晉中至太原城際鐵路沿線地質(zhì)條件分析

張龍飛

（山西省地震災害研究所，太原 030002）

晉中至太原城際鐵路沿線地質(zhì)條件分析

張龍飛

（山西省地震災害研究所，太原 030002）

晉中至太原城際鐵路位于山西斷陷帶次級構造單元太原斷陷盆地內(nèi)，盆地內(nèi)部新構造運動復雜，城際鐵路沿線跨越多條第四紀隱伏活動斷裂，并穿過榆次地裂縫發(fā)育地帶及砂土液化區(qū)域，這些地質(zhì)問題極大地影響著晉中至太原城際鐵路的前期勘測選線。本文從地質(zhì)構造、地層巖性、淺層地震勘探等方面對穿越城際鐵路的三條活動斷裂的危險性進行了分析評價，以查明斷裂錯動對城際鐵路的影響。結合前人對榆次地裂縫的研究成果，對城際鐵路附近的地裂縫發(fā)育情況進行了調(diào)查驗證，以查明榆次地裂縫對城際鐵路的影響。通過在城際鐵路車站及車輛段布置地質(zhì)鉆孔，進行標貫試驗、剪切波速測試，以查明城際鐵路沿線工程地質(zhì)條件，對沿線車站及車輛段場地進行液化判定及場地類別判定。針對城際鐵路沿線存在的上述地質(zhì)問題，給出了相應的工程建議，對城際鐵路前期勘測設計具有重要的指導意義。

地質(zhì)條件；地質(zhì)構造；活動斷裂；地裂縫；砂土液化

0 前言

晉中至太原城際鐵路西起太原地鐵2號線一期工程終點站人民南路站，出站后折向東，沿在建十號路、迎賓街布設；途經(jīng)汾東商務區(qū)、科教園區(qū)、科創(chuàng)城，下穿大西客專及太中銀等鐵路，上跨南同蒲鐵路，至晉中市主城區(qū)，終點環(huán)城東路。正線全長20.286km，全線共設置車站12座及車輛段2個，其中高架車站10座，地下車站2座（山西省地震災害研究所，2015）。該城際鐵路與太原斷陷盆地內(nèi)多條第四紀活動斷裂相交，并經(jīng)過地裂縫發(fā)育地帶，沿線大多數(shù)地段具有產(chǎn)生砂土液化的條件，因此對城際鐵路沿線附近的活動斷裂及地裂縫進行危險性評價以及對車站及車輛段場地進行砂土液化判定，對鐵路勘測設計具有重要的意義。

1 地質(zhì)條件綜述

晉中至太原城際鐵路位于太原斷陷盆地內(nèi)，斷陷盆地北起石嶺關，南至介休，總體走向NE，在晉祠以北轉(zhuǎn)為NNE向，全長150km，東西寬40km。盆地的斷陷始于上新世早期，斷陷幅度一般大于2000m，最深處位于清徐一帶達到3800m，盆地東部新生界斷陷幅度僅200～300m。盆地周緣被正傾滑斷裂所圍限，盆地內(nèi)部隱伏斷裂發(fā)育，地震活動頻繁，是新構造運動強烈的構造單元。

城際鐵路全線呈近東西向展布，錦綸路站以西所有車站及車輛段均處于廣闊的沖洪積傾斜平原區(qū)，錦綸路站位于黃土斜坡地帶，環(huán)城路站位于低一級的黃土塬面，榆次車輛段地處黃土丘陵區(qū)前緣沖溝地帶。全線總體地貌起伏較小，地面海拔高度在767.0～844.0m之間，相對高差為77.0m，呈西低東高特征。

為查明沿線車站及車輛段的地層巖性，在所有車站及車輛段均布置了地質(zhì)鉆孔，城際鐵路沿線地層結構特征分述如下，見表1（山西省地震災害研究所，2015）。

城際鐵路沿線地表水主要為瀟河徑流，主要補給為大氣降水（雨、雪），降雨多集中在6—8月份，具有明顯的季節(jié)性。城際鐵路所處地帶為太原盆地中東部，東部地下水位埋深大，地下水位高，向西過渡為沖積平原，地下水位埋深逐漸變小，地下水徑流方向從北、東流向南、西。

2 若干地質(zhì)問題

2.1 活動斷裂

城際鐵路所處的太原斷陷盆地新構造差異運動強烈，盆地邊界多發(fā)育有全新世—晚更新世活動斷裂，盆地內(nèi)部發(fā)育有早—中更新世隱伏斷裂，其中穿越城際鐵路的第四紀活動斷裂共有2條，分別是田莊斷裂、王湖斷裂（圖1）。

（1）田莊斷裂F4

表1 晉中至太原城際鐵路沿線地層地貌特征Tab.1 Characteristics of formation and geomorphology along the inter city railway from Jinzhong city to Taiyuan city

該斷裂是太原斷陷盆地內(nèi)一條規(guī)模較大的隱伏斷裂，斷裂西起太原市晉源區(qū)田村以西，東至榆次北部西沙溝，呈NEE走向，全長35km，傾向東南，正斷層。該斷裂帶是太原斷陷盆地北部淺凹陷和南部深凹陷的一條分界斷裂，斷裂以北上新世以來斷陷幅度為200～1000 m，斷裂以南斷陷幅度為1200～3600m，上新世地層底界的垂直差異（斷距）達1000～2500 m。依據(jù)中國地震局地球物理勘探中心在太原大學附近對田莊斷裂的淺層地震勘探測試結果（圖2），其最淺上斷點埋深為93m，錯斷層位為T02，視傾向S，結合區(qū)域地質(zhì)資料推測田莊斷裂錯斷的最新地層為晚更新世早期地層，其主要活動時代在早、中更新世及晚更新世早期，屬晚更新世活動斷裂。

圖1 晉中至太原城際鐵路地質(zhì)構造圖Fig.1 Intercity railway Geological structure map From Jinzhong city to Taiyuan city

（2）王湖斷裂F12

王湖斷裂位于太原斷陷盆地次級構造單元晉中凸起內(nèi)，北起西沙溝，南至晉中市東南，長約16km，走向 NNW，傾向SW，為正斷層。斷裂以東為黃土臺塬區(qū)，以西為沖洪積傾斜平原。據(jù)地質(zhì)鉆孔資料（圖3），斷裂兩盤上新統(tǒng)頂面垂直斷距達100m，主要活動期應在早—中更新世，晚更新世仍有活動，屬晚更新世活動斷裂。

圖2 TZ2（太原大學）測線淺層地震反射時間剖面圖Fig.2 Time profile of shallow seismic refection at TZ2 （Taiyuan University）

圖3 王湖斷裂地質(zhì)剖面圖Fig.3 Geological section map of Wanghu fracture

上述2條斷裂均屬非全新世活動斷裂（表2），依據(jù)《建筑抗震設計規(guī)范》（GB50011-2010）第4.1.7條第1款規(guī)定，可忽略這2條斷裂錯動對城際鐵路工程場地的影響。

2.2 地裂縫

對于城際鐵路沿線地裂縫，必須查明地裂縫的具體分布位置，分析地裂縫成因，評價危害程度，并根據(jù)地裂縫的發(fā)育特征和活動趨勢，采取相應的綜合防治措施（范振平等，2011）。

（1）榆次地裂縫發(fā)育特征

城際鐵路所經(jīng)過的晉中凸起構造單元內(nèi)發(fā)育有多條榆次地裂縫，其分布特征如下：

①西帶：走向NE，地裂縫帶寬400m，長達1800m，可細分為三條地裂縫（帶）。②中帶：走向SN，東西寬250 m，南北長3800 m。按其分布可劃分為3條地裂縫（帶），每條地裂縫（帶）寬窄不一，但均呈南北向。③東帶：地表破裂分部在晉中市榆次區(qū)東部，地裂縫沿線有一系列呈SN向延伸的串珠狀塌陷坑，該帶長度約600m（丁學文等，2000）（圖4）。

圖4 榆次地裂縫與城際鐵路位置關系Fig.4 The location relationship between the ground fissures in Yuci and the of the inter city railway

（2）榆次地裂縫成因探討

①榆次地裂縫地處榆次城北聶村、王湖、北關一帶，從地形地貌上分析，屬傾斜平原后部（圖4中Ⅲ），地勢北高南低，東部為黃土臺塬（圖4中Ⅰ），二者之間為過渡斜坡地帶（圖4中Ⅱ），由于地形地貌的影響，在Ⅱ與Ⅲ的結合過渡地帶存在著一條SN走向、相對低洼的匯水廊道，匯水廊道呈由北向南的舌狀延長形態(tài)，這個SN向帶狀區(qū)域?qū)Φ乇硭偷叵滤畼O其敏感，地下水在由東往西、由北往南的徑流過程中，經(jīng)過過渡斜坡地帶（圖4中Ⅱ）地下水位埋深發(fā)生了突變，從而為斜坡前緣地下水埋深較淺的位置發(fā)育擴展地裂縫提供了背景條件，研究表明榆次地裂縫的空間展布形態(tài)趨勢上基本與地下水位埋深突變帶保持一致。即榆次地裂縫發(fā)育在Ⅱ的前緣及Ⅲ的后緣一帶，整體呈SN走向。

②地質(zhì)構造、地形地貌的差異導致了沿不同地貌單元地下水位埋深的突變，這是榆次地裂縫形成的背景條件。不同地貌單元巖土結構的差異則導致了賦水性能的不同，這是榆次地裂縫形成的介質(zhì)條件。

③除了斷裂構造的控制作用，地下水的過量開采也是影響地裂縫的重要因素。據(jù)晉中市榆次區(qū)1989—1992年觀測資料（蘇宗正等，2000），地下水開采強度每年超過400000 m3/km2，形成面積約27km2的降水漏斗，中心位于市政府一帶。榆次地裂帶即分布于該漏斗的東北邊緣一帶（圖5），地裂帶走向與降水漏斗的走向也基本一致，因此說榆次地裂縫的出現(xiàn)與榆次地下水的過量開采，與地下水降落漏斗的形成有一定的關系。

（3）榆次地裂縫對城際鐵路的影響評價

調(diào)查表明，1995年至今，榆次地裂縫未穿過城際鐵路再進一步向南發(fā)育，現(xiàn)狀條件下，總體處于相對穩(wěn)定狀態(tài)，且地裂縫與城際鐵路最近距離均在40m以外，根據(jù)榆次地裂縫對建筑物破壞和影響調(diào)查，地裂縫兩側(cè)上盤20.0m、下盤15.0m范圍應作為地裂縫避讓帶寬度，因此現(xiàn)狀條件下（1995年至今）可不考慮榆次地裂縫對擬建城際鐵路場地產(chǎn)生的斷錯影響。

圖5 晉中市榆次區(qū)地下水降水漏斗水位等值線圖（1992年）Fig.5 Contour map of ground water level of precipitation funnel area in Yuci area of Jinzhong city in 1992

2.3 砂土液化

按照《建筑抗震設計規(guī)范》（GB50011—2010） 第4.3.1條～4.3.6條的規(guī)定，結合地質(zhì)鉆孔巖性及地下水位埋深資料，通過孔內(nèi)標貫試驗可以對沿線各車站及車輛段進行砂土液化判定，液化及建筑場地類別判定結果詳見表2，從該表中可以看出編號11～12車站地下水位埋深發(fā)生了突變，榆次地裂縫即沿這2個車站之間的過渡地帶而發(fā)育。

3 結論

（1）沿線除錦綸路站、環(huán)城東路站、榆次車輛段外其余車站及車輛段均具有產(chǎn)生砂土液化災害的條件，液化等級為輕微—嚴重不等，根據(jù)國家標準《城市軌道交通結構抗震設計規(guī)范》（GB 50909-2014）第3.1.2條，晉中至太原城際鐵路工程項目抗震設防類別應為重點設防類，因此需按照相關規(guī)范采取相應的消除液化工程措施。

（2）錦綸路站、環(huán)城東路站、榆次車輛段上部地層均具有濕陷性，需按照相關規(guī)范進行濕陷性評價，工程勘察時，應重點查明濕陷性黃土層的分布及其厚度、地基的均勻性。地基處理時，應盡可能消除其濕陷性和不均勻性，并做好地面防水和排水措施。從工程措施上減輕濕陷性對城際鐵路的影響。

（3）超量開采地下水是榆次地裂縫形成的外部誘因，雖然現(xiàn)狀條件下，榆次地裂縫未再進一步發(fā)育，但是隨著城市的發(fā)展，未來存在由于過量超采地下水而導致榆次地裂縫進一步向南發(fā)育的可能性，勢必對城際鐵路造成一定的影響，因此建議政府和有關職能部門應加強對地下水資源的宏觀管理，限制開采地下水，以減輕地裂縫變形程度和危害。

表2 晉中—太原城際鐵路沿線砂土液化及建筑場地類別判定結果Tab.2 Results of classification of sand liquefaction and building sites along the inter city railway from Jinzhong city to Taiyuan city

［1］山西省地震災害研究所. 晉中至太原城際鐵路工程場地地震安全性評價報告［R］. 2015： 118～193.

［2］中華人民共和國住房和城鄉(xiāng)建設部，國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗檢疫總局.《建筑抗震設計規(guī)范》（GB50011-2010）［S］. 2010.

［3］范振平，李強. 大同—西安高鐵沿線地裂縫成因分析［J］. 物流技術，2011，30（4）：49～52.

［4］丁學文，張大為，陳國順，等. 山西榆次地裂縫的分布及活動特征［J］. 山西地震，2000，28（2）：9～12.

［5］蘇宗正，郝何龍，侯廷愛. 太原盆地的地裂及其災害［J］. 山西地震，2000，28（3）：1～5.

Discussion on the Geological Condition along the Jinzhogn to Taiyuan Intercity Railway

ZHANG Longfei
（Earthquake Disaster Research Institute of Shanxi Province， Taiyuan 030002）

Jinzhong to Taiyuan intercity railway is located in the Taiyuan fault basin， which geological conditions are complex. This railway is across multiple Quaternary buried active faults and through the ground fssures in Yuci Development Zone and sand liquefaction area. These geological problems greatly affect the preliminary survey line selection of Jinzhong to Taiyuan intercity railway. In order to fnd out the fault infuence on the railway， in this paper， the geological conditions along the intercity railway are studied， for example， the geological structure，stratum， lithology， shallow seismic exploration in three aspects of the active fault crossing the intercity railway. In combination with the previous research results of the ground fssures in Yuci， the development of the ground fssures in the vicinity of the intercity railway was investigated and verifed， in order to fnd out the infuence of Yuci ground fssures along the intercity railway. Through geological drilling， standard penetration testing and shear wave velocity testing， we identify the intercity railway engineering geological conditions and along the station for liquefaction judging and distinguishing site types. According to the above geological problems existing in the intercity railway， the corresponding engineering suggestions are given， which are important guiding signifcance to the preliminary survey and design.

Geological condition； Geological structure； Active fault； Ground fssure； Sand soil liquefaction

U212.22；P694

A

1007-1903（2016）03-0054-05

10.3969/j.issn.1007-1903.2016.03.010

張龍飛（1982- ），男，碩士，工程師，主要從事工程地質(zhì)、地震地質(zhì)研究。E-mail：89267561@qq.com