鐵路客運(yùn)專線建設(shè)中的工程地質(zhì)問題思考

魏建柄 安海波

在中西部地區(qū)鐵路建設(shè)中,工程地質(zhì)災(zāi)害問題成為鐵路建設(shè)過程中的一個重要因素。工程實(shí)踐已經(jīng)證明,只有充分認(rèn)識線路建設(shè)區(qū)工程地質(zhì)條件和工程地質(zhì)問題,才能做好各種條件方案的比選,建設(shè)一條經(jīng)濟(jì)合理、方案科學(xué)、高質(zhì)量的現(xiàn)代化鐵路。

在大同—西安客運(yùn)專線運(yùn)城—西安段野外勘測并參考大量文獻(xiàn)資料的基礎(chǔ)上,文章對線路區(qū)工程地質(zhì)問題進(jìn)行系統(tǒng)研究,確定了工程區(qū)的活斷層的分布和活動特征,預(yù)測了活動斷裂對運(yùn)城—西安段客運(yùn)專線的影響,論述了在地質(zhì)條件較為復(fù)雜的地區(qū),客運(yùn)專線選線的原則。

1 線路概況

新建大同—西安客運(yùn)專線運(yùn)城—西安段(見圖1),東起山西運(yùn)城,于永濟(jì)跨越黃河,經(jīng)大荔、渭南等縣市分別跨越洛河、渭河,至陜西西安,總長度200多千米。

1)地形地貌。本線路經(jīng)行于汾渭沖積平原區(qū),平原區(qū)以南為中條山、華山、驪山及渭南和潼關(guān)黃土臺塬,以北為渭北黃土臺塬。黃河以東為運(yùn)城盆地,以西為渭河盆地,主要由黃河、渭河、洛河、涑水河等河流的漫灘、各級階地組成。沿線地形平坦,地勢開闊。2)地質(zhì)構(gòu)造。線路所經(jīng)大地構(gòu)造單元為近東西向的渭河斷陷盆地和運(yùn)城盆地,處于鄂爾多斯地塊與秦嶺褶皺帶的過渡地段。鄂爾多斯地塊相對秦嶺做北東向的逆時針扭動,使得渭河盆地內(nèi)發(fā)育近北東東和北西西向斷裂。山西斷陷盆地是鄂爾多斯地塊相對太行山地塊做逆時針扭動而產(chǎn)生的剪切破裂帶,而運(yùn)城盆地正是這一剪切破裂帶南緣。這樣的構(gòu)造格局使得本區(qū)主要發(fā)育左旋走向的正斷層,而其中的活斷層是該區(qū)地質(zhì)災(zāi)害的主要力源,控制了該區(qū)域內(nèi)的地質(zhì)災(zāi)害的發(fā)育、類型和空間分布。3)水文地質(zhì)。區(qū)內(nèi)河流水系發(fā)育,線路跨越的主要有:黃河、渭河、涑水河、洛河、灞河、戲河、零河等,各河流多有常年流水,雨季常有山洪暴發(fā)。黃河年徑流量巨大,含砂量高,在線路跨越地段呈南北走向,河谷寬闊;渭河具常年性徑流,流量較大,季節(jié)性變化大。沿線地下水類型主要為松散巖土類孔隙潛水、孔隙承壓水,補(bǔ)給來源主要為地表水。

2 區(qū)域穩(wěn)定性研究

工程區(qū)域內(nèi)發(fā)育多條近東西向、北東向和西向的活動斷裂(見圖1)。對線路影響較大的有 8條活動斷裂(見表1)。

表1 工程區(qū)主要工程活動斷裂表

F1斷裂對運(yùn)城盆地的形成和新生代沉積有一定控制作用,第四紀(jì)以來做張扭運(yùn)動,中晚更新世活動明顯,平均水平錯動速率不大于1 mm/年～3 mm/年,平均垂直錯動速率不大于0.5 mm/年～1.0mm/年,地震活動較弱,活動性水平較低且重復(fù)間隔較長。

F2斷裂是渭河斷陷帶東段南緣的主控斷層,始于新生代早期,水平向呈左旋扭動性質(zhì),第四紀(jì)的斷距約為2000m,全新世平均的垂直活動速率為1 mm/年～2 mm/年,平均水平錯動速率約為4.5 mm/年。全新世活動強(qiáng)烈,西段有多組快速錯動和華縣大震遺跡,東段活動較弱。

F3斷裂沿嵯峨山南麓分布,為渭北黃土塬與渭河平原的地貌分界線。在口鎮(zhèn)可見局部的斷層三角面,斷距在300m以上,晚更新世以來形變活動強(qiáng)烈,早期為壓性,后為張扭性,錯斷、拉裂或扭動第三系、第四系的地層。由于該斷裂的活動,地表出現(xiàn)一系列與該斷層走向一致的有規(guī)律的地裂縫,伴隨有頻繁的中小地震活動,斷裂帶的平均垂直錯動速率為2 mm/年。

F4斷裂是通過石油地震方法探測的一條隱伏斷層,主要錯斷了中更新世以前地層。2009年11月5日陜西省高陵縣(該斷裂帶與渭河斷裂的交匯地帶)發(fā)生4.4級地震后,后共發(fā)生余震11次,最大震級為2.5級。反思汶川地震的災(zāi)難后果,該斷裂應(yīng)定為一個重要的發(fā)震斷層,與線路交匯帶的有關(guān)抗震設(shè)防參數(shù)要作提高,以保證鐵路的安全運(yùn)營。

F5斷裂是渭河盆地一條隱伏斷裂,對渭河盆地的形成和發(fā)展及盆地內(nèi)的地震活動都具有一定的控制作用,切割深度大約15 km。淺部傾角較大,往深部逐漸變緩,為鏟形斷裂。第四系基底錯開約100m,晚更新世地層錯距約4 m～6m,全新世以來有過3次古地震活動和1次歷史地震活動,為一條重要的發(fā)震斷層,活動性較強(qiáng)。

F6斷裂錯斷上更新統(tǒng)達(dá)1000m,錯斷下更新統(tǒng)達(dá) 500m,中更新統(tǒng)達(dá)200m。晚更新世以來仍有活動,錯斷了渭河各支流階地,與華山山前斷裂交匯處有中強(qiáng)震發(fā)生。

F7斷裂為驪山凸起的北界,第四紀(jì)以來活動顯著,斷裂南盤基巖及中下更新統(tǒng)直接出露地表或埋藏較淺,而北盤基巖卻埋于較深的位置。沿斷裂發(fā)生過一些中小地震。

F8斷裂以東為驪山斷凸,以西為西安凹陷,基底為元古界地層和花崗巖。該斷裂呈現(xiàn)張性,與西安繞城高速公路的交匯地帶有明顯的路面破壞變形,1977年8月西安以北斷裂帶上發(fā)生1次2.9級地震,顯示了該斷裂的現(xiàn)代活動性。

綜上所述,線路建設(shè)區(qū)屬于構(gòu)造活動區(qū),新構(gòu)造活動較強(qiáng),要充分考慮F16,F17和 F20發(fā)震可能性。具體結(jié)論如下:1)F16,F20斷裂與設(shè)計路線相交,需要考慮鐵路線的工程抗錯斷問題。統(tǒng)計經(jīng)驗(yàn)關(guān)系計算得到F16斷裂未來百年的最大同震垂直位錯量為2.54 m±1.05m,垂直于斷層走向的水平伸長量為 0.98 m±0.41 m;F20斷裂未來百年的最大同震垂直位錯量為2.02 m±0.90m,垂直于斷層走向的水平伸長量為1.17 m±0.55m。2)線路穿過的黃河沿岸地區(qū)在歷史上的大地震曾經(jīng)多次發(fā)生噴砂現(xiàn)象。同時,原位測試的結(jié)果表明黃河特大橋的場地類別為Ⅲ類,橋址地下15 m深度范圍內(nèi)存在飽和液化土層,需考慮砂土液化的影響。

3 選線原則

1)構(gòu)造活動地區(qū)線路走向。斷層活動往往是影響工程建筑物穩(wěn)定的主要因素。線路通過斷層發(fā)育地段,線路走向應(yīng)與斷層構(gòu)造線直交,應(yīng)盡量繞避活動性斷層和斷層的交匯點(diǎn)。線路跨越斷層時需研究斷層是否為活動斷層,斷層的性質(zhì)、規(guī)模、活動強(qiáng)度,充分考慮活動斷層的發(fā)震可能性、工程抗錯斷和斷層蠕滑變形。

2)構(gòu)造分區(qū)與重大工程建設(shè)。黃河中游地區(qū)的現(xiàn)代構(gòu)造運(yùn)動的形式和強(qiáng)度在不同地區(qū)有著顯著的差異特征。據(jù)此,劉東生將該區(qū)分為隴西區(qū)、銀川盆地、山西斷陷盆地、渭河谷地、河套谷地、豫西丘陵和鄂爾多斯高原7個構(gòu)造活動區(qū)。區(qū)內(nèi)重大工程建設(shè)中要從宏觀上把握工程地質(zhì)災(zāi)害規(guī)律,合理避讓構(gòu)造活動強(qiáng)烈的地區(qū),選擇構(gòu)造活動相對較弱的工程場地。

4 結(jié)語

我國客運(yùn)專線鐵路網(wǎng)建設(shè)正在全面進(jìn)行中,筆者針對客運(yùn)專線建設(shè)線路選線過程中應(yīng)該注意的工程地質(zhì)問題進(jìn)行探討,并且提出幾點(diǎn)建議,希冀對我國客運(yùn)專線建設(shè)有所裨益。

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