内蒙古塔日海德尔斯至查干淖尔矿区铁路专用线建设工程地质灾害危险性评估

王峰

摘 要：在实地调查的基础上，收集与本项目相关资料，查明了内蒙古塔日海德尔斯至查干淖尔矿区铁路专用线周边的地质灾害类型，在其地质灾害危险性现状评估和预测评估的基础上，进行了地质灾害危险性综合评估，为新建铁路线征用土地提供科学依据。

关键词：塔日海德尔斯 查干淖尔矿区 铁路专用线 地质灾害 危险性评估

锡林郭勒盟位于内蒙古自治区中部，矿产资源丰富。特别是其所辖的阿巴嘎旗分布有查干淖尔、红格尔庙、白音乌拉、那仁宝力格等煤田，目前，四大煤盆预测储量230亿吨； 此外，阿巴嘎旗铁矿、铜矿、萤石等矿产资源也很丰富。煤田煤质大部分为中灰、低硫、低磷褐煤，是优质动力煤和化工用煤。具有分布广、规模大、埋藏浅、煤层厚，赋存稳定，地质结构简单，开采条件好，适合于综合技术的应用和集约化大规模露天开采，并具有低成本开发优势，开采前景十分广阔。

目前，吸引范围内尚无铁路运输通道，本线建设将为上述煤田煤炭运输提供便捷的交通运输方式，对于推动地区资源开发、彰显地区资源优势，加快向经济优势转化等具有重要意义和积极带动作用。

1、地质概况

1.1 地理位置

塔日海德尔斯至查干淖尔矿区铁路专用线位于东经114°38′34″-115°10′28″，北纬43°31′37″-43°58′06″。

1.2 地貌

评估区根据其不同成因及形态特征可分为低山丘陵、熔岩台地、湖积洼地、风积沙地、河谷五种地貌类型。

1.3 构造

评估区在大地构造单元上属于天山—内蒙古地槽褶皱系的一部分，次级单元处于二道井—锡林浩特复背斜的中部地段。构造线方向主要为北东向，构造形式以“多”字形构造为主。形成向东南方向凸出的弧形构造体系。

喜山运动时期，在该区范围内除了产生断裂和凹陷外，火山活动范围也很广，因而有玄武岩喷发，集中在阿巴嘎旗一带形成了大面积玄武岩台地，即阿巴嘎熔岩台地。

1.4 地层

（一）侏罗系上统下兴安岭组（J3x）

零星分布于拟建铁路线CK170+567.51北部额尔登陶勒盖附近，向北东东或东西向延伸，在評估区出露面积较小。岩性为灰白、暗紫、浅紫色凝灰岩、粗面安山岩、粗面岩、流纹岩和玄武岩的熔岩，中部夹浅灰色粉砂岩和砂砾岩。凝灰质碎屑岩及粉砂岩中含有植物化石。厚度大于1617m。

（二）第三系上新统（N2）

位于拟建铁路线CK110+000～CK114+500南侧；CK123+000～CK124+400东侧；CK125+750～CK128+000段；CK137+500～CK141+100东侧；CK141+100～CK142+000段；CK142+000～CK144+250东侧；CK148+000～CK150+500东侧。岩性为砖红色-灰白色泥岩、泥质粉砂岩、泥质砂岩，层理发育，产状近水平；其上多有风积沙覆盖。据区域调查及钻孔资料揭示，该层厚15～50m，本次工程勘查未揭穿本层。

（三）第四系（Q）

1、第四系全新统风积层（Q4eol）

评估区沿线地表广泛分布，位于拟建铁路线CK94+850～CK124+400；CK125+350～CK125+750；CK128+000～CK141+100；CK142+000～CK170+567段，覆盖于老地层之上。岩性为浅黄色、黄褐色中细砂、粉细砂，砂砾成份以石英、长石为主，结构松散，分选较好，透水，厚度0.5～20m。

2、第四系全新统冲湖积地层（Q4l+al）

分布于评估区现代湖泊和较大积水洼地周围，位于拟建铁路线CK88+100～CK94+850；CK146+000～CK147+000西侧及CK165+000～CK165+500东侧，岩性为灰黑色、灰白色粉砂、粉砂质粘土及淤泥，含有盐碱等化学成分，淤泥具可塑性和腐臭味，砂粒成分主要为石英、长石，含少量暗色矿物，磨圆度好，分选好。厚度0.5～10m。

3、第四系下更新统火山堆积层（β1）

分布于评估区拟建铁路线CK138+750～CK140+100以东乌兰高及CK126北特格音乌拉一带，岩石主要为橄榄玄武岩和伊丁石玄武岩。橄榄玄武岩为黑色，斑状结构，基质具间粒结构，块状构造。斑晶为橄榄石、角闪石。其中橄榄石占10%，角闪石占5%。基质由基性长石、辉石、方解石组成；伊丁石玄武岩为斑状结构，基质间粒结构，气孔杏仁状构造。斑晶中辉石、橄榄石少量。基质中斜长石约占45%，辉石占25%，不透明矿物占5%，伊丁石占15%。火山口附近堆积厚度大，远离火山口厚度逐渐变小，至玄武岩台地边缘，厚度约30～50米。

1.5 工程水文地质条件

拟建铁路所经地区丘陵较少，大部分为地形相对平缓地带，地下水位埋藏相对较浅，对工程施工会产生一定影响。沿线水质变化较大，一般属淡水～微咸水，对钢结构及混凝土具弱～中侵蚀性。综上所述，评估区水文地质条件较差。

1.6 岩土体工程地质类型特征

1、较硬质岩

位于拟建铁路线CK170+567.51以北地区，地层岩性主要为侏罗系凝灰岩、粗面安山岩；位于拟建铁路线CK138+750～CK140+100以东及CK126北一带，地层岩性主要为下更新统玄武岩；位于拟建铁路线 CK124+400～CK125+350段及东北部，地层岩性为印支期花岗岩，较致密坚硬。全风化呈砂状，弱风化层岩石为短柱状，性脆，质较硬。新鲜岩石的饱和单轴抗压强度大于35Mpa，工程地质条件良好。

2、软质岩

位于拟建铁路线CK110+000～CK114+500南侧；CK123+000～CK124+400东侧；CK125+750～CK128+000段；CK137+500～CK141+100东侧；CK141+100～CK142+000段；CK142+000～CK144+250东侧；CK148+000～CK150+500东侧。地层岩性为第三系砖红色、灰白色泥岩、泥质粉砂岩、泥质砂岩、砂砾岩，层理发育。自由膨胀率一般为Fs=60%～125%，具中-强膨胀性，硬塑，饱和单轴抗压强度大于8Mpa。

3、砂土

①第四系全新统风积砂位于拟建铁路线CK94+850～CK124+400；CK125+350～CK125+750；CK128+000～CK141+100；CK142+000～CK170+567段，岩性为风积细砂、粉砂，松散～稍密，强度中等～低，变形量中等～高，地基承载力标准值一般80～100kPa。

②第四系全新统冲湖积层，位于拟建铁路线CK88+100～CK94+850；CK146～CK147西侧及CK165～CK165+500东侧，岩性为灰白色、灰黑色粉细砂、粉砂、粉砂质粘土及淤泥。稍湿，松散，土层承载力标准值一般100～120kPa。

1.7 人类工程活动

评估区铁路沿线，无工矿企业及规模性建筑，也无矿山采掘活动，大部分为荒地和旱草地，以牧业生产活动为主，地质环境条件保持良好。人类工程活动强度较弱，破坏地质环境的人类工程活动一般。

2、地质灾害类型及危险性现状评估

2.1 风蚀沙埋

风蚀沙埋分布于拟建铁路线CK119+300～CK124+100段，现状危险表现为土壤沙漠化，影响农牧业生产、生态环境及空气质量。评估区内人口较少，无工矿企业及规模建筑，人类工程活动弱。现状条件风蚀沙埋造成的直接经济损失较小，对拟建铁路危害程度小，其危险性小。

2.2 冻胀融陷

冻胀融陷地质灾害分布于评估区CK87+100～CK94+850段，现状条件下表现为冬季寒冷使道路发生变形和冻裂，春季地表冻土融化就易产生道路翻浆，既有公路采取了加高路基、换土、填方等措施，公路一直正常运行。现状条件下危害程度小，危险性小。

3、地质灾害危险性预测评估

3.1 铁路工程建设引发的地质灾害

根据《塔日海德尔斯至查干淖尔矿区铁路专用线可行性研究报告》，拟建铁路主要工程内容为修建桥梁、站场及路基铺设等。在进行这些工程建设时，可能会引发风蚀沙埋地质灾害。

评估区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，为固定、半固定沙地，现状条件下生态植被较稳定，风蚀沙埋不发育。拟建工程在建设过程中，通常会改变原来的地质环境，形成路堑、路堤及取土、弃土等工程现象。工程建设取土和弃土会使地表土质不同程度外露，破坏原有植被环境，加剧水土流失，引发风蚀沙埋灾害。风蚀沙埋段沿线长21.50km，占拟建铁路线的24.94%。预测评估认为引发的风蚀沙埋地质灾害，承灾对象主要为路基、桥梁、车站及行车运营安全。造成的直接经济损失较小，对拟建铁路危害程度小，其危险性小。

塔日海德尔斯至查干淖尔矿区铁路专用线铁路建设要进行挖方和填方工程，全线挖方33处，填方34处。由前述的拟建铁路切坡、填方地段调查表（1-6、1-7）可知，线路沿线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。填方段工程地质条件较好，地层稳定，不会引发滑坡地质灾害；挖方地段高度大部分小于8m，且地表全为风积砂层，因此不会产生崩塌地质灾害。只在CK124+620～CK124+850段最大切坡高度大于8m。且为岩质坡，岩性以细粒花岗岩为主，风化严重，易形成不稳定边坡，在建设过程中和建成后，边坡可能失稳，引发崩塌地质灾害。（该段崩塌编号为BT）

BT崩塌位于拟建铁路CK124+620～CK124+850段，岩性为细粒花岗岩，风化严重，风化裂隙发育。切坡后形成陡立岩坡最高8.2m，切坡长度230m。在自重卸荷、机械振动、风蚀雨蚀等外部因素作用下，可能产生崩塌地质灾害，崩塌量约500 m3。（见剖面A—A′，B—B′）危害对象为人员、施工机械设备及行车运营安全。其危害程度小，危险性小。

3.2 工程建设加剧地质灾害预测

通过收集资料和野外实地调查，分析得出在评估区CK87+100～CK94+850段存在冻胀融陷地质灾害，在工程建设过程中，冻胀融陷地质灾害区，挖除路基基底范围内冻胀土并换填非冻胀性土，对路基不会产生影响。因此工程建设不会加剧冻胀融陷地质灾害。

位于评估区中部（CK119+300～CK124+100）段为流动半流动沙丘，现状条件下，存在风蚀沙埋地质灾害，工程建设会加剧风蚀沙埋地质灾害。其危害程度小，危险性小。

3.3 工程建设可能遭受地质灾害危险性的预测

预测拟建铁路工程建设可能遭受的地质灾害主要有风蚀沙埋、崩塌、冻胀融陷等。承灾对象主要为路基、桥梁、车站及行车运营安全。

一、风蚀沙埋

拟建铁路在评估区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，因工程建设可能会引发并加剧风蚀沙埋灾害，因而铁路在建设中或建成后将会遭受风蚀沙埋灾害的侵害。承灾对象主要为路基、车站及行车运营安全。切坡形成的背风路面易形成积沙路段，造成沙埋铁路。填方路段，由于拟建铁路路基的阻挡，改变了局部的空气气流，易在路基两侧形成积沙，造成沙埋铁路。风蚀沙埋段沿线长26.30km，占拟建铁路线的30.75%。预测评估认为遭受风蚀沙埋灾害危害程度小，危险性小。

二、崩塌

拟建铁路在建设中及建成后，在拟建铁路CK124+620～CK124+850段可能引发崩塌地质灾害。因而铁路在建设中或建成后将会遭受崩塌灾害的侵害。崩塌段长230 m，占线路总长的 0.28%。危害对象是铁路及铁路修建时的施工人员和机械。预测评估认为铁路建设可能遭受崩塌（BT）灾害，其规模较小，造成的直接经济损失小，預测其危险性小。

三、地面塌陷

拟建铁路线从查干淖尔煤田西南部穿过，评估区穿越段（CK87+100～CK93+250）属未开采煤田的规划范围。煤田可采煤层有2层，为2号和2S2号煤层。2号煤层厚约12.40～30.70m，2S2号煤层厚约0.35～6.55m。煤层顶板平均深度217.07～463.49m。根据收集到的煤田勘探资料对煤田综合开采的采深采厚比进行了计算。综采煤层的采深采厚比值在8～23之间，煤田的采深采厚比值均小于30。（见表1）

根据查干淖尔煤田开拓方式平面图，煤田可采煤层界线大都位于评估区外，远离拟建铁路线，只在CK87+100～CK88+475、CK91+250～CK92+375二段位于评估区内。因而采矿工程将在该区域形成地面塌陷。本次评估对煤田开采后对地表的影响范围进行了计算，计算公式r=H/tanβ

r—地面影响区半径

H—煤层顶板埋深

β—移动角（度）

本煤田煤层（可采界线周边）综合开采时，煤层顶板埋深取其附近煤层顶板深度的平均值，开采深度在217.07～463.49m之间。移动角β单层采动时tanβ为2.0，重复采动时tanβ为2.4，本煤田为多层重复采动，故tanβ取值为2.4。将数据代入公式，求得地面影响区半径193.12m。

CK87+100～CK88+475、CK91+250～CK92+375段煤田开采后，从可采边界线算起，向外193.12m将引发地面塌陷，因煤田开采时已预留了安全煤柱，且塌陷区范围未到安全煤柱范围内。因此以上区域煤田开采时，对拟建铁路本身不会造成影响。（见附图1、2）

预测评估认为塌陷是因采矿工程引发，其承灾对象是采矿工程本身。铁路建设不会遭受塌陷（TX）灾害。

四、冻胀融陷

在评估区CK87+100～CK94+850段存在冻胀融陷地质灾害，在工程建设过程中冻胀融陷地质灾害对铁路路基的强度和稳定性产生不利影响，预测工程建设遭受冻胀融陷灾害，危害对象为铁路路基，其危害程度小，其危险性小。

4、地质灾害危险性综合评估

4.1 地质灾害危险性小区（段）WX

4.1.1地质灾害类型为崩塌（BT）。

崩塌区（段）：位于拟建铁路线CK124+620～CK124+850段，切坡可能引发的崩塌BT长度计230m，占拟建铁路的0.28%。该区（段）内，铁路建设过程中和建成后可能遭受崩塌地质灾害的可能性小（B=0.33），影响程度较小（C=0.33），灾后发生后可能损失小（S=0.33），地质灾害危险性指数W为0.33。根据量化原则和量化公式确定地质灾害危害程度小，综合评估地质灾害危险性小。

4.1.2地质灾害类型为风蚀沙埋（F）

风蚀沙埋区（段）：包括拟建铁路CK119+300～CK124+100段现状风蚀沙埋和预测引发CK94+850～CK95+600； CK96+250～CK103+400；CK104+600～CK109+600；CK117+700～CK119+300；CK128+000～CK133+100；CK138+200～CK140+100段风蚀沙埋。风蚀沙埋灾害段合计长度26.30km，占拟建铁路线的30.75%。该区（段）内，铁路建设过程中和建成后可能遭受风蚀沙埋地质灾害的可能性大（B=1），影响程度为中等（C=0.67），灾后发生后可能损失小（S=0.33），地质灾害危险性指数W为0.57。根据量化原则和量化公式确定地质灾害危害程度小，综合评估地质灾害危险性小。

4.1.3冻胀融陷（DR）

冻胀融陷区（段）位于拟建铁路线CK88+100～CK94+850，冻胀融陷地质灾害（段）长度合计6.75km，占拟建铁路线的8.17%。该区（段）内，铁路建设过程中和建成后可能遭受冻胀融陷地质灾害的可能性小（B=0.33），影响程度较小（C=0.33），灾后发生后损失小（S=0.33），地质灾害危险性指数W为0.33。根据量化原则和量化公式确定地质灾害危害程度小，综合评估地质灾害危险性小。

4.2 地质灾害不发育区（段）

评估区内拟建设线路的其它区段，为地质灾害不发育区，长度49.32km，占拟建铁路的60.80%，综合评估认为拟建铁路在该区段不受到危害。

5、结论

地质灾害危险性小区（段），采取适当工程和生物措施进行一般防治，防治简单，作为建设场地适宜；其它地段地质灾害不发育，作为建设场地适宜。

参考文献：

[1]内蒙古自治区地质灾害调查与区划.

[2]1/20万查干淖尔幅K-50-Ⅱ区域水文地質调查报告.