巖鹽地區(qū)高速鐵路地質(zhì)選線(xiàn)研究

溫 宏 偉

(中鐵第四勘查設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司，湖北 武漢 430063)

巖鹽地區(qū)高速鐵路地質(zhì)選線(xiàn)研究

溫 宏 偉

(中鐵第四勘查設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司，湖北 武漢 430063)

以昌吉贛客運(yùn)專(zhuān)線(xiàn)為例，分析了在可行性研究階段線(xiàn)路局部地質(zhì)選線(xiàn)時(shí)，線(xiàn)路穿越巖鹽礦區(qū)時(shí)采空區(qū)對(duì)線(xiàn)路走行方案的決定性作用，指出對(duì)于重大不良地質(zhì)體應(yīng)堅(jiān)持繞避原則。

巖鹽地區(qū)，高速鐵路，地質(zhì)選線(xiàn)，采空區(qū)，最小安全距離

0 引言

隨著高速鐵路路網(wǎng)的不斷延伸，同時(shí)考慮經(jīng)濟(jì)、環(huán)保、文物、軍事等相關(guān)影響因素，線(xiàn)路走向的選取就變得日益復(fù)雜和重要。在技術(shù)方面不僅要考慮曲線(xiàn)平順性要求及最小曲線(xiàn)半徑的控制，還要考慮不良地質(zhì)對(duì)線(xiàn)路走向的局部控制。高陡邊坡、長(zhǎng)大順層、滑坡、泥石流、采空區(qū)等不良地質(zhì)對(duì)線(xiàn)路的局部走向和站場(chǎng)的選址起著控制性的作用。

1 巖鹽地區(qū)地質(zhì)選線(xiàn)原則

我國(guó)是資源大國(guó)，地下礦產(chǎn)資源豐富，礦產(chǎn)資源由于長(zhǎng)期開(kāi)采，地下空間形成眾多采空區(qū)，由于私人開(kāi)采及早期礦區(qū)資料的不完備，造成地下開(kāi)采巷道及采空區(qū)分布不明，這給后期該區(qū)域地表構(gòu)筑物的修建帶來(lái)了極大的安全隱患，鐵路選線(xiàn)中對(duì)于采空區(qū)一直堅(jiān)持“仔細(xì)勘察，合理繞避”的原則。本文以新建鐵路昌吉贛客運(yùn)專(zhuān)線(xiàn)穿越巖鹽礦礦區(qū)時(shí)的地質(zhì)選線(xiàn)為背景，詳述該原則在此類(lèi)問(wèn)題地質(zhì)選線(xiàn)中的合理應(yīng)用。

2 工程概況

昌吉贛客運(yùn)專(zhuān)線(xiàn)，起于南昌西，途經(jīng)吉安至贛州，線(xiàn)路全長(zhǎng)約420 km，為350 km/h客專(zhuān)方案。工程位于江西省中南部，線(xiàn)路自南昌市橫崗站引出，沿贛撫平原南下，經(jīng)吉(安)泰(和)盆地，穿越贛南天湖山，止于贛州市南康站。

2.1 地形地貌

線(xiàn)路位于羅霄山脈東面，武夷山脈西面的贛撫中游河谷階地與丘陵區(qū)、贛中南低中山與丘陵區(qū)，總的地勢(shì)為南高北低，東西兩側(cè)向中部贛江傾斜，贛江自南向北穿越其中。

2.2 地層巖性

昌吉贛客運(yùn)專(zhuān)線(xiàn)線(xiàn)路沿線(xiàn)地層分布較為齊全，除奧陶系、志留系地層外，均有分布，以前元古界(Pt)、震旦系(Z)、寒武系(∈)、白堊系(K)、第三系(E—N)地層、多期次巖漿巖侵入體(γ)、第四系松散沉積層(Q)分布較為廣泛，其余地層零星分布其中。沿線(xiàn)地層巖性較為復(fù)雜，前元古界、震旦系、寒武系至中、新生界第三系地層，以陸相和海相的沉積巖碎屑巖為主，巖性一般為凝灰?guī)r、變質(zhì)砂巖、板巖、千枚巖、砂巖、泥質(zhì)砂巖、砂礫巖、泥巖、灰?guī)r等以及花崗巖侵入體，大部分為軟質(zhì)巖層。

2.3 地質(zhì)構(gòu)造

清江巖鹽礦床位于清江盆地中央凹陷帶洋湖凹陷內(nèi)，呈長(zhǎng)橢圓狀，走向北東60°，地層產(chǎn)狀平緩，傾角3°～7°，總的構(gòu)造形態(tài)呈一開(kāi)闊平緩的不對(duì)稱(chēng)向斜。礦區(qū)內(nèi)褶皺平緩、規(guī)模小，北東、北北東向斷裂較多，同屬繼承性基底斷裂，將礦床分割為多個(gè)階梯狀斷塊。控制著清江盆地及巖鹽礦床的邊界。礦體總儲(chǔ)量約100億t，為江西省最大的巖鹽礦床，主要礦石礦物有巖鹽、鉀鹽、石膏和芒硝等。

清江盆地沉積蓋層，主要由白堊系、下第三系及第四系組成。

分述如下：

1)第四系，層厚約18 m。

2)下第三系臨江組，層厚350.3 m。

3)下第三系清江組，層厚1 139.2 m。礦床主要賦存于清江組一、二段。

4)白堊系上統(tǒng)南雄組，層厚大于1 000 m。

2.4 巖鹽礦區(qū)調(diào)查

線(xiàn)路穿過(guò)采空區(qū)范圍內(nèi)約15 km,前期采用貫通方案(穿越礦區(qū))及滬昆鐵路樟樹(shù)并站方案和沿贛江方案為論證方案。擬建線(xiàn)路附近有多家大型企業(yè)的規(guī)劃開(kāi)采區(qū)及采空區(qū)等多個(gè)鹽礦規(guī)劃開(kāi)采區(qū)域或采空區(qū)位。此外該區(qū)域分布有多個(gè)已關(guān)停小鹽礦。

2.5 巖鹽礦采空區(qū)形成原因及對(duì)鐵路的危害

巖鹽礦開(kāi)采方法為水溶采礦法,該方法通過(guò)鉆井或井巷形成一通道至巖鹽層，然后向可溶巖層注入淡水，與可溶巖相互作用形成含可溶性礦物溶液，然后抽取溶液返回至地面，加工提煉，該工序循環(huán)進(jìn)行開(kāi)采地下礦物(見(jiàn)圖1)。該方法可分為單井生產(chǎn)和井組生產(chǎn)。地下礦產(chǎn)的開(kāi)采過(guò)程中會(huì)在地下形成一定形態(tài)和大小的采空區(qū)。地下礦層開(kāi)采形成采空后其上方覆蓋的巖土體將失去支撐，原有的應(yīng)力平衡狀態(tài)將被破壞，致使上方巖層產(chǎn)生移動(dòng)變形，直到破壞塌落，坍塌連續(xù)不斷的發(fā)展還會(huì)使地表大面積下沉、凹陷甚至形成移動(dòng)盆地，造成地表建筑物開(kāi)裂、傾斜甚至破壞。同時(shí)，在采用此種方法開(kāi)采地下礦產(chǎn)時(shí)，由于地下礦脈細(xì)部走向及傾向的不確定性，造成水蝕礦床形成采空區(qū)及邊界的不確定性，并且由于巖鹽礦賦存于地下-837.75 m～-1 021.4 m，現(xiàn)有地球物理探測(cè)技術(shù)如淺層地震法、測(cè)氡法、EH-4、瞬變電磁法等均無(wú)法在深度和廣度上做到準(zhǔn)確測(cè)量，故無(wú)法定量確定采空區(qū)具體空間形態(tài)。

3 選線(xiàn)方案及最小安全距離計(jì)算

預(yù)可行性研究階段，初步擬定三條線(xiàn)位，分別為貫通方案(穿越礦區(qū))、滬昆鐵路樟樹(shù)并站方案和沿贛江方案。初測(cè)外業(yè)勘查初期，隨著調(diào)查的深入和資料收集的日益翔實(shí)，主推方案(穿越礦區(qū))未進(jìn)入各巖鹽礦批復(fù)開(kāi)采區(qū)，但是已進(jìn)入礦區(qū)擴(kuò)界范圍。本文以CK102～CK106線(xiàn)位附近某礦區(qū)為例，對(duì)線(xiàn)路通過(guò)礦區(qū)的安全性進(jìn)行論證。

依據(jù)鹽化公司提供相關(guān)資料揭示，該礦區(qū)開(kāi)采面積為1.048 1 km2。同時(shí)鹽化公司提出在礦段東部進(jìn)行擴(kuò)界，將采礦區(qū)面積擴(kuò)大1 km2左右，主推線(xiàn)位與礦區(qū)邊界最近距離為783 m。

3.1 最小安全距離的確定

本文根據(jù)《鐵路工程地質(zhì)手冊(cè)》確定最小安全距離。

3.1.1 圍護(hù)寬度的確定

江西省吉安市新干縣大洋洲鎮(zhèn)境內(nèi)特大橋區(qū)段，根據(jù)住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部、國(guó)土資源部、鐵道部關(guān)于發(fā)布《新建鐵路工程項(xiàng)目建設(shè)用地指標(biāo)》的通知，一般結(jié)構(gòu)橋梁范圍內(nèi)橋梁用地寬度為橋下設(shè)檢查通道一側(cè)距線(xiàn)路中心線(xiàn)為7.2 m，雙線(xiàn)鐵路線(xiàn)間距為5 m，參照《建筑物、水體、鐵路及主要井巷鹽柱留設(shè)與壓鹽開(kāi)采規(guī)程》第59條要求，每邊另加20 m圍護(hù)帶寬度(按國(guó)家一級(jí)鐵路等級(jí)確定)，綜合考慮保護(hù)寬度取150 m。

3.1.2 留設(shè)礦柱參數(shù)(移動(dòng)角)的確定

礦山開(kāi)采設(shè)計(jì)中，根據(jù)礦山開(kāi)采的具體方式和需要保護(hù)的建筑物，綜合考慮留設(shè)礦柱。因此需要保護(hù)的礦柱留設(shè)參數(shù)，參照鐵道部第一勘測(cè)設(shè)計(jì)院主編的《鐵路工程地質(zhì)手冊(cè)》中提供的鹽礦移動(dòng)盆地地表移動(dòng)參數(shù)。進(jìn)行分析整理后，采用參數(shù)為φ取40°，δ取55°。

3.1.3 最小安全距離確定

從昌吉贛鐵路客運(yùn)專(zhuān)線(xiàn)CK102～CK106段壓覆大洋洲鎮(zhèn)勘探區(qū)鹽層資源儲(chǔ)量估算圖可知，擬建鐵路CK102～CK106段距離鹽層底板埋深在-837.75 m～-1 021.4 m。

1)留設(shè)保護(hù)鹽柱計(jì)算。

根據(jù)所確定的參數(shù)，擬建鐵路CK102～CK106段附近安全保護(hù)距離計(jì)算如下：

該段地面標(biāo)高約28.6 m，鉆孔揭露松散層厚17 m。

鹽層底板最大埋深為-1 021.4 m，因此基巖厚為1 021.4+28.6-17=1 033 m。

2)該鹽層的安全保護(hù)距離。

723.31(基巖水平投影距)+20.26(松散層水平投影距)+150(安全保護(hù)帶寬)=893.57 m。

依據(jù)計(jì)算可知，礦區(qū)邊界與線(xiàn)位最近距離小于安全保護(hù)距離，同時(shí)依據(jù)《鐵路運(yùn)輸安全保護(hù)條例》確立的鐵路兩側(cè)1 000 m范圍內(nèi)禁止從事采礦、采石及爆破作業(yè)的規(guī)定，線(xiàn)位與采空區(qū)距離存在安全隱患。

3.2 最小安全距離計(jì)算結(jié)果

采用此方法對(duì)線(xiàn)路附近礦區(qū)邊界最小安全距離計(jì)算，結(jié)果如表1所示。

4 方案比選結(jié)果

計(jì)算可知，線(xiàn)路采用通過(guò)礦區(qū)方案時(shí)，由于沿線(xiàn)路左右側(cè)分布眾多已采或在采礦區(qū)，即便從未開(kāi)采區(qū)域通過(guò)，仍無(wú)法保證安全柱寬度。同時(shí)由于鹽業(yè)為當(dāng)?shù)刂еa(chǎn)業(yè)，新建鐵路壓覆礦產(chǎn)，勢(shì)必會(huì)遭到當(dāng)?shù)仄髽I(yè)及職能部門(mén)的反對(duì)。貫通方案(穿越礦區(qū))方案盡管在線(xiàn)型的平順性、造價(jià)的經(jīng)濟(jì)性方面存在優(yōu)勢(shì)，但是綜合考慮，該方案被予以否定。同樣，由于巖鹽礦邊界往西達(dá)到贛江西岸，沿贛江方案亦被否定。最終，在可行性研究階段，對(duì)滬昆鐵路樟樹(shù)并站方案予以?xún)?yōu)化，采用沿滬昆、京九通道組合方案為推薦方案，采用該方案會(huì)增加一定的工程造價(jià)及施工難度，但是相對(duì)于原方案而言，完全繞避了礦區(qū)，避免可采空區(qū)的潛伏性危害，同時(shí)也避免了對(duì)當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)產(chǎn)生的影響。

表1 各鹽礦采空區(qū)計(jì)算最小安全距離及與線(xiàn)位關(guān)系 m

5 結(jié)語(yǔ)

在全面、翔實(shí)的收集、整理、分析已有礦區(qū)資料的基礎(chǔ)上，采用定性分析與定量計(jì)算相結(jié)合的方法進(jìn)行壓覆礦產(chǎn)資源安全距離論證，確保工程構(gòu)筑物的安全性和經(jīng)濟(jì)效益的最合理化。

盡管礦區(qū)地表目前未出現(xiàn)坍塌及裂縫，但通過(guò)類(lèi)比其他國(guó)家類(lèi)似工程案例，采空區(qū)對(duì)地表構(gòu)筑物影響顯著，危害性強(qiáng)。若要在礦區(qū)開(kāi)辟通道通過(guò)時(shí)，要確保線(xiàn)路左右側(cè)的安全距離，同時(shí)由于礦區(qū)資源緊張，選線(xiàn)期間，在不能共通道的前提下，要確保該通道未被高速公路及高壓輸電線(xiàn)路等設(shè)施占用。

對(duì)于不良地質(zhì)體的勘查，堅(jiān)持“仔細(xì)勘察，合理繞避”的原則。目前盡管礦區(qū)未出現(xiàn)坍塌及裂縫，同時(shí)礦區(qū)亦著手建立觀測(cè)網(wǎng)監(jiān)測(cè)地表變形情況，避免采空塌陷。但是目前礦區(qū)范圍內(nèi)未采區(qū)域所形成通道無(wú)法確保線(xiàn)路左右側(cè)安全距離。故昌贛客運(yùn)專(zhuān)線(xiàn)該區(qū)段方案對(duì)于礦區(qū)采取了繞避，線(xiàn)路東移與既有京九線(xiàn)共通道。

[1] 中鐵第一勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司.鐵路工程地質(zhì)手冊(cè)[M].北京：中國(guó)鐵道出版社，1999.

[2] 江西省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開(kāi)發(fā)局九一五探礦工程大隊(duì).中鹽新干鹽化有限公司新干鹽礦擴(kuò)大采礦范圍儲(chǔ)量地質(zhì)報(bào)告[R].2007.

[3] 江西省地質(zhì)局水文地質(zhì)大隊(duì).區(qū)域水文地質(zhì)普查報(bào)告新干幅 G-50-(2)[R].1982.

[4] TB 10012-2007/J 124-2007，鐵路工程地質(zhì)勘查規(guī)范[S].

[5] TB 10027-2012/J 1407-2012，鐵路工程不良地質(zhì)勘察規(guī)程[S].

Research on high speed railway geological line selection of rock salt area

WEN Hong-wei

(China Railway Fourth Survey and Design Institute Group Limited Company, Wuhan 430063, China)

Taking the Chang-Ji-Gan passenger dedicated line as an example, this paper analyzed the decisive role of gob to lines run scheme in lines across the salt mine area, line local geological route selection in feasibility study stage, pointed out that for major adverse geological body should adhere to the avoidance principle.

rock salt area, high speed railway, geological line selection, gob, minimum safety distance

1009-6825(2014)31-0158-03

2014-08-29

溫宏偉(1981- )，男，工程師

U212.32

A