赣龙铁路扩能改造主要工程不良地质问题及其工程措施

王 祥

(中铁第四勘察设计院集团有限公司地路处,武汉 430063)

赣龙铁路扩能改造主要工程不良地质问题及其工程措施

王 祥

(中铁第四勘察设计院集团有限公司地路处,武汉 430063)

赣龙铁路扩能改造工程位于闽赣交界的山区,中、低山、剥蚀丘陵为本线主要地貌,山势陡峻,区内各种软硬岩交叉、广泛分布,构造发育,岩体破碎,危岩落石、滑坡、岩堆、放射性、瓦斯等不良地质体发育。在勘察设计期间,通过线位局部调整、工程类型调整、针对性的支护措施加强等勘察设计方法,尽量降低了不良地质对铁路工程的影响,可供其他山区铁路勘察设计参考。

铁道工程;山区铁路;不良地质;勘察设计

1 概述

赣龙铁路扩能改造工程位于江西省东南部、福建省西南部。西起江西省赣州市,东至福建省龙岩市,经过江西的赣南和福建的闽西地区,横穿闽赣边界的武夷山脉,两侧地势差异较大,地面高程在50～1200m,地形地貌、地质条件十分复杂,为典型的复杂山区铁路。

正线线路长度约250km,隧道92座约126km,桥梁长度 70km,桥隧合计 196km,占线路总长度的78.4%。

线路方案受到地形地貌、地质条件的严重制约,铁路经过地区山势陡峻,区内各种软硬岩交叉、广泛分布,构造发育,岩体破碎,危岩落石、滑坡、岩堆、放射性、瓦斯等不良地质体发育。以往的经验表明,不良地质如果设计工程措施不当,将对施工及后期的运营产生严重的危害,造成经济损失和不良的社会影响[1-5]。因此,在勘察设计阶段,如何尽量降低不良地质对工程的影响,对铁路工程的施工及运营安全具有十分重要的意义。本文论述了赣龙扩能改造工程危岩落石、滑坡、岩堆、瓦斯、放射性等不良地质地段的勘察设计及其应对措施,可供山区铁路勘察设计参考。

2 地形地质概况

赣龙铁路扩能改造工程沿线地层岩性复杂多变,从古老的震旦系硅质页岩、板岩到白垩系红层均有出露。白垩系地层易坍塌而失去稳定,局部地段岩层倾向线路,存在顺层等不良地质现象;侏罗系地层岩体破碎,小型溜坍极发育,水土流失严重,边坡开挖后易失去稳定;石炭系及二叠系灰岩地层中均发育岩溶,局部存在煤层、锰矿采空区,影响地基稳定;寒武系、前寒武系地层及震旦系地层因形成时代古老、变质作用程度不一、矿物成分、地质构造因素的综合影响,岩体破碎,边坡开挖后易失去稳定。另外沿线岩浆岩侵入作用强烈,印支期、加里东期及燕山早期第一阶段、第二、第三、四阶段侵入岩体分布广泛,侵入岩体受多期侵入及岩体自身矿物成分的影响,岩体风化深度大,大型冲沟发育,个别冲沟深达40余m,地表植被稀少,水土流失极为严重。

测区内地质构造发育,构造运动引起的深、大断裂在区内形成相互交汇、复合、迁就、改造等复合形式,断裂大小交织,对区内岩体工程地质条件影响较大,滑坡、危岩落石、岩堆等不良地质现象非常严重。赣龙铁路扩能改造工程区域地质构造纲要见图1。

图1 赣龙铁路扩能改造工程区域地质构造纲要

3 不良地质地段的勘察及工程措施

3.1 危岩落石

沿线地形具有切割深度大、悬崖峭壁高且多层分布的特点。部分灰岩山体,基岩裸露,溶蚀现象严重,山坡孤石、碎石堆积;花岗岩发育地段由于不均匀风化作用,山坡孤石较多;福建段中低山区部分地段古老地层受构造作用,岩体节理裂隙极为发育,存在崩塌、落石现象。部分地段为既有的采石场,开采比较凌乱。图2为DK156+746～DK156+790地段典型危岩落石照片。

图2 DK156+746～+790地段典型危岩落石

DK156+746～+790为危岩落石地段,初步拟定工程类型为路堑,路堑中心挖方-1～-3m,考虑该处为既有采石场,危岩落石出露巨大,不可能进行清除,而采用常规的主、被动网,无法确保路基运营的安全。经过路基和隧道的经济技术比较后,认为采用隧道接长明洞是比较稳妥的解决方案。

通过排查、分析,全线采用接长明洞的危岩落石地段有6处398m。

其他个别小型危岩落石地段,对不稳定的危岩落石采取清除、主被动网等合理可靠的措施进行加固。

3.2 滑坡

铁路沿线分布滑坡体,主要分布在江西境内,为残积、坡积土层中产生牵引式滑动,局部为顺层滑坡体,一般分布在白垩系、石炭系、寒武系地层砂岩、页岩、千枚岩等地层中,在软硬不均的地层中存在软弱薄层及泥化软夹层,沿下伏硬质岩层面滑动,一般规模较小,对工程影响较小,勘察设计中加强了路堑边坡的加固防护措施。个别地段影响较大的,线位进行了绕避处理。

西江隧道进口滑坡位于江西省会昌县西江镇小密村西江隧道进口附近,属剥蚀低山区,自然坡度约15°～45°,下伏地层为石炭系下统梓山组(C1z)灰黄色、中薄层页岩及灰黑色炭质页岩,滑坡体后缘为石炭系和泥盆系的岩性接触带,地形为上陡下缓,覆土较厚,两侧双沟同源,植被稀疏,有台阶发育,似有滑动痕迹。平面、纵断面详见图3、图4。

图3 原西江隧道进口滑坡平面示意

图4 原西江隧道进口滑坡纵断面

根据测绘、滑坡机动钻探资料分析,滑坡体表层为厚3.8～6.8m的粉质黏土夹碎石,下伏C1z灰黄色、中薄层页岩及灰黑色炭质页岩,滑坡体长约320m、宽约500m、厚6.8～12.0m,滑坡主轴线与线路夹角约50°,主要为沿炭质页岩软弱夹层产生滑动。

线路以隧道的形式从滑坡体底部穿过,经计算,施工开挖后滑坡主轴方向产生的滑坡推力为3524kN/m,滑坡推力巨大,考虑滑坡治理和隧道施工开挖困难、整治费用较高,容易存在安全隐患,线路向右偏移约178m,绕避了该滑坡体,消除可能存在的安全隐患。

3.3 堆积体

梅花山岩堆位于福建上杭县洋稠村附近、梅花山隧道出口 DK229+278～+415段。岩堆体积约94500m3,沿坡面走向(近南北)分布,长约135m,宽30～80m,上部为粉质黏土夹碎石,厚度0～11.8m,下部为碎石土、块石土,块石成分为花岗岩,厚 0～9.63m,体积约94500m3,下伏花岗岩全风化。DK229+487～DK229+527路基地段,体积约14700m3,沿坡面走向(近垂直于线路方向)分布。长约60m,宽30～40m,厚度约0～14m,自然坡度30°～35°以上,后部发育陡坎。岩堆附近植被发育,多为毛竹和灌木、杂草等。梅花山岩堆平面位置如图5所示。

图5 梅花山岩堆平面位置示意

堆积体基岩裂隙水较为发育,地下水受大气降水补给,在堆积体下方约50m处见一山间冲沟,溪流宽为1～3m,水深0.2～0.5m,流速约2m/s。

根据现场调查及钻探资料,堆积体范围山坡表层多为厚层粉质黏土、块石土、碎石土及土夹碎石所覆,整个堆积体中杂乱堆积的块石等均为γ25花岗岩,岩质坚硬。堆积体中充填为黏性土。堆积体坡面植被发育,多为毛竹和灌木。

堆积体所处山体自然坡度约20°,后缘岩壁较陡,坡度约70°,山坡坡面植被发育,且未发现反映斜坡变形的“马刀树”等,其下水沟陡壁自立性较好,表明整个堆积体现状稳定。

位于隧道出口处堆积体,随着铁路工程的开工建设,堆积体既有稳定边界条件的改变,堆积体存在滑动的可能,建议隧道设计和施工中采取相应的措施。

对于路堑段的(挖方高度0～-10m)岩堆,采取清除、注浆、支档等加固防护措施,确保了路堑边坡稳定。

3.4 放射性

沿线出露侵入岩长度约90km,约占全线总长的36%。从区域地质报告分析,出露花岗岩以酸性岩石为主,所含矿产主要为铁、铜、铅、锡、钨、铌、钇、铍等黑色、有色金属及稀有金属矿产。

勘察期间采用重庆地质仪器厂生产的FD-803Aγ射线检测仪,进行了地表探测;采用深孔钻孔综合测井进行了深部测试,查明了沿线酸性岩浆岩的放射性。

经过现场检测,职业照射放射性的年平均有效剂量为 2.7～4.7mSv/year,小于 20mSv/year(毫希弗/年),为正常背景值,为放射工作场所非限制区,花岗岩岩体无放射性危害。

根据《铁路工程不良地质勘察规程》(TB10027—2001)规定为放射工作场所非限制区,花岗岩岩体无放射性危害;但在施工过程中,为防止局部放射性矿物富集地段对施工人员身体的不利影响,需在花岗岩岩体施工地段实测自然放射性强度,并采取相应的措施。

3.5 有害气体

本线主要的有害气体为煤层瓦斯,主要赋存于二叠系、石炭系、三叠系、侏罗系等地层的煤线、石煤层中,主要位于江西省境内。煤系地层隧道主要有新枫树排隧道(DK59+635～DK60+488,853m),梓山隧道(DK63+567～DK66+929,3362m),刘屋隧道(DK70+ 818～DK71+422,604m),小密隧道(DK85+502～DK86+998,1496m)等。

勘察工作方法:收集隧道附近的区域性地质、矿产地质、水文地质、有害气体的资料,以及有关瓦斯赋存、突出的其他地质资料(含地质平面图、剖面图、煤系柱状图、煤层对比图、钻孔资料、勘察报告等);收集煤矿隧道附近坑道分布、开采水平、通风方式、瓦斯等级、采空区范围、规划采区的位置和范围;收集隧道附近有关瓦斯矿井通风和煤与瓦斯突出的历史记载和实测资料。

进行了沿线生产矿井瓦斯相对涌出量与绝对涌出量的井下测定、沿线生产矿井煤样的采取与测试(每矿不少于2个样)。进行了隧道钻孔瓦斯压力测试(每座隧道不少于2孔)、隧道钻孔瓦斯含量与成分测试(每座隧道不少于2孔)、隧道钻孔煤样的采取与测试(每矿不少于2个样)、进行了煤层的主要物理性质和指标以及工业成分分析,包括颜色、光泽、重度、硬度、水分、挥发、固定碳、灰分。进行了煤的自燃及煤尘爆炸性测试及判断、瓦斯放散初速度测试。综合判定了隧道附近煤与瓦斯突出危险性判断。

进行了隧道勘探钻孔瓦斯压力测试和取钻孔岩芯煤样瓦斯分析等工作。

经过测绘、瓦斯专项测试等综合勘察,综合分析确定新枫树排、梓山、刘屋、小密隧道为低瓦斯隧道,属Ⅱ类破坏煤,无煤与瓦斯突出危险,煤层自燃倾向等级为Ⅱ级,具有自燃倾向,局部地段可能存在瓦斯富集,设计、施工中应充分考虑隧道掘进工作面有效供风量,确保施工安全。

4 结语

(1)赣龙扩能地处闽赣交界山区,地形地质条件十分复杂,不良地质体十分发育,在线位确定中应尽量绕避性质复杂的、难以查明的严重不良地质地段。

(2)对于对铁路营运危害较大的危岩落石、岩堆等不良地质地段,应合理设置工程类型或者加固措施,达到尽量降低风险的目的。

(3)赣龙扩能铁路花岗岩地层分布广泛,经过现场测试,花岗岩岩体无放射性危害;但在施工过程中,为防止局部放射性矿物富集地段对施工人员身体的不利影响,需在花岗岩岩体施工地段实测自然放射性强度,并采取相应的措施。

(4)通过综合分析,赣龙扩能瓦斯隧道为低瓦斯隧道,属Ⅱ类破坏煤,无煤与瓦斯突出危险,煤层自燃倾向等级为Ⅱ级,具有自燃倾向,局部地段可能存在瓦斯富集,设计、施工中应充分考虑隧道掘进工作面有效供风量,确保施工安全。

[1] 和昆,蒋楚生.云南元磨高速公路路堑高边坡及滑坡整治工程[J].路基工程,2004(1):49 -51.

[2] 陈金禄.横南铁路陈墩滑坡病害整治[J].路基工程,2004(4): 66 -68.

[3] 刘道胜.宝成铁路109隧道抢险改线地质选线[J].山西建筑, 2008(35):312 -313.

[4] 李光辉.新建武广铁路大瑶山地质选线[J].铁道勘察,2004(6): 33 -37.

[5] 方霞.注浆钢花管技术在边坡滑坡治理中的应用[J].交通科技, 2009(2):49 -51.

[6] 中铁第四勘察设计院集团有限公司.赣龙扩能改造工程初步设计地质篇[R].武汉:中铁第四勘察设计院集团有限公司,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,教授级高级工程师,国家注册土木工程师。