地質災害，工程建設會加劇風蝕沙埋地質災害。其危害程度小，危險性小。

3.3 工程建設可能遭受地質災害危險性的預測

預測擬建鐵路工程建設可能遭受的地質災害主要有風蝕沙埋、崩塌、凍脹融陷等。承災對象主要為路基、橋梁、車站及行車運營安全。

一、風蝕沙埋

擬建鐵路在評估區CK94+850～CK95+600； CK96+250～CK103+400；CK104+600～CK109+600；CK117+700～CK119+300；CK119+300～CK124+100；CK128+000～CK133+100；CK138+200～CK140+100段，因工程建設可能會引發并加劇風蝕沙埋災害，因而鐵路在建設中或建成后將會遭受風蝕沙埋災害的侵害。承災對象主要為路基、車站及行車運營安全。切坡形成的背風路面易形成積沙路段，造成沙埋鐵路。填方路段，由于擬建鐵路路基的阻擋，改變了局部的空氣氣流，易在路基兩側形成積沙，造成沙埋鐵路。風蝕沙埋段沿線長26.30km，占擬建鐵路線的30.75%。預測評估認為遭受風蝕沙埋災害危害程度小，危險性小。

二、崩塌

擬建鐵路在建設中及建成后，在擬建鐵路CK124+620～CK124+850段可能引發崩塌地質災害。因而鐵路在建設中或建成后將會遭受崩塌災害的侵害。崩塌段長230 m，占線路總長的 0.28%。危害對象是鐵路及鐵路修建時的施工人員和機械。預測評估認為鐵路建設可能遭受崩塌（BT）災害，其規模較小，造成的直接經濟損失小，預測其危險性小。

三、地面塌陷

擬建鐵路線從查干淖爾煤田西南部穿過，評估區穿越段（CK87+100～CK93+250）屬未開采煤田的規劃范圍。煤田可采煤層有2層，為2號和2S2號煤層。2號煤層厚約12.40～30.70m，2S2號煤層厚約0.35～6.55m。煤層頂板平均深度217.07～463.49m。根據收集到的煤田勘探資料對煤田綜合開采的采深采厚比進行了計算。綜采煤層的采深采厚比值在8～23之間，煤田的采深采厚比值均小于30。（見表1）

根據查干淖爾煤田開拓方式平面圖，煤田可采煤層界線大都位于評估區外，遠離擬建鐵路線，只在CK87+100～CK88+475、CK91+250～CK92+375二段位于評估區內。因而采礦工程將在該區域形成地面塌陷。本次評估對煤田開采后對地表的影響范圍進行了計算，計算公式r=H/tanβ

r—地面影響區半徑

H—煤層頂板埋深

β—移動角（度）

本煤田煤層（可采界線周邊）綜合開采時，煤層頂板埋深取其附近煤層頂板深度的平均值，開采深度在217.07～463.49m之間。移動角β單層采動時tanβ為2.0，重復采動時tanβ為2.4，本煤田為多層重復采動，故tanβ取值為2.4。將數據代入公式，求得地面影響區半徑193.12m。

CK87+100～CK88+475、CK91+250～CK92+375段煤田開采后，從可采邊界線算起，向外193.12m將引發地面塌陷，因煤田開采時已預留了安全煤柱，且塌陷區范圍未到安全煤柱范圍內。因此以上區域煤田開采時，對擬建鐵路本身不會造成影響。（見附圖1、2）

預測評估認為塌陷是因采礦工程引發，其承災對象是采礦工程本身。鐵路建設不會遭受塌陷（TX）災害。

四、凍脹融陷

在評估區CK87+100～CK94+850段存在凍脹融陷地質災害，在工程建設過程中凍脹融陷地質災害對鐵路路基的強度和穩定性產生不利影響，預測工程建設遭受凍脹融陷災害，危害對象為鐵路路基，其危害程度小，其危險性小。

4、地質災害危險性綜合評估

4.1 地質災害危險性小區（段）WX

4.1.1地質災害類型為崩塌（BT）。

崩塌區（段）：位于擬建鐵路線CK124+620～CK124+850段，切坡可能引發的崩塌BT長度計230m，占擬建鐵路的0.28%。該區（段）內，鐵路建設過程中和建成后可能遭受崩塌地質災害的可能性小（B=0.33），影響程度較小（C=0.33），災后發生后可能損失小（S=0.33），地質災害危險性指數W為0.33。根據量化原則和量化公式確定地質災害危害程度小，綜合評估地質災害危險性小。

4.1.2地質災害類型為風蝕沙埋（F）

風蝕沙埋區（段）：包括擬建鐵路CK119+300～CK124+100段現狀風蝕沙埋和預測引發CK94+850～CK95+600； CK96+250～CK103+400；CK104+600～CK109+600；CK117+700～CK119+300；CK128+000～CK133+100；CK138+200～CK140+100段風蝕沙埋。風蝕沙埋災害段合計長度26.30km，占擬建鐵路線的30.75%。該區（段）內，鐵路建設過程中和建成后可能遭受風蝕沙埋地質災害的可能性大（B=1），影響程度為中等（C=0.67），災后發生后可能損失小（S=0.33），地質災害危險性指數W為0.57。根據量化原則和量化公式確定地質災害危害程度小，綜合評估地質災害危險性小。

4.1.3凍脹融陷（DR）

凍脹融陷區（段）位于擬建鐵路線CK88+100～CK94+850，凍脹融陷地質災害（段）長度合計6.75km，占擬建鐵路線的8.17%。該區（段）內，鐵路建設過程中和建成后可能遭受凍脹融陷地質災害的可能性小（B=0.33），影響程度較小（C=0.33），災后發生后損失小（S=0.33），地質災害危險性指數W為0.33。根據量化原則和量化公式確定地質災害危害程度小，綜合評估地質災害危險性小。

4.2 地質災害不發育區（段）

評估區內擬建設線路的其它區段，為地質災害不發育區，長度49.32km，占擬建鐵路的60.80%，綜合評估認為擬建鐵路在該區段不受到危害。

5、結論

地質災害危險性小區（段），采取適當工程和生物措施進行一般防治，防治簡單，作為建設場地適宜；其它地段地質災害不發育，作為建設場地適宜。

參考文獻：

[1]內蒙古自治區地質災害調查與區劃.

[2]1/20萬查干淖爾幅K-50-Ⅱ區域水文地質調查報告.