浅谈蓟港铁路主要工程地质问题及评价

张霞云

(铁道第三勘察设计院集团有限公司，天津 300142)

1 工程概况

蓟港铁路北塘西至东大沽铁路扩能改造工程位于天津铁路枢纽东南部，工程起自既有北环线胡张庄车站(已封闭，本次设线路所)，向南沿唐津高速公路、既有东南环线，经过民生村站、咸水沽站，到达津南支线的ZK7+300后折向东修建双线，沿马厂碱河北侧，经过石闸村、至李港铁路邓善沽站，然后沿李港铁路新增双线至东大沽站外，正线全长54 km。线路共设3个车站，2个线路所，分别是新民生村站、咸水沽站、邓善沽站、胡张庄线路所、金耀线路所，全线有特大桥7座，分别为上联杨北公路特大桥、下联杨北公路特大桥、京津塘高速公路特大桥、津滨高速公路特大桥、京山铁路特大桥、海河1号特大桥、西闸特大桥，17段软土及松软土地基。

2 主要工程地质问题及评价

在收集、整理、利用区域地质资料的基础上，加强区域地质调绘工作，掌握可能影响线路方案的地质因素，主要影响因素有活动断裂、区域地面沉降、地震可液化层以及深厚软土等。从地质角度提出合理的线路方案，规避活动断裂、区域地面沉降、地震可液化层等不良地质和特殊岩土对工程的影响，并提出了合理的工程措施建议。

2.1 活动性断裂评价及处理对策

近场区分布8条断裂(如表1所示)，断裂以北东向为主，其次为北西西向。这些断裂均属于平原隐伏断裂，其断裂性状及活动特征是依据地球物理探测和钻探等方法综合研究的结果，天津断裂、大城东断裂、大寺断裂等第四纪中期活动，具有发生6.5级地震的构造条件，晚第四纪不活动，其中跟本线位有直接影响的为海河断裂和沧东断裂。据1970年以来的地震资料，沿沧东断裂仅有几次3级地震，晚第四纪已不活动，对本工程无影响，海河断裂全新世有所活动，且与其他第四纪活动的断裂相交，具有发生7.0级地震的构造条件，需考虑地表位错的可能性，未来百年的最大左旋走滑位错量为2.07±0.45 m，交点位于断裂的西端，距线位起点约40 km杨柳青附近，经纬度为E117.146°、N39.158°处;结合线路方案走向，建议线路尽量绕避断裂的影响，并且场区内不存在地震崩塌、滑坡和泥石流灾害，发生断裂地表破裂的可能性不大，因此断裂和活动断裂对本工程的影响不大(如表1所示)。

图1 蓟港铁路北塘西至东大沽扩能改造工程平面位置示意

表1 近场区主要活动断裂基本特征

2.2 区域地面沉降特征及其对铁路工程的影响

(1)工程沿线地面沉降历史及现状

东丽区地面沉降历史及现状:近6年来，年均沉降量在40 mm左右，沉降速率较大的地区主要位于东丽区南部，以军粮城为中心，西至东丽开发区，东至无暇街，北至津滨公路，南至海河，与津南区北部沉降中心相连。

塘沽区地面沉降历史及现状:塘沽区是天津市地面沉降最为严重地区之一。塘沽区城区具明显的外高内低的“盆地”形态。大部分地区年均地面沉降在20～30 mm。天津市经济技术开发区年均沉降30 mm;保税区年均沉降约27 mm;天津港年均沉降16 mm，只是在于庄子—中心庄一带沉降在30～60 mm。1985～1990年是塘沽区地面沉降速率最大时间段，塘沽区新华路平均沉降速率达68 mm，从20世纪90年代之后，沉降速率明显下降，基本控制在20 mm左右，特别是塘沽区城建区，控沉工作效果显著。渤海石油基地到塘沽农场之间，从1990年之后的沉降速率小于1985～1990年，但是沉降速率仍然增大，需要重视。

津南区地面沉降历史及现状:津南区葛沽区是最大的沉降漏斗，最大年沉降速率近70 mm，咸水沽附近大于50 mm。

线路所经天津市所辖的东丽区、津南区、塘沽区沉降速率存在明显的差异沉降，由此带来的不均匀沉降对于铁路的安全运营危险较大。

(2)地面沉降的危害与防治措施

根据调查，地面沉降造成的地面高程损失，对各种建筑工程的危害是相当明显的，而且随着地面沉降的发展而逐渐加剧。

①不均匀地面沉降改变线路坡度，影响线路正常运营，并增加维修费用。

②局部不均匀沉降必将改变原始设计坡度，对线路的平顺性产生影响，达不到铁路的最佳运行坡度，这种影响随着时间的推移，坡度会变大，影响也会逐渐增加。

③工程建设诱发不均匀性沉降对工程造成的危害:一方面高密度大型工程建设，使局部地面荷载增加，产生附加地面沉降，各单体建筑的附加沉降互相叠加，形成地面沉降;另外工程施工过程中的降水工程也会大量抽取地下水，引起不均匀地面沉降。

④沿线有浅层地下水开采井分布。浅部地层更松散，工程地质性质较深部地层差，多属中等压缩性地层，地层结构是黏性土层与砂层交互成层，为双面排水的地层结构，在相同的水位下降条件下，同样厚度的地层，浅部地层引起的局部不均匀沉降比深部地层更严重一些。因此，浅层地下水的开采，对地面沉降的影响更应引起关注。浅层地下水开采影响半径在100～200 m之间，开采井距工程越近影响越大。

⑤区域地面沉降引起地面高程的损失，从而造成雨季地表积水，防洪能力下降，给铁路正常运营带来威胁。

地面沉降的发生、发展是与地下水的开采和补给量的动态变化密切相关的，所以只有在铁路两侧一定距离内严格控制地下水的开采，确保地下水位不再持续下降，才能从根本上控制地面沉降。

根据沿线区域地面沉降的分布特点，在选择线路方案时建议线路尽量沿地面沉降等值线通过。本工程采用有砟轨道方案，且沿线区域地面沉降较缓慢，因此区域地面沉降对采用有砟轨道的蓟港铁路运营影响很小。

2.3 不良地质的评价及处理对策

沿线地震动峰值加速度为0.15g，第四系全新统冲积海层(Q4al+m)中的部分粉土及粉细砂透镜体为地可液化层，相关工程应考虑采取相应处理措施。其分布段落见表2。

表2 地震液化层分布

对于路基工程，在对施工噪声要求严格或用土方便的地段，可采用增设反压护道增加上覆非液化层厚度的方法处理;在用土不方便或对施工噪声要求较低的地段宜采用挤密砂桩、碎石桩、碎石桩、搅拌桩或强夯法等进行处理。分布于桥梁地段的液化层，设计时应充分考虑液化层对桩基的影响，并区分不同情况采取适当处理措施。

2.4 特殊岩土的评价及处理对策

(1)软土

沿线第四系全新统冲海积层广泛分布软土，岩性主要为淤泥质粉质黏土，局部为淤泥质黏土。软土层埋深1.5～4.5 m，其厚度一般为3.6～10.2 m，东大沽附近最大厚度可达18 m左右。有机物含量一般为2.6%～7.6%。根据沉积特点，可将沿线软土划分为以下几类:一是分布于沟渠、水塘内的软土，呈零星分布，成因类型为冲积或湖沼堆积;此类软土一般厚度为0.5～1.5 m，以淤泥和淤泥质土为主;由于其沉积时间短，固结程度很差，具流变性。二是分布于沿线冲积、海积积地层之中，厚度一般为3.6～10.2 m，东大沽附近最大厚度可达18 m左右，以淤泥质粉质黏土和淤泥质黏土为主，颜色为灰色—灰黑色，局部黑色，流塑，有异味。软土静力触探端阻极低，一般在0.3～0.7 MPa，孔隙比高，最大可达2.0，含水量大，最高可达70%，属高压缩性土，局部富含生物贝壳及其碎片，土质疏松不均，具有天然含水率高、有机质含量多、孔隙比大、压缩性高、透水性差和承载能力低等特性，工程性质较差。其物理力学指标见表3。

表3 物理力学指标

软土在外力作用下易发生变形，而在区域发育的差异又导致其变形的地域不均匀性，容易引起地基变形问题，因此在工程施工之前要对软土地基进行适当的处理，以满足工程的设计要求。由于土体具有压缩性，地基承受建筑物荷载之后，必然发生沉降或差异沉降，影响建筑物的安全，处理不当会导致路基变形破坏，对铁路提速的运营将产生较大影响。提出如下处理措施:

①桥梁工程采用桩基础。

②路基工程采用反压护道、搅拌桩、CFG桩、土工格栅等综合处理方法。

(2)盐渍土

DK66+164.3～DK71+638.8段地表分布有弱盐渍土—超盐渍土，其类型为氯盐及亚氯盐渍土，易溶盐含量为1.04% ～11.59%，毛细水强烈上升高度为2.2～3.1 m，具有吸湿和松胀性，影响路基稳定，并对建筑物有腐蚀作用。与此有关的工程应根椐最高水位和临界冻结深度计算最小路堤高度，对不能满足最小路堤高度的地段，可采用设置毛细水隔断层的处理方法。如铺设砂垫层或土工布等。

(3)填土

沿线村庄及既有线附近分布较多填土，主要类型有填筑土、素填土、杂填土等。由于填筑年代长短不一、填筑方法多种多样、料源差异较大，造成其性质变化多端，修建铁路工程时应针对不同填土类型采取相应的处理措施如挖除换填、分层夯实、地基加固等。

3 结论

蓟港铁路工程位于天津滨海地区，基底深厚软土发育，地表盐渍土分布广泛，地震烈度高，局部有地震可液化层分布，同时受天津沉降漏斗的影响，区域地面沉降严重。针对以上难题，地质工作人员采用收集资料、地质调绘、综合勘探技术，提出了合理的线路方案，查明了沿线地层岩性、工程地质水文地质条件以及不良地质和特殊岩土的分布范围和工程特征，为设计和施工提供了充分的地质依据，为蓟港铁路的开通运营提供了条件。

［1］ TB 10012—2007 铁路工程地质勘察规范［S］

［2］ TB 10038—2001 铁路工程特殊岩土勘察规范［S］

［3］ DB 29—20—2000 岩土工程技术规范［S］

［4］ 铁道第一勘察设计院．铁路工程地质手册［M］．北京:中国铁道出版社，2002

［5］ TB 10027—2001 铁路工程不良地质勘察规程［S］

［6］ TB 10049—2004 铁路工程水文地质勘察规程［S］

［7］ TB 10018－2003 铁路工程地质原位测试规程［S］

［8］ 铁建设［2005］157号 铁路混凝土结构耐久性设计暂行规定［S］

［9］ GB50111—2006 铁路工程抗震设计规范［S］