黄韩侯铁路某段地质选线初探

李俊青

(中铁第一勘察设计院集团有限公司,陕西西安 710043)

黄陵—韩城—侯马铁路位于陕西省延安市、渭南市,以及山西省运城市、临汾市境内,地处黄龙山南缘山前坡麓区,其芝阳—涺水段为增建二线并进行电化改造段,此段地质复杂,工程艰巨。

影响线路方案的控制因素较多,而地质选线在地形地质条件复杂的地区尤其显得重要。本文通过工程地质条件的分析对比,对黄陵—韩城—侯马铁路涺水河桥几个对比方案进行初步探讨。

1 地质概述

1.1 地形地貌

线路比选段位于黄龙山南缘山前坡麓区涺水河附近。涺水河上游河流深切沟谷,呈蛇曲形,两岸形成陡坎;下游河道较顺直,河床较宽,两侧地势较平坦、开阔,均开辟为居住区。既有涺水河桥桥址处位于山前地带,河道逐渐变宽,河谷深约70～80m,上部宽约30～400m,沟底部宽约80～100m,两岸地势较陡。涺水河常年流水,水量较大。

1.2 地层岩性

线路比选段河谷内地层主要为第四系全新统冲积黏性土、砂类土及碎石类土;两岸地表分布第四系上更新风积黏质黄土,下伏第四系中更新统风积黏质黄土,冲积黏性土、砂类土及碎石类土;断层泥下伏于第四系土层,埋深约30～40m,厚度约3～11m,色杂,以灰黄色为主,夹有红棕色、褐色等杂色,岩芯呈土状,碎块状,局部含灰岩碎石及细角砾土;压碎石灰岩下伏于第四系土层及断层泥,在涺水河左岸局部出露,厚度大于30m,青灰色、褐黄色、灰白色,压碎结构,原岩为石灰岩,岩芯较破碎,呈角砾、碎石状,岩体裂隙、岩溶发育。

1.3 气象特征

据韩城气象站气象资料,线路比选段位于暖温带半干旱气候区,具有冬季寒冷偏短、夏季炎热较长,降雨偏少,年内分配不均,昼夜温差较大,四季明显的基本特征。年平均气温14.2℃,极端最高温度40.9℃,极端最低温度-15.0℃,年平均降雨量558.4 mm,年平均蒸发量1 680.9 mm,年平均风速1.9m/s,主导风向NE,最大风速16.0m/s,最大积雪厚度18 cm,最大季节冻土深度37 cm。

1.4 地震动参数

据国家质量技术监督局出版1∶400万《中国地震动参数区划图》(GB18306—2001),线路比选段处地震动峰值加速度为0.15g,相当于地震基本烈度7度,动反应谱特征周期为0.40 s。

1.5 地表水

线路比选段地表水为涺水河,常年有流水,流量较大,季节性变化明显,枯水期水量较小,雨季洪水暴涨。据地表水水质分析报告,地表水对圬工无侵蚀性,对钢筋无腐蚀性。

1.6 地下水

线路比选段地下水主要为第四系孔隙潜水和石灰岩裂隙岩溶水两大类,孔隙潜水主要赋存于河沟中第四系全新统砾石层中的,埋深一般0～9m,水量较大,水位变化较小,主要受大气降水和涺水河河水补给。岩溶地下水主要赋存于溶洞和溶蚀裂隙中以及溶蚀槽的底部,水位和水量变化较大。据水质分析报告,地下水对圬工具硫酸盐侵蚀,环境作用等级为H1,对钢筋具氯盐腐蚀性,环境作用等级为L1。

2 影响方案比选的主要地质问题

2.1 湿陷性黄土

区内广泛分布第四系上更新统风积黏质黄土,沟谷内分布全新统冲积黏质黄土均具湿陷性。其中第四系上更新统风积黏质黄土具Ⅲ级自重湿陷性,湿陷土层厚度约4～17m,第四系全新统冲积黏质黄土具Ⅱ级自重湿陷性,湿陷土层厚度约9～10m,需进行部分或全部消除湿陷性处理。

2.2 岩溶

根据钻孔及物探揭示,在区段内压碎石灰岩存在溶蚀现象,溶槽、溶沟普遍发育,局部发育溶洞,溶洞大小范围在0.2～2m,最大溶洞达2.6m,溶洞多有充填物,充填物以黄褐色碎石土及黏性土为主。且受断层和地下水的综合影响,灰岩电阻率值很低且变化很大,ρ=20～60Ω·m,岩溶发育强度属中等发育。

2.3 地质构造

既有铁路位于陕甘宁台坳与汾渭地堑的分界带,韩城—澄城—铜川断褶带上,该断褶带中断裂构造以高角度地堑式正断层为主,也有平移剪切断层及逆断层分布,断层走向一般北东—北东东向。方案比选区内既有铁路全段位于涺水河—井溢沟脑正断裂破碎带内。

在顺断裂带方向上布置了6条物探剖面,采用电法勘探、地震勘探、氡气测量等综合物探方法,查明了涺水河—井溢沟脑正断裂的基本性质。6条物探剖面均存在物性低值区,该区域电阻率 ρ值一般在30～80 Ω·m,波速Vp值一般在550～1 830m/s,小于两侧基岩物性值。根据物探勘探结论,断层上下盘均为奥陶系灰岩,下盘基岩出露,上盘被厚层第四系黄土及冲洪积卵砾石层覆盖,断层带物质以压碎灰岩及断层泥为主,有明显的破碎现象和牵引作用所形成的小褶皱及擦痕,断层全长约22 km,总体产状为N20°～40°E/60°～77°S,断层破碎带宽度165～190m,下盘断层影响带宽约170～225m,断层破碎带物质主要以压碎石灰岩为主。

3 地质选线的原则及比选方案

3.1 地质选线原则及方案划分

结合上述存在的地质问题,按规范中有关不良地质和特殊岩土地区、重大桥隧工程选线的有关原则,在方案比选时重点考虑几个方面:

(1)对于岩溶,由于全区段内岩溶普遍发育,线路无法避绕,只能选择最佳方式通过岩溶地区,以减少不良地质对工程的影响。

(2)对于涺水河—井溢沟脑正断裂破碎带,由于既有线顺断裂破碎带行走,增建二线受两头线路影响,无法避绕断裂破碎带,也只能选择对工程影响最小的方式通过。

根据以上原则和增建二线铁路的实际位置,我们主要确定了两个线路方案,并对以下方案进行认真比选(见图1)。

图1 方案比选工程地质平面示意

3.2 D1K方案

线路以大桥、路基形式通过此段落,主要工程只有涺水河大桥工程,全桥处于涺水河—井溢沟脑正断裂破碎带,工程地质条件极其复杂,需查明下部地层情况、岩体破碎程度及岩溶发育程度。

3.3 D2K方案

线路以大桥及两个短隧道形式通过此段落,主要工程有涺水河大桥、495m短隧道和230m短隧道,涺水河大桥相对于D1K方案工程地质条件稍好,但也处于涺水河—井溢沟脑正断裂影响带内,工程地质条件也极其复杂。并且两个短隧道均为浅埋隧道,大部分行走于土石界面上,且受岩溶及断层破碎带影响,工程地质条件极差,围岩等级全为Ⅴ级。

4 结论

综合以上勘察结果和分析,D1K方案虽然涺水河大桥全桥处于涺水河—井溢沟脑正断裂破碎带中,由于其主要是以路基形式通过此段落,避免了隧道工程,使岩溶、断裂破碎带等不良地质对工程影响降低至最小。D2K方案虽然使涺水河大桥避开了断裂破碎带,但仍处于断裂的影响带中,工程地质条件较D1K方案并没有好很多,且其两个隧道增加了工程的复杂程度。故从地质选线的角度,建议采用D1K方案。

[1]铁道部第一勘测设计院.铁路工程地质手册[M].北京: 中国铁道出版社,1999

[2]中铁第一勘察设计院.铁路工程地质勘察规范(TB10012—2007)[S].北京: 中国铁道出版社.2007

[3]铁道部第一勘测设计院.铁路工程不良地质勘察规范(TB10027—2001)[S].北京: 中国铁道出版社,2001

[4]铁道部第一勘测设计院.铁路工程特殊岩土勘察规范(TB10038—2001)[S].北京: 中国铁道出版社,2001

[5]宓荣三.工程地质[M].成都:西南交通大学出版社,2004