南疆鐵路庫(kù)阿段增建第二線地質(zhì)條件與評(píng)價(jià)

楊新亮

(中鐵第一勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司，陜西西安 710043)

0 引言

南疆鐵路庫(kù)爾勒至阿克蘇段是南疆地區(qū)對(duì)外溝通的客貨運(yùn)主通道，兼有亞歐大陸橋南部便捷通道的重要功能，橫貫新疆南部，大體呈東西走向，東起巴音郭愣蒙古族自治州(簡(jiǎn)稱“巴州”)的州府庫(kù)爾勒，沿塔里木盆地北部邊緣及南天山南麓廣闊的山前沖、洪積平原區(qū)向西行進(jìn)，經(jīng)輪臺(tái)、庫(kù)車、新和三縣，到達(dá)本線終點(diǎn)阿克蘇市，全長(zhǎng)約530 km。

1 地形地貌

線路位于南天山南麓塔里木盆地北緣山前沖、洪積平原區(qū)，地形平坦開闊，高差50 m～350 m，整體趨勢(shì)是北高南低，西高東低，線路所處區(qū)域大的地貌單元分述如下:

1)南天山低中山山地:線路所經(jīng)地區(qū)北部屬于南天山山脈，由庫(kù)魯塔格山、秋立塔克山、卻勒塔格山、斯坎塔山、喀拉玉爾滾山、恰依恰嘎等山組成，山體海拔高程1 100 m～2 200 m。

2)山前沖、洪積傾斜平原:多由洪積扇、裙組成，地形較平坦，地勢(shì)北高南低，地面高程940 m～1 200 m，自然坡度15‰～40‰，礫質(zhì)平原為主，部分為砂質(zhì)平原，呈現(xiàn)典型的傾斜戈壁灘地貌景觀。

3)沖、洪、湖積平原:為山前沖洪積傾斜平原外緣的沙土灌叢及地下水溢出帶、大河下游的綠洲地帶。地形平坦開闊，地勢(shì)大致由北西向南東微傾，局部呈北東高，南西低，縱坡4‰～10‰，海拔高程970 m～1 040 m，土質(zhì)平原為主，綠洲內(nèi)為耕地、鹽漬土、荒地，綠洲外為土戈壁—泥漠帶以及河溝灘地及其他洼地濕地。

2 地層巖性

沿線出露的地層為第四系松散沖、洪積物，局部為風(fēng)積、湖積、化學(xué)沉積物，巖性為黏性土、砂類土和細(xì)、粗圓礫土，基巖局部出露。

3 地質(zhì)構(gòu)造

線路通過地帶一級(jí)地質(zhì)構(gòu)造單元屬于塔里木地臺(tái)北緣，北鄰南天山褶皺帶，沉積了巨厚的新生代沉積物，據(jù)石油部門勘探，第四系厚度達(dá)300 m～1 000 m。線路北側(cè)南天山不斷抬升，南側(cè)塔里木盆地相對(duì)下降，造成本區(qū)新構(gòu)造運(yùn)動(dòng)主要是垂直運(yùn)動(dòng)，輔助水平運(yùn)動(dòng)，且十分強(qiáng)烈。

4 水文地質(zhì)條件與評(píng)價(jià)

沿線水系屬塔里木盆地內(nèi)陸水系，地下水主要為第四系孔隙潛水及承壓水，基本特征分述如下。

4.1 第四系孔隙潛水

分布于沿線各河流及其支流的河床和河漫灘、洪積扇裙、沖、洪積平原及地勢(shì)低洼處的第四系松散沉積層中，水位受地貌單元控制，并隨季節(jié)性變化，主要受大氣降水、地表水及高山冰雪融水的補(bǔ)給，可分為潛水深藏帶、潛水淺藏帶兩個(gè)水文地質(zhì)帶。其特點(diǎn)分述如下:

1)潛水深藏帶(洪積礫質(zhì)傾斜平原):位于山前傾斜洪積扇裙地帶，即沖、洪積土質(zhì)平原的后緣及地勢(shì)較高處。地層主要為卵、礫石土及礫砂，滲水性強(qiáng)，地面橫坡較大，地下徑流暢通，地下水位埋深一般大于30 m。

2)潛水淺藏帶(沖、洪積土質(zhì)平原):分布于沿線各河溝灘地。地層以黏性土、砂類土為主。含水地層多為黏性土及砂類土層，地下水儲(chǔ)存于孔隙中，透水性較差，在綠洲地帶及河流附近，河徑流量大，水量較豐富，其余地段水量較小。地下水位埋藏較淺，一般0 m～5 m，局部5 m～25 m，且受季節(jié)影響較大。由于本區(qū)氣候干燥，雨水稀少，蒸發(fā)量大，地下水補(bǔ)給主要靠天山融雪滲流及農(nóng)田灌溉入滲。

4.2 第四系承壓水

分于于陽霞至輪臺(tái)間、牙哈至喀蘭古間及喀拉玉爾滾至哈力布茵間洪積扇前土質(zhì)平原之地勢(shì)低洼處。主要受地下徑流側(cè)向及高山融雪下滲補(bǔ)給，埋藏較深，含水層多，一般厚2 m～10 m，工程勘探揭示的承壓水頂板埋深20 m～30 m，自流含水層水頭高出地面0.1 m ～8 m，自流量0.8 L/s～7 L/s，礦化度小于1 g/L。

4.3 環(huán)境水侵蝕性

潛水深藏帶水質(zhì)較好，潛水淺藏帶地下水礦化度2 g/L～30 g/L，局部可達(dá)50 g/L，水質(zhì)較差，多為NaSO4—NaCl型水，同時(shí)具垂直分帶性，表層潛水水質(zhì)往往更差，地下水對(duì)圬工具氯鹽、硫酸鹽化學(xué)侵蝕。第四系淺層承壓水(自流水)受潛水影響，水質(zhì)較差，具氯鹽和硫酸鹽化學(xué)侵蝕性。淺層承壓水與孔隙潛水混合后同樣具鹽侵蝕，環(huán)境作用等級(jí)同孔隙潛水。

5 工程地質(zhì)條件與評(píng)價(jià)

5.1 不良地質(zhì)特征與評(píng)價(jià)

沿線發(fā)育的不良地質(zhì)類型主要有風(fēng)沙和地震液化。

1)風(fēng)沙。沿線局部存在戈壁風(fēng)沙流現(xiàn)象，斷續(xù)分布低矮的冢狀固定沙丘、半固定沙丘、流動(dòng)沙丘、流動(dòng)沙地、固定沙地及沙壟次之。分布范圍集中于庫(kù)爾楚至庫(kù)魯克之間、曼喬勒克附近、馬洛附近、雅克拉附近、庫(kù)車至三道橋之間、新和西側(cè)附近、咸水溝至杜桂列克間及阿克蘇附近，風(fēng)沙分布如圖1所示，累計(jì)長(zhǎng)134 860 m，占線路全長(zhǎng)25%。

圖1 南疆鐵路庫(kù)阿段增建第二線風(fēng)沙分布示意圖

戈壁風(fēng)沙流地段，一般地表無積沙，僅在植被背風(fēng)一側(cè)有新鮮積沙，呈條狀，厚0.2 m ～0.5 m，長(zhǎng)1 m ～2 m，主要由粉、細(xì)砂組成，植被覆蓋率較低，一般小于5%，沙的來源為就地起沙和戈壁平原表層卵礫石層中的細(xì)小顆粒(雜粒砂)。一般風(fēng)沙流順既有線迎風(fēng)側(cè)路堤邊坡行進(jìn)一段后，在受主導(dǎo)風(fēng)向風(fēng)力作用下，翻越路堤，在背風(fēng)側(cè)路堤邊坡、路肩、局部道床積沙，對(duì)線路危害程度以輕微為主。

沙丘及沙地散布在既有線兩側(cè)，沙丘一般高0.5 m～3 m，個(gè)別3 m～6 m，主要由粉、細(xì)砂組成，其上生長(zhǎng)有紅柳、梭梭、駱駝刺、沙蒿等耐旱植物，植被覆蓋率多在10%～55%，部分沙丘表面有1 cm～3 cm厚的泥結(jié)皮，有些沙丘上散落大量枯死的紅柳根莖。由于戈壁風(fēng)沙流的作用，風(fēng)力將山前細(xì)顆粒攜帶到植物叢前停積，植被背風(fēng)一側(cè)有新鮮積沙，多呈流星狀，久而久之，形成沙丘，同時(shí)混雜有許多小樹枝和植物雜根、雜葉;沙地沙粒主要由粉、細(xì)砂組成，植被覆蓋率10%～20%。流動(dòng)沙丘、沙地對(duì)工程危害嚴(yán)重，半固定沙丘、沙地對(duì)工程危害中等。

風(fēng)沙對(duì)各類工程的影響較大，增建第二線通過風(fēng)沙地段，建議用粗顆粒土填筑，同時(shí)路堤迎風(fēng)側(cè)坡面應(yīng)防風(fēng)蝕，坡面可考慮片石護(hù)坡，并補(bǔ)強(qiáng)做好臨近線路兩側(cè)的防沙、壓沙、固沙措施，橋涵工程宜適當(dāng)放大孔徑，改善區(qū)域生態(tài)環(huán)境;在施工中對(duì)兩側(cè)(尤其是主導(dǎo)風(fēng)向來側(cè))植被破壞后的影響，不能忽視，須謹(jǐn)慎施工，盡量減少對(duì)地表的擾動(dòng)和破壞，對(duì)由于施工活動(dòng)引起的沙丘植被結(jié)皮的破壞，應(yīng)采取措施加以恢復(fù)和治理。

2)地震液化。根據(jù)國(guó)家質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督局頒布的1∶4 000 000 GB 18306-2001中國(guó)地震動(dòng)參數(shù)區(qū)劃圖劃分，結(jié)合本區(qū)工程地質(zhì)和水文地質(zhì)條件及工程設(shè)置情況，沿線地震動(dòng)峰值加速度為0.15g～0.20g(相當(dāng)于地震基本烈度7度～8度)，根據(jù) GB 50111-2006鐵路工程抗震設(shè)計(jì)規(guī)范有關(guān)規(guī)定，結(jié)合沿線的標(biāo)準(zhǔn)貫入和靜力觸探試驗(yàn)，對(duì)地下水位以下的可液化層進(jìn)行液化判定，結(jié)果顯示地下水位以下的飽和砂土層局部存在地震液化現(xiàn)象，液化層頂板埋深0.5 m ～14.7 m，液化層厚度0.8 m ～18 m，累計(jì)長(zhǎng)71 030 m，占線路全長(zhǎng)13%。一般液化層不連續(xù)，多呈夾層或透鏡體狀，且埋深和厚度變化較大，對(duì)路基和橋涵工程有一定影響。建議根據(jù)相關(guān)規(guī)范進(jìn)行抗震穩(wěn)定性檢算，不滿足要求時(shí)，可采用基底鋪設(shè)土工格柵、碎石樁處理地基或反壓護(hù)道等措施。

5.2 特殊巖土特征與評(píng)價(jià)

沿線的特殊巖土主要有濕陷性粉土、軟土、松軟土、鹽漬土等。

1)濕陷性粉土。

分布于輪臺(tái)東側(cè)附近，長(zhǎng)4 700 m，占線路全長(zhǎng)0.8%。為洪積的粉土，屬中～高壓縮性土，具Ⅱ級(jí)自重濕陷性，濕陷性土層厚2 m～6 m，位于該段的各類建筑物均應(yīng)考慮地基土的濕陷問題，并做好地表排水工作。

2)軟土。

分布于陽霞和輪臺(tái)兩大沖積扇之間的局部洼地及新和一帶的洼地，累計(jì)長(zhǎng)6 220 km，占線路全長(zhǎng)1.1%。巖性為淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土和軟粉土，一般厚1 m～2 m，成因?yàn)榫G洲及河流兩岸的低洼地段的粉質(zhì)黏土長(zhǎng)期受水浸泡，多含有淤泥質(zhì)，呈流塑狀態(tài)，屬高壓縮性土，土質(zhì)疏松，含鹽量及含水率高，壓縮性大，強(qiáng)度低，基本無硬殼，工程性質(zhì)差。建議采取挖除換填及路堤兩側(cè)設(shè)置反壓護(hù)道的措施進(jìn)行地基處理。

3)松軟土。

分布于陽霞東附近、馬洛至輪臺(tái)間的土質(zhì)平原區(qū)、杜桂列克及阿克蘇一帶的綠洲及河流兩岸的低洼地段，累計(jì)長(zhǎng)100 570 m，占線路全長(zhǎng)19%。

綜合勘探、靜探資料，沿線松軟土均在地表10 m范圍內(nèi)，分布地段大部分無硬殼，個(gè)別地段有0.9 m～2 m的硬殼，松軟層厚度變化較大，一般厚3 m～6 m。在地下水位埋深大于3 m的松脹及結(jié)殼鹽漬土地帶，松軟土層厚度相對(duì)加大，甚至分成兩層。

松軟土具含水率高，壓縮性高、強(qiáng)度低，承載力低等特征，雖部分試驗(yàn)指標(biāo)尚達(dá)不到軟土標(biāo)準(zhǔn)，但工程性質(zhì)差，建議路基工程結(jié)合硬殼及松軟層的厚度，采取挖除換填、設(shè)反壓護(hù)道或碎石樁等處理措施;橋涵工程結(jié)合檢算下臥層及沉降量，采取相應(yīng)的防治措施。

4)鹽漬土。

按照成因，可分為現(xiàn)代型鹽漬土和殘積型鹽漬土，分述如下:

a.現(xiàn)代型鹽漬土。

主要分布于地勢(shì)低洼的陽霞東至輪臺(tái)間、新和地區(qū)、特爾?？诉M(jìn)站前、咸水溝出站附近及杜桂列克進(jìn)站前，喀拉玉爾滾至阿克蘇段斷續(xù)分布，鹽漬土分布如圖1所示，累計(jì)長(zhǎng)112 380 m，占線路全長(zhǎng)21%，是本線突出的工程地質(zhì)問題。鹽漬土地段地表多生長(zhǎng)蘆葦、紅柳、白刺等耐鹽植物，顯見白色鹽霜分布，并伴隨泛白、結(jié)皮現(xiàn)象，表土疏松，地面松脹、溶陷明顯。鹽漬土巖性為粉質(zhì)黏土，粉土、粉、細(xì)砂次之，類型以氯鹽漬土、亞氯鹽漬土為主，硫酸鹽漬土次之，程度以中、強(qiáng)為主，弱、超次之。

沿線鹽漬土地段具有如下特征規(guī)律:地表水與地下水的水化學(xué)類型緊密相關(guān)，地下水的礦化度比地表水高得多;鹽漬土的強(qiáng)弱與地下水水位埋深密切相關(guān)，同一地區(qū)，地下水水位較深者(＞4 m)，地表1 m內(nèi)的平均含鹽量一般較高，有些地表1 m內(nèi)的含鹽量超過了地基允許含鹽量，鏟除厚度較大;地下水位淺者，鹽受水的控制強(qiáng)，鹽分的表聚性就越強(qiáng)，雖然表層含鹽量很高，有的可達(dá)50%以上，但隨著深度的增加，含鹽量驟減，故1 m內(nèi)的平均含鹽量反而不大，由于鹽分表聚性強(qiáng)，因而鏟除厚度小，且鹽殼不能用作填料，但從施工角度講，地下水位淺，對(duì)鹽漬土處理是不利的條件，而地下水位深對(duì)鹽漬土處理是有利的;同一剖面上，由地表向下，Cl－/SO2－4值減小，同一地點(diǎn)不同深度的鹽性有不一致的現(xiàn)象，故定名只是不同深度鹽漬土的綜合定名。

鹽漬土的形成與線路北鄰之低山脈普遍有第三系石膏及巖鹽地層有關(guān)，由于本區(qū)氣候干旱，物理風(fēng)化作用強(qiáng)烈，含鹽地層經(jīng)風(fēng)化后，地表水將鹽分溶解，攜帶至山前沖積平原，加之這些地區(qū)地形平坦，地層以黏性土為主，潛水埋藏淺，礦化度高，地下水流排泄不暢，造成鹽分隨毛細(xì)水上升地表，并不斷蒸發(fā)，易溶鹽在地表富集，形成鹽漬土。

鹽漬土具有吸濕、膨脹、溶陷等工程特性，影響路基工程穩(wěn)定，腐蝕建筑物，路基基底應(yīng)鏟除超限鹽漬土和地表鹽殼，不得用超允許含鹽量的土層作填料，若填土高度小于最小路堤控制高度，建議采用滲水土或設(shè)置毛細(xì)水隔斷層，地形地貌條件有利排水時(shí)設(shè)置排堿溝，降低地下水位;同時(shí)應(yīng)考慮風(fēng)吹堿引起路堤表土松脹、溶失，路基面每側(cè)相應(yīng)加寬;對(duì)于基底疏松土層，填筑路堤前，需做壓實(shí)處理。另外鹽漬土地區(qū)潛水礦化度高，多具氯鹽、硫酸鹽型侵蝕及鹽類結(jié)晶侵蝕，橋涵及房建工程基礎(chǔ)應(yīng)考慮防水、土侵蝕措施;由于線路走行的山前沖、洪積前緣綠洲地段，大部分鹽漬土已進(jìn)行剝除表土、浸泡排堿等措施改造為農(nóng)田，但鐵路的修建，會(huì)不同程度的引起次生鹽漬化問題，因此設(shè)計(jì)中應(yīng)考慮措施。對(duì)于鹽漬土、松軟土共存地段，對(duì)路堤高度的要求存在矛盾時(shí)，應(yīng)綜合考慮，采取最經(jīng)濟(jì)有效的處理措施。

b.殘積型鹽漬土。

斷續(xù)分布于第四系沖、洪積細(xì)、粗圓礫土的表層，累計(jì)長(zhǎng)145.5 km，占線路全長(zhǎng)27%。一種為地表有0.2 m～0.5 m厚含細(xì)小鹽類晶體的微弱膠結(jié)層，并結(jié)皮反翹、龜裂，局部地段深度可達(dá)1 m;另一種為地表0 m～3 m細(xì)圓礫土層普遍含有石膏層，呈針狀結(jié)晶尖滅層、條帶狀、團(tuán)塊狀或疏松的蜂窩狀，局部富集，石膏體積比一般為5%～20%。成因?yàn)榧竟?jié)性地表徑流和洪水漫流后強(qiáng)烈蒸發(fā)造成黏性土及碎石類土中細(xì)小鹽類結(jié)晶體微弱膠結(jié)形成的化學(xué)沉積層，呈疏松狀態(tài)，易于壓縮或吸收水分而產(chǎn)生沉陷，含鹽類型主要為氯鹽和硫酸鹽，影響路基工程穩(wěn)定，建議路堤填筑前，基底宜碾壓或夯實(shí)。

6 建設(shè)項(xiàng)目地質(zhì)條件總評(píng)價(jià)

南疆鐵路庫(kù)阿段增建第二線與既有線基本并肩，線路走行于南天山南麓山前沖、洪積平原，地形平坦、開闊;地層主要為第四系松散沖、洪積物，巖性為黏性土、砂類土和圓礫土;戈壁灘地段地下水水位埋深大于30 m，綠洲地段地下水水位埋深一般0.5 m～5 m，水、土普遍具有侵蝕性;沿線一級(jí)構(gòu)造單元為塔里木盆地地臺(tái)北緣，新構(gòu)造運(yùn)動(dòng)強(qiáng)烈;不良地質(zhì)主要有風(fēng)沙和地震液化，特殊巖土有濕陷性土、軟土、松軟土、鹽漬土等?？傊?，沿線戈壁灘地段工程地質(zhì)條件良好，綠洲地段工程地質(zhì)條件相對(duì)較差。

7 結(jié)語

1)南疆鐵路庫(kù)阿段增建第二線所經(jīng)區(qū)域生態(tài)環(huán)境十分脆弱，自然氣候條件惡劣，降水少且集中，植被稀疏，水資源短缺，存在土地沙漠化、水土流失等環(huán)境工程地質(zhì)問題，不良地質(zhì)及特殊巖土發(fā)育，戈壁區(qū)地下水匱乏，綠洲區(qū)地下水水質(zhì)普遍差，沿線地質(zhì)條件較復(fù)雜。

2)通過對(duì)沿線風(fēng)沙、地震液化、濕陷性土、軟土、松軟土、鹽漬土等分布特征、成因及工程特性的綜合分析，評(píng)價(jià)了其對(duì)工程的影響，為各類工程設(shè)計(jì)提供了地質(zhì)依據(jù)。

3)因?yàn)殡S著生態(tài)環(huán)境和人類活動(dòng)的變化，風(fēng)沙、鹽漬土等勘察成果和采取的措施在鐵路工程修建前和修建后會(huì)產(chǎn)生變化，相關(guān)單位仍需不斷加強(qiáng)監(jiān)測(cè)，為沙害和堿害治理提供資料。

［1］中鐵第一勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司.改建鐵路南疆線庫(kù)爾勒至阿克蘇段增建第二線初步設(shè)計(jì)總說明書［Z］.2009.

［2］TB 10012-2007，鐵路工程地質(zhì)勘察規(guī)范［S］.

［3］GB 18306-2001，中國(guó)地震動(dòng)參數(shù)區(qū)劃圖［S］.

［4］TB 10027-2001，鐵路工程不良地質(zhì)勘察規(guī)程［S］.

［5］TB 10038-2001，鐵路工程特殊巖土勘察規(guī)程［S］.

［6］金培節(jié).南疆鐵路庫(kù)喀段鹽漬土路基病害與防治措施研究［J］.路基工程，2006(1):116-118.

［7］楊光臨.南疆鐵路庫(kù)喀段鹽漬土病害形成機(jī)制研究［J］.中國(guó)西部科技，2009(23):1-2.