肯尼亚蒙内标准轨铁路主要工程地质问题及对策分析

储文静

(铁道第三勘察设计院集团有限公司，天津　300142)



肯尼亚蒙内标准轨铁路主要工程地质问题及对策分析

储文静

(铁道第三勘察设计院集团有限公司，天津300142)

Major Engineering Geology Problem and Solutions for Mombasa-Nairobi Standard Gauge Railway Project in Kenya

CHU Wenjing

摘要通过资料搜集，地质调绘、勘探、物探以及室内土工试验，综合分析肯尼亚蒙巴萨至内罗毕标准轨铁路沿线的工程地质特征及水文地质条件，指出沿线主要不良地质主要有人为坑洞、断层；沿线特殊岩土有盐渍土、软土、含石膏岩土和黑棉土(膨胀土)，以及浮石层、蚁穴等。针对沿线的工程地质问题，提出合理的工程处理措施意见，为设计、施工提供参考。

关键词铁路工程不良地质特殊岩土黑棉土

1工程概况

肯尼亚蒙巴萨至内罗毕新建标准轨铁路项目位于肯尼亚境内，呈东南至西北走向，从港口蒙巴萨至首都内罗毕依次经过海岸省、东部省、内罗毕特区，是连接港口城市蒙巴萨和首都内罗毕的标准轨铁路，全长471.874 km。铁路起点蒙巴萨市位于肯尼亚东南沿海的蒙巴萨岛。蒙巴萨岛濒临印度洋西侧，是东非最大的港口之一；终点内罗毕是肯尼亚的政治、经济、文化中心，也是东部非洲重要的交通枢纽，线路途径Voi、Mtito Andei、Sultan Hamud等重要经济据点及Tsavo国家公园。

线路所经区域高差起伏较大，地面高程从海平面0 m至1 680 m，自东南向西北可分为近海丘陵区、侵蚀平原区、高平原区、岩熔流区、低中山区和高原区，沿线大部分位于无人区，交通不便，地表以草地、灌木、荆棘树为主。

2工程地质及水文地质特征

沿线地层的分布受地质构造单元的控制，分布有沉积岩、变质岩、火成岩三大岩类，有第四系、第三系、侏罗系、三叠系、太古界地层。第四系主要以残积、冲洪积、海积、火山堆积成因为主，主要地层有黏土(黑棉土)、砂类土及碎石类土；第三系主要以玄武岩、角砾岩以及响岩为主，主要分布于高平原区和高原区。侏罗系以页岩为主，分布于蒙巴萨近海丘陵区，三叠系以砂岩、泥质砂岩为主，主要分布于蒙巴萨端侵蚀平原区；太古界以片麻岩为主，局部有石英岩脉侵入体，主要分布在岩熔流区、中低山区以及高平原区。

沿线大部分地段地表淡水较为缺乏，其中Athi河、Kibwezi河、Voi河及Tsavo河为常年流水，其他沟谷多受季节性降雨影响，为季节性河流。由于当地贫穷落后，居民用水多来自过滤的河水或收集的雨水，尤其在Kima-Konza地区，由于常年缺乏地表水，多修建许多水坝来满足农场用水。仅蒙巴萨近海丘陵区以及富含石膏层的段落地下水、地表水对混凝土结构具弱—中等侵蚀性。

3特殊岩土及不良地质

3.1特殊岩土

(1)膨胀岩土

沿线普遍分布膨胀性岩土，厚度不均，根据成因主要可分为三类。第一类以火山灰成分为主，雨水淋滤沉积而成的黏性土，一般呈黑灰色、褐灰色，正常状态下坚硬，裂隙多，强度高，雨水浸泡后迅速软化，强度低，俗称黑棉土，普遍分布于内罗毕端高原区地表，在地势低洼的凹地，河流两岸沉积较厚，一般厚度2～5 m，最厚处可达22 m，占全线长度约35%以上。另一类为石膏层，主要分布于内罗毕东南侧高原区黑棉土下方，厚度一般1～3 m，呈透镜体状分布。第三类为第三系玄武岩、凝灰岩、响岩全风化层，呈黄褐色、褐灰色，主要分布于高原区以及蒙巴萨沿海段。由于肯尼亚国内试验设备落后，膨胀性试验项目现场仅进行了自由膨胀率试验，其Fs值在50%～122%之间，初步判定沿线黑棉土具中—强膨胀性；石膏层Fs值在65%～100%之间，初步判定其具中—强膨胀性；第三系风化岩自由膨胀率为43%～70%，初步判定其具弱—中等膨胀性，侏罗系页岩自由膨胀率为45%～64%，初步判定其具弱—中等膨胀性。

(2)盐渍土

全线盐渍土主要集中在蒙巴萨沿海地势低洼地段，主要地层为第四系全新统海积粉质黏土、粉土层，厚度一般0.5～2 m，最大约2.5 m，占全线长度约6%。易溶盐含量为1.00%～1.77%，依据《铁路工程特殊岩土勘察规程》(TB10038—2012)，沿线盐渍土主要为亚氯—氯盐渍土。依据《铁路混凝土结构耐久性设计规范》(TB10005—2010)及土壤含盐量分析报告综合判定：环境土对混凝土结构具硫酸盐侵蚀性，环境作用等级为H1；具盐类结晶侵蚀，环境作用等级为Y1～ Y3；具氯盐侵蚀性，环境作用等级为L1～ L3。盐渍土具侵蚀性，但分布厚度较薄，基本不影响方案。

(3)软土

软土主要分布在蒙巴萨枢纽沿海段，地层以淤泥、淤泥质土为主，黑色、黄褐色，流塑，含少量腐殖质，具腥臭味，大多呈透镜体分布，一般厚度为0.5～1.5 m，最厚8.5 m。另在高原区低洼处，黑棉土在泉水的浸泡下，土质松软，强度较低，一般厚2～4 m；埋深较浅的清除即可，厚度大的在满足沉降验算的前提下，可采用换填的方式处理。

3.2不良地质

(1)人为坑洞

线路DK305+500～+600 和DK312+700～DK313+000段附近红色粉质黏土层底部与下伏片麻岩接触带中含石膏层，厚0.5～1 m，局部富集。在线位附近有当地居民私自开采现象，在地表形成人为坑洞，均为竖井，大小不一，一般直径1.5～3 m，深度较浅，一般深1～4 m，但规模较小，对线路影响不大。

DK417+000～DK421+000段地表黑棉土层下黏土中富含石膏晶体，针片状或颗粒状，含量约30%，局部富集，层厚一般1～3 m。目前DK420+040～+600段正在开采，开采方式为机械露天剥采，形成宽60～70 m，长数百米的沟槽，深3～5 m，部分积水较深。

(2)断层

蒙内铁路整体上构造简单，通过现场调查、物探以及钻探，揭示了3处断层构造，均为NNE向，与线路呈80°～90°夹角。分别为DK9+700～+750段正断层，呈舒缓波状展布，东侧上盘岩性为侏罗系上统地层，主要地层为页岩，西侧下盘为三叠系地层，主要地层有砂岩、泥质砂岩。DK11+600～+650段正断层，东侧上盘岩性为三叠系地层，主要地层有砂岩、泥质砂岩，西侧下盘为三叠系地层，主要地层有砂岩。DK74+000处正断层，东侧上盘岩性为三叠系砂岩，西侧下盘为太古界片麻岩。断层构造对线路方案基本不影响，通过断层段均以低填路基方式通过。

(3)浮石层

岩熔流区地表发育火山喷发后形成的浮石层，主要组成物质玄武岩块，灰黑色、灰色，厚度一般为1～8 m，浮石层呈松散状，结构不稳定，当地用它来做既有铁路道砟及新建公路的填料，但每一块浮石强度不同，气孔数量及大小对其影响较大，修建铁路用其做AB组填料时还需做进一步的试验测试。

(4)蚁穴

蒙内铁路沿线野生动物颇多，其中蚁穴随处可见，一般呈鼓丘状，多孔，质地较硬，底径0.5～3 m，高1～3 m，见过最高的达8 m，底部宽约20 m。蚁穴下部基底结构相对疏松，应翻挖换填。

4结论

通过搜集区域地质资料和利用综合地质勘察手段，分析得出肯尼亚蒙内铁路全线没有滑坡、岩熔、泥石流等重大不良地质和灾害性地质现象，整体上全线工程地质条件较好，地质不控制方案的选择。但是还需在下列几个方面引起注意和重视：

(1)沿线黑棉土遇水膨胀，强度降低，易引起边坡及基础失稳、基床翻浆冒泥等工程地质病害，对车站、路基影响较大，在路堑边坡开挖、路堤填筑过程中，应加强地表防排水，进行边坡稳定性验算、路堤沉降验算。浅层分布的清除即可，厚度较大时，需换填或采用加固处理措施。填筑施工时应分段快速施工，避免基坑浸泡。

(2)第三系玄武岩、凝灰岩以及响岩风化不均，且全风化厚度较大，桥梁基础大部分可采用摩擦桩。

(3)在岩熔流区表层分布的浮石层，其气孔发育，单块浮石的强度不一，强度与气孔数量的多小、孔径的大小以及块体的大小有关系，用做路基填料时需做进一步的试验验证。

(4)太谷界片麻岩球状风化明显，且风化较强烈，作桥梁浅基础时宜进行沉降验算，且现场应加强风化程度验证工作。

参考文献

[1]Construction of the civil works of Mombasa-Nairobi standard gauge railway project EPC turnkey commercial contract between Kenya Railways Corporation and China Road and Bridge Corporation contract document， July 2012

[2]Code of practice for the Design & Construction of Buildings & other Structures in relation to Earthquakes， KENYA，1973

[3]TB 10012—2007铁路工程地质勘察规范[S]

[4]TB 10038—2012铁路工程特殊岩土勘察规程[S]

[5]TB 10005—2010铁路混凝土结构耐久性设计规范[S]

[6]TB 10104—2003铁路工程水质分析规程[S]

[7]TB 10077—2001铁路工程岩土分类标准[S]

[8]王保田，张福海.膨胀土的改良技术与工程应用[M].北京：科学出版社，2009

[9]刘特洪.工程建设中的膨胀土问题[M].北京：中国建筑工业出版社，1997

[10]孙明祥，温鹏，钱洪光.辽长铁路膨胀土路堑试验研究[J].铁道勘察，2010(6)

[11]杨永清.石料缺乏地区铁路边坡防护措施研究[J].铁道勘察，2015(1)

[12]张永柱.综合勘探在铁路桥梁勘察中的应用[J].铁道勘察，2008(2)

中图分类号：P642

文献标识码：B

文章编号：1672-7479(2016)01-0068-03

作者简介：储文静，男，2009年毕业于中南大学地质工程专业，工学硕士，工程师。

收稿日期：2016-01-06