（地质工程专业论文）武广客运专线韶关至花都段厚覆盖型岩溶处理措施研究及效果评价.pdf

西南交通大学硕士毕业论文第1 页 摘要 岩溶是地表水和地下水对可溶性岩石进行的一种以化学溶蚀为主，机械 剥蚀为辅的地质作用以及由这种作用产生的各种现象的总称。全球岩溶地区 面积约2 2 0 0 万平方公里，我国境内碳酸盐岩类岩层纵深横广，岩溶现象普遍， 类型繁杂，形式多样，发育强烈。我国岩溶面积达3 4 4 4 万平方公里，己占 国土面积的三分之一。随着铁路建设的发展，岩溶问题作为不良地质问题已 越来越突出。在岩溶的处理措施和效果评价方面，国内外学者进行了大量的 研究，取得了丰硕成果。由于研究对象的特殊性和复杂性，目前还不能有效 地对岩溶地基进行整治，防止安全事故的发生。因此，有必要对其进一步进 行研究。 本文以武广客运专线韶关至花都段厚覆盖型岩溶为例，建立厚覆盖型岩 溶的二维数值模拟模型，并使用有限元程序f l a c 和a n s y s 对厚覆盖型岩溶的 处理措施进行了模拟研究，计算了各种因素，包括顶板厚度、覆盖层厚度、 合理加固深度和注浆孔间距，对路基稳定性影晌，评价了岩溶区的稳定性。 采用电测探法、瞬态面波法和钻孔取芯法相结合的综合检测方法，对厚覆盖 型岩溶的实际注浆效果进行检测，进一步研究厚覆盖型岩溶处理技术，检验 岩溶注浆技术的可行性。研究成果对岩溶路基的设计和施工提供理论依据， 并为相关领域和稳定性评价提供参考。 关键词厚覆盖型岩溶；处理措施；效果评价；数值模拟 西南交通大学硕士毕业论文第页 a b s tr a c t k a r s ti st h eg e n e r a ln a m eo ft h eg e o l o g i c a lf u n c t i o np h e n o m e n o n t h a tt h ee r o s i o no ft h es o l u b l er o c k sc a u s e db ys u r f a c ew a t e ra n dg r o u n d w a t e rw h i c hi sm a i n l yc h e m i c a lc o r r o s i o na n ds u b s i d i a r yp h y s i c a l e r o s i o n t h ea r e a so ft h ek a r s ti n t h ew o r l da r e2 2 ，0 0 0 ，0 0 0s q u a r e k il o m e t e r s i no u rc o u n t r y ，t h er o c ks t r a t u mo fc a r b o n a t er o c k si s i n d e p t ha n dy o k o h i r o ，t h ek a r s tp h e n o m e n o ni sc o m m o na n dt y p e sc o m p l e x a n df o r m sv a r i o u sa n dd e v e l o p m e n ti n t e n s e t h ea r e a so fk a r s ti no u r c o u n t r yi s3 ，4 4 4 ，0 0 0s q u a r ek i l o m e t e r s ，i to c c u p i e s1 3o fo u r t e r r it o r y w it ht h ed e v e l o p m e n to ft h er a il w a yc o n s t r u c t i o n ，t h e h a r m f u lg e o l o g i c a lp r o b l e m so fk a r s tb e c o m em o r ea n dm o r eo u t s t a n d i n g o nt h ea s p e c to ft h ek a r s t st r e a t m e n tm e a s u r e sa n de v a l u a t i o no f e f f e c t s ，t h es c h o l a r sa th o m ea n da b r o a dc a r r i e do nc o n s i d e r a b l e r e s e a r c h ，a n dm a d eg r e a ta c h i e v e m e n t s b e c a u s eo ft h ep a r t i c u l a r i t y a n dc o m p l e x i t yo ft h ek a r s t ，i ti sn o te f f e c t i v et or e n o v a t et h ek a r s t f o u n d a t i o na n dp r e v e n tt h eo c c u r r e n c eo ft h es e c u r i t ya c c i d e n t sa t p r e s e n t t h e r e f o r e ，f u r t h e rr e s e a r c hi s n e e d e d t h i sa r t i c l ei sb a s e do nt h ek a r s to ft h eh e a v yc o v e r a g et y p ef r o m s h a o g u a nt oh u a d uo ft h ew u g u a n gp a s s e n g e rt r a n s p o r t a t i o nd e d i c a t e d r a i i w a y ，a n de s t a b l i s h e dt h et w od i m e n s i o n sn u m e r i c a ls i m u l a t i n g m o d e l s ，a n du s e dt h ef i n i t ee l e m e n tm e t h o df l a ca n da n s y st om a k et h e s i m u l a t i o nr e s e a r c ho ft h et r e a t m e n tm e a s u r e sa n de v a l u a t i o no f s t a b i1it yo ft h eh e a v yc o v e r a g et y p ek a r s t 、a n dc a l c u l a t ev a r i o u s f a c t o r sw h i c hi sa b o u tt h ei n f l u e n c eo fs u b g r a d es t a b i l i t y ，i n c l u d i n g t h et h i c k n e s so ft h er o o f o fk a r s tc a v e s 、t h et h i c k n e s so ft h e c o v e r i n g 、c o n s o l i d a t i o nd e p t ha n dd i s t a n c eo fd e e p h o l eg r o u t i n g ，a n d e v a l u a t et h es t a b i l i t vo fk a r s ta r e a u s i n gas y n t h e s i sd e t e c t i o n m e t h o dt h a te l e c t r i c a ls o u n dm e t h o db a s e do nt r a n s i e n ts u r f a c ew a v e a n dc o r eb o r i n gi st od e t e c tt h ea c t u a lg r o u t i n ge f f e c to ft h eh e a v y c o v e r a g ek a r s ta n dr e s e a r c ht h et r e a t m e n tt e c h n o l o g yo ft h eh e a v y c o v e r a g ek a r s tf u r t h e ra n dv e r i f yt h ef e a s i b i l i t yo ft h eg r o u t i n g t e c h n i q u e t h er e s e a r c hr e s u lt ss u p p l yt h et h e o r ya n dm e t h o dt ot h e d e s i g n i n ga n dc o n s t r u c t i o n ，a n dp r o v i d er e f e r e n c ef o r t h er e l a t e d f i e 】d s k e yw o r d s ：t h eh e a v yc o v e r a g et y p ek a r s t ；t r e a t m e n tm e a s u r e s ； e v a l u a t i o no fe f f e c t s ；n u m e r i c a ls i m u l a t i n g 西南交通大学 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意 学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文 被查阅和借阅。本人授权西南交通大学可以将本论文的全部或部分内容编 入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复印手段保存和汇 编本学位论文。 本学位论文属于 1 保密口，在年解密后适用本授权书； 2 不保密口，使用本授权书。 ( 请在以上方框内打“4 ”) 学位论文作者签名： 只期： 指导老师签名： 日期： 西南交通大学学位论文创新性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是在导师指导下独立进行研究工 作所得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个 人或集体已经发表或撰写过的研究成果。对本文的研究做出贡献的个人和 集体，均已在文中作了明确的说明。本人完全意识到本声明的法律结果由 本人承担。 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 页 第一章绪论 1 1 研究的目的和意义 岩溶又称喀斯特，是地表水和地下水对可溶性岩石( 碳酸盐岩、硫酸盐 岩、卤素岩等) 所进行的一种以化学溶蚀为主，机械剥蚀为辅，包括水的机 械侵蚀和崩塌作用，及物质的携出、转移和再沉积的综合地质作用以及由这 种作用产生的各种现象的总称。岩溶发育的基本条件是：可溶性岩石，具有 溶蚀力的水及水的循环交替。 全球岩溶地区面积2 2 0 0 万平方公里，居住着约1 0 亿人口。我国境内碳 酸盐岩类岩层纵深横广，岩溶现象普遍，类型繁杂，形式多样，发育强烈。 中国岩溶地区若按含可溶岩的地层分布面积计，可达3 4 4 4 万k m 2 ，已占国 土面积的1 3 。若按碳酸盐岩的出露面积计，则为9 0 7 万k m 2 ，也接近国土 面积的1 1 0 ；基本分布于天山一一阴山构造带以南，即大致在北纬4 2 。 4 3 。以南，此线以北仅有小面积的碳酸盐岩零星分布。如以北纬3 4 。的秦 岭为界，分为北方干旱，半干旱，温带与南方潮湿，亚热带两大岩溶区。中 国南方岩溶区主要分布于滇、黔、桂、川、渝、鄂、湘、粤一带；中国北方 岩溶区主要位于晋、鲁、豫、冀一带。详见图1 - 1 中国岩溶区分布图。 岳蚕差爱 翻露交岩 _ ? j 奏善囊 翮白袁嚣 l ：了。眈参 ： f 一彳地爱筘 理裔i 警吖每# 一；番誓窖 一蕃1 警 图卜1中国岩溶区分布图 1 1 1 研究的意义 我国是岩溶分布最广泛的国家，岩溶现象遍及多个省、自治区、直辖市， 西南交通大学硕士研究生学位论文第2 页 随着我国经济的快速发展，越来越多的工程兴建在岩溶地区。由于岩溶作用 的结果，可导致岩体内溶蚀裂隙、溶孔、地下廊道、溶洞的发育，改变了可 溶性岩体的结构，岩体的强度及稳定性降低，透水性明显增大，且富含地下 水。因此岩溶的发育对工程建筑的兴建及使用往往造成不利的条件。在岩溶 区修建铁路，特别是高速铁路的修建，如果岩溶地基处理不好，就会造成铁 路路基塌陷断道、桥涵下沉开裂、隧道岩溶突水、建筑物破坏、充填溶洞的 塌陷、冒顶等等。不仅影响施工进展，而且增加工程造价，甚至危及人民生 命财产安全。因此，加强岩溶地基处理，并对岩溶地基进行可靠的稳定性分 析评价，有着重大的技术价值和经济意义。 1 1 2 研究的目的 通过对岩溶路基地段厚覆盖型岩溶进行系统研究，提出厚覆盖型岩溶塌 陷机理、处理原则、整治措施和效果检测方法。并针对主要影响因素，研究 分析厚覆盖型岩溶路基稳定性的安全系数，为岩溶路基的设计和施工提供理 论依据。 1 2 国内外研究现状及进展 1 2 1 国外研究现状 岩溶地面塌陷是全球广泛分布的地质灾害问题，据不完全统计，已有包 括中国、美国、南非j 法国、英国、德国、俄罗斯、波兰、捷克、南斯拉夫、 比利时、土耳其、加拿大以及以色列等1 6 个国家发生过严重的岩溶地面塌 陷。 岩溶塌陷发育的广泛性与危害性，已引起国际社会的普遍关注，进入 7 0 年代以来，召开了多次与塌陷有关的国际会议，使世界各国的研究者有 机会交流和商讨解决这一地质灾害问题的经验与方法。例如，1 9 7 3 年，国 际工程地质协会在西德汉诺威首次举行了“岩溶塌陷与沉陷：与可溶岩有关 的工程地质问题 国际讨论会。1 9 8 4 - - - - 2 0 0 3 年先后在美国佛罗罩达州、密 苏里州、肯塔基州和阿拉巴马州举行了九届“岩溶塌陷和岩溶的工程与环境 影响多学科国际讨论会 。国外在岩溶塌陷灾害研究方面，主要注重如下几 个方面： ( 1 ) 岩溶塌陷发育条件的勘测技术 岩溶塌陷发育的基础条件是隐伏岩溶的存在，具有高度不均一性的隐伏 岩溶发育带的探测一直被认为是极具挑战性的问题，发达国家由于仪器设备 方面的优势，各种地球物理方法都曾运用到这一领域，目前使用较多的是地 质雷达、高密度电法、浅层地震、以及声波电磁波孔问透视、c t 层析法等。 西南交通大学硕士研究生学位论文第3 页 比利时的k a u f m a n n ( 2 0 0 1 ) 、英国的m c g r a t hr i c h a r d ( 2 0 0 1 ) 、美国的r m c d o n a l d ( 1 9 9 9 ) 提出运用触探、微重力测量结合高密度电法的二维电阻层 析成像技术进行隐伏岩溶探测的综合物探方法，取的了很好的效果，美国的 r r o d r i g u e z ( 1 9 9 5 ) 首先采用微重力测量、然后采用三极电阻率测量、最 后实施高分辨率地震测量的综合物探方法进行肯塔基州的m e t c a l f e 县的隐 伏岩溶探测。美国的j o h nj a n s e n ( 1 9 9 3 ) 在威斯康星州西部的m o n r o e 县 一个垃圾填放场地的隐伏岩溶探测中，采用了电磁感应法和浅层地震折射波 法，取的了良好的效果，英国的p e t e rw m c d o w e l l ( 1 9 9 3 ) 成功将声波层 析成像用在柴郡( c h e s h i r e ) 的隐伏岩溶探测中，美国的b o h d a nl p a z u n i a k ( 1 9 8 9 ) 在宾夕法尼亚州b e r k s 县r e a d i n g 的一个5 0 0 英亩的场地 隐伏岩溶调查中，采用了航片、现场调查、电磁法探测、电子贯入试验、标 准贯入试验和空压钻进等综合方法，取的了非常好的效果，美国的r i c h a r d c b e n s o n ( 1 9 8 7 ) ，h e r b e r tg s t a n g l a n d ( 1 9 8 7 ) ，a n t h o n ye g ii b o y ( 1 9 8 7 ) 则最早将地质雷达技术运用到岩溶探测中。 ( 2 ) 岩溶塌陷发育的过程及机理研究 岩溶塌陷发育机理的揭示是有效防治的前提，由于岩溶塌陷发育过程的 特殊性，使得模型试验成为主要的研究手段。如：1 9 7 0 年日本学者n o g u s h i 、 1 9 8 6 年前苏联学者b n x 0m e h k o 、1 9 8 4 年美国学者r a l p hj h o d e k 、1 9 9 5 年美国学者t h o m a s m t h a r p 、俄罗斯学者a n i k e e v ，a v ( 1 9 9 9 ) 先后采用物 理模型试验或数值分析的方法，系统研究了非粘性土潜蚀塌陷的过程。 此外，国外一些学者还尝试采用岩土工程离心机进行塌陷试验，如： b o r m s 和b e n n e r m a r k ( 1 9 6 7 ) 、m a r i r ( 1 9 8 4 ) 专门研究了上覆软土“突入” 隧道造成地面下沉塌陷问题；b e r t i n ( 1 9 7 8 ) 针对佛罗里达州的土层情况， 模拟了上覆砂层、粉砂层的塌陷问题；h o w e l l 和j e n k i n s ( 1 9 8 4 ) 模拟研究 了英国岩盐洞穴的上覆砂层塌陷：s t e r l i n g 和r o n a y n e ( 1 9 8 4 ) 试验了洞穴 上覆粘土层的沉陷，但没有测量粘土的强度，也没有把结果推广到其它土层 条件；在s t e r l i n g 的基础上，c r a i g ( 1 9 9 0 ) 用离心模型研究了粘土直接覆 盖洞穴或粘土一砂层一洞穴的条件，建立起无量纲的安全系数( v s ) 的极限 值，塌陷与土层强度、土层厚度、其它上覆荷载以及洞穴开口直径有关，然 后，运用他的无量纲比率，可以推广到其它没有专门模拟的土层条件，他还 检验了一个简单的分析模型去预测他所观测的塌陷发育机理；以c r a i g 的试 验为基础，m a r y l a n d 大学的a b d u l l a 和g o o d i n g s ( 1 9 9 6 ) 运用离心机塌陷 破坏机理和导致塌陷的临界组合条件，重点研究了上覆在洞穴上方的弱固结 西南交通大学硕士研究生学位论文第4 页 砂层的塌陷破坏与洞穴开口大小、洞穴自身强度、弱固结砂层强度厚度、上 覆砂层的厚度、以及地表荷载的关系。 ( 3 ) 岩溶塌陷基础数据库建设 国外一直比较重视岩溶塌陷灾害基础数据库的建设工作，并提出了数据 格式标准，如早在1 9 8 4 年，美国存在严重岩溶塌陷问题的p e n n s y l v a n i a 和 f l o r i d a 相继建立了岩溶塌陷数据库：进入九十年代，g i s 技术的普及和发 展，使数据库建设提升到可视化阶段，美国国家及一些州地调局开始直接向 用户提供基于g i s 的地质灾害数字图件，并直接放在互联网上，供用户卸载。 如全美滑坡图、p e n n s y l v a n i a 州地质调查局w i l l i a me k o c h a n o v 博士制 作的宾州岩溶塌陷图等；英国国家地调局的a h c o o p e r 建立了基于a r c v i e w 的岩溶地质灾害数据库。 ( 4 ) 岩溶塌陷危险性预测与风险评估 运用计算机技术，结合灾害发生的危险性与社会经济易损性，评估灾害 风险，已成为近年来国外地质灾害研究工作的重要内容。如1 9 8 6 年，美国 c r a w f o r d 对b a r r e n 河岩溶塌陷进行危险性评价，采用1 2 5 i 2 5 分的网格， 如果网格内塌陷个数占总数的1 0 以上，划为高危险区，1 1 0 为中等危 险区，小于1 为低危险区，下伏地层为非碳酸盐岩的非塌陷危险区。1 9 9 6 年，美国克罗拉多大学研制开发了基于g i s 技术的计算机决策支持系统 ( d s s ) ，专门用于地质灾害的风险评价工作。美国的d r a g h u ( 1 9 8 4 ) 采用泊 松方程来模拟新泽西州w a r r e n 县在给定时间内、给定面积区域发生塌陷的 概率。美国的s a mb u p c h u r c h ( 1 9 8 7 ) 提出了用于塌陷风险评估的数据的评 价方法。南非的f r e d e r kc a l i t z ( 2 0 0 1 ) 开展了南非l e b o w a k g o m o 自云岩地 区潜在地面塌陷风险的评估工作，意大利的r o b e r t os a l v a t i 和美国的 t h o m a sm t h a r p ( 2 0 0 1 ) 提出了根据岩溶水压力对塌陷影响进行意大利中部 l a t i u m 地区岩溶塌陷评估的概念模型，英国国家地调局的a h c o o p e r ( 2 0 0 1 ) 用a r c v i e w 对英国岩溶地质灾害进行了评估。y o n g l ig a o ( 2 0 0 2 ) 运用 a r c v i e w 对美国明尼苏达东南部岩溶塌陷的空间分布规律和潜在风险进行了 系统分析。 ( 5 ) 塌陷预测预警 塌陷预测预警是岩溶塌陷防治工作的重要课题，由于岩溶塌陷的产生在 时间上具突发性，在空间上具隐蔽性，在机制上具复杂性，因此，被普遍认 为难以采取地面常规监测手段，对塌陷进行监测预报。国外早在1 9 8 4 1 9 8 7 年就尝试运用地质雷达进行潜在塌陷的监测工作，如美国学者b e n s o n 等在 西南交通大学硕士研究生学位论文第5 页 北卡罗来那州w il m i n g t o n 西南部的一条军用铁路进行了试验，监测周期为 半年，取得了良好的效果。但由于操作复杂、连续性较差、无法对测线外的 潜在塌陷进行监测，所以难以在大范围内推广 ( 6 ) 岩溶塌陷对环境的影响 岩溶塌陷除了对工程设施造喊破坏外，还会给环境带来很大影响，塌陷 坑往往会成为地表工农业和生活污水灌入补给岩溶地下水的通道，给地下水 带来潜在威胁，因此，岩溶塌陷将提高岩溶含水层的脆弱性。针对这一问题， 美国在塌陷危险区丌展工程建设，如高速公路、废物堆放场地等，都必须对 地表污水通过塌陷坑进入含水层的可能性进行监测评价。 1 2 2 国内研究现状 作为我国六大类型地质灾害之一，岩溶塌陷一直受到国家有关部门和学 者的高度重视，特别是近2 0 年来，投入了大量人力物力，开展岩溶塌陷防 治研究工作，取得了大量成果。我国岩溶塌陷研究的主要成果包括： ( 1 ) 我国岩溶塌陷的宏观分布规律 中国地质科学院岩溶研究所先后开展了“中国南方岩溶塌陷研究”、“长 江流域岩溶塌陷研究”和“中国北方岩溶塌陷研究”等项目，陈国亮等开展 了“铁路沿线岩溶塌陷及防治”工作，此外，一些单位还开展了与岩溶塌陷 及防治有关研究工作，基本摸清了我国岩溶塌陷发育的现状和宏观分布规 律，确定我国岩溶塌陷基本类型。 ( 2 ) 岩溶塌陷的机理研究一 1 9 8 6 1 9 8 8 年，陈国亮等在实施贵昆铁路岩溶塌陷防治项目中，开展 了小型物理模型试验，定性研究了砂性土岩溶塌陷发育的机理，提出了压强 差效应，项目完成后，试验工作也随之停止。1 9 9 3 年，地质科学院岩溶所 建立起大型物理模型试验和渗透变形试验为代表的岩溶塌陷试验室，对武 汉、唐山、湘潭、玉林、桂林、铜陵等城市不同类型岩溶塌陷发育的机理进 行试验研究，取得了很好的效果，提出了在自然或人类活动影响下，岩溶管 道系统中水气压力的变化是引发塌陷的根本原因。2 0 0 4 年，试验室进行了 彻底改造，引进了美国g e o m a t i o n2 3 8 0 数据自动采集系统，对试验过程进 行全自动监测，使试验研究工作上升到新的高度。 ( 3 ) 岩溶塌陷的勘查评价技术 包括地质雷达、浅层地震和电磁波、声波透视( c t ) 等技术在内的综合物 探方法，在武汉、唐山、湘潭、玉林、桂林、深圳等城市岩溶塌陷勘察中得 到了很好的应用。2 0 0 1 年出版了地质灾害勘察指南一书，针对不同的 西南交通大学硕士研究生学位论文第6 页 灾害类型，系统地提出了勘察技术与方法。 ( 4 ) 岩溶塌陷灾害管理与风险评估 地理信息系统( g i s ) 技术已得到广泛应用，从1 9 9 7 年起，岩溶研究所结 合岩溶塌陷灾害防治工作的特殊性，先后运用g i s 技术，开发了桂林、玉林 和六盘水三个城市的岩溶塌陷地理信息系统，并对岩溶塌陷灾害风险进行评 估。2 0 0 2 年，岩溶所完成了“1 4 0 0 万全国地面塌陷风险区划 工作。 ( 5 ) 岩溶塌陷预测 研究表明，岩溶水( 气) 压力的变化在岩溶塌陷发育过程中具有重要意 义，雷明堂等( 1 9 9 3 ) 通过对武汉市岩溶塌陷模型试验，提出岩溶水位下降速 率、幅度对塌陷发育有重要影响；何宇彬( 1 9 9 3 ) 认为岩溶水动力是产生塌陷 的根本原因；陈国亮等( 1 9 9 4 ) 通过对铁路沿线岩溶塌陷研究，提出诱发塌陷 的压强差效应；蒋小珍( 1 9 9 8 ) 通过湘潭、铜陵等市岩溶塌陷的模型试验研究， 指出岩溶水压力变化对塌陷具有重要的触发作用，可以以此作为衡量塌陷发 育的临界条件，t h a r p ，t m ( 2 0 0 1 ) 采用数学模型，分析研究了岩溶水水头变 化对基岩面上土洞的稳定性的影响。1 9 9 9 年，岩溶所在地质行业基金支持 下开展了岩溶塌陷时空预报方法研究，提出了基于岩溶塌陷发育机理的系统 压力监测方法，并成功地在桂林进行了试验。2 0 0 0 年，岩溶研究所在新一 轮地质大调查项目的支持下，在广西桂林柘木镇建立了我国第一个岩溶塌陷 灾害监测站，为深入系统地研究岩溶塌陷预测预报方法提供了良好的条件。 1 3 本文研究的主要内容 本文的主要研究内容为对新建武广客运专线韶关至花都段厚覆盖型岩 溶的地质特征研究分析，并针对天然溶洞，溶蚀破碎带的分布特征，研究计 算了各种因素，包括顶板厚度、覆盖层厚度、加固深度和注浆孔间距，对厚 覆盖型岩溶区的路基稳定性影响，提出厚覆盖型岩溶路基的处理措施和稳定 性的安全系数。结合电测深法、瞬态面波法和钻孔取芯法等综合检测方法， 对厚覆盖型岩溶的实际注浆效果进行检测，进一步研究厚覆盖型岩溶处理技 术，检验岩溶注浆技术的可行性。 西南交通大学硕士研究生学位论文第7 页 第二章区域地质背景 2 1 自然地理位置及交通状况 武广客运专线韶关至花都段起于广东省北部韶关市，线路由北向南行 进，经清远市，进入广州市花都区。线路先后跨越南水河、炉溪河、石塘河、 官f f l 河、连江、北江、大燕河。韶关至飞来峡问线路沿北江右岸低山丘陵、 河流阶地行进。沿线植被茂盛，大部分山区为封山育林区，水土保持较好。 交通发达，京广铁路、京广高速公路穿境而过；公路网四通八达：东连1 0 6 国道，西连1 0 7 国道，韶广一级公路。区内北江、连江航运发达，上游有白 石窑水利枢纽、下游有飞来峡水利枢纽。 2 2 地形地貌 。 沿线经过低山河谷区、低山丘陵区、珠江三角洲平原区三大地貌单元。 樟市附近及沙口至英德段长约5 0 k m 主要为低山河谷区。线路主要走行于北 江一、二、三级阶地。地面高程3 0 - - 3 5 0 m ，相对高差2 0 - - - - 2 0 0 m 。地势相对 平坦，偶见孤峰、峰林点缀，地表多为耕地。 韶关至沙口、英德至狮岭长约l o o k m 主要为低山丘陵区。线路在飞来峡 附近跨北江，连江口及飞来峡附近为北江峡谷地貌。地面高程l o - - 一4 0 0 m ， 相对高差2 0 - - - 2 0 0 m 。地势陡峻，v 型谷发育，地面横坡一般大于3 0 。，植 被茂盛。 新清远站附近及狮岭至花都为珠江三角洲平原区北端。地势北高南低， 开阔平坦，偶见残丘点缀其中。地面高程1 7 0 m ，相对高差o 5 0 m 。该段 城镇星罗棋布，开发区比比皆是，已基本城市化，交通便捷。 2 3 气象特征 沿线属于亚热带季风气候类型，气候温和，雨量充沛，多年平均气温为 2 0 9 0 左右。每年5 至9 月为夏季，气温多为2 4 - 2 9 ，极端最高达4 0 1 2 ；从 1 2 月到翌年2 月为冬季，气温多为1 0 - - 1 2 ，偶受强寒潮影响，极端 最低气温为一3 6 ，北部山区偶有降雪。 本区多年平均降雨量为1 8 7 7 8 m m ，雨季( 4 7 8 月) 降雨量占全年雨量的 7 2 8 0 ，且暴雨强度较大，其中5 ，6 月份降雨量占全年的3 7 6 ；早季 ( “月次年1 月) 降雨量占全年的8 左右。因本区地势高低变化悬殊，影 响降雨量不仅在季节上分配不均，而且在各地区的分布也不均匀。四季的主 要特点是：春季阴雨，雨h 较多：夏季高温湿热，水气含量大，暴南集中； 西南交通大学硕士研究生学位论文第8 页 秋季常有雷雨和台风；冬季低温，雨量稀少，北部则有短期严寒霜冻。 年蒸发量为1 6 6 7 一- - 2 2 0 7 m m ，潮湿系数1 1 左右，为湿度充足带，年平 均相对湿度为7 8 ，年月变化不大。由于本区处于东北信风带，常年多吹东 北风，夏季有时吹南风或西南风。年平均风速1 7 2 7 m s ，最大可达1 4 1 8 m s 。每年7 9 月问受台风影响，局部降雨量较大。 2 4 水文地质特征 沿线地下水类型可分为第四系孔隙潜水、基岩裂隙水及岩溶水。 2 5 地层岩性 沿线平原、阶地、丘间谷地大面积分布第四系冲积、冲洪积、坡洪积、 坡残积松散堆积层：下伏基岩主要为侏罗系、白垩系砂砾岩、砂岩、泥岩、 页岩夹炭质页岩、砂质页岩及煤层，石炭系灰岩、砂页岩，局部含煤铁，泥 衙系砂页岩、灰岩，燕山期花岗岩及前寒武系片岩、板岩、变质砂岩等。现 由新至老分述如下： 第四系全新统( q 。) ( 1 ) 人工填筑土( q 。引) ： 粉质黏土为主，褐黄色、浅黄色及灰色等，一般为硬塑状，压实，主要 为沿线的道路填土，厚o 5 m 。 ( 2 ) 滑坡堆积层( q 。) ： 粉质黏土为主，褐灰色、棕红色及灰色等，硬塑状为主，微含碎石、角 砾等，其石质成份为灰岩、花岗岩等。分布于坍塌体及滑坡体内，厚1 0 2 5 m 。： ( 3 ) 冲积、冲洪积层( q 。、q 。引圳) ： 表层多为粉质黏土( 灰岩段多为黏土) ，一般夹厚o 1 5 m 的软土( 以 软黏性土为主) 、松软土。其下为砂土、圆砾土、卵石土，中密、饱和。一 般厚5 3 0 m 。主要分布于沿线河流一级阶地及河床内。 ( 4 ) 坡洪积层( q 。小印) ： 主要为灰褐、褐黄、灰黄色粉质黏土、黏土，硬塑。部分宽缓沟槽低洼 地段( 特别是鱼塘中) 表层为松软土、软土，软塑流塑，一般厚o 4 m ，最 厚达l o m 。局部央砂土、圆砾土透镜体。分布于沿线较大的沟槽内。 ， ( 5 ) 崩积、坡崩积层( q “、q 。“州1 ) ： 灰褐、灰黄色块石土，中密为主，潮湿饱和，块石约占5 5 ，直径一 般2 07 - - , 3 0 0 c m ，碎石及角砾约占3 0 ，石质成份与堆积体附近基岩一致，主 要为砂岩、花岗岩等，其余为粉质黏土充填，厚约5 2 0 m ，主要分布于牛 西南交通大学硕士研究生学位论文第9 页 岭隧道进口段岩堆体内。 ( 6 ) 坡积、坡残积层( q 小、q 。州”) ： 褐黄、灰黄色粉质黏土、黏土，软塑硬塑，含少量砂岩、灰岩、花岗 岩质碎石、角砾，部分粘土具弱中等膨胀性，分布于沿线丘陵、山地斜坡 及坡脚处，厚0 1 0 m 。 第四系上更新统白水江组( q 。刚) ： 粉质黏土、黏土为主，局部为卵石土或砂土。褐黄色、棕黄色、砖红色 等，硬塑状为主，厚度一般大于l o m ，分布于韶关至英德问北江二级阶地内， 局部夹0 6 m 软土( 软黏性土为主) 。 第四系中更新统白沙井组( q ：4 ) 以粉质黏土、黏土为主，褐黄、灰褐、砖红色等，硬塑状为主，局部软 塑，表层及与灰岩基岩面附近透镜状分布0 l o m 的软土及松软土。部分具 弱膨胀性。厚约1 0 2 5 m ，分布于新沙口站至猴岩特大桥间北江三级阶地内。 白垩系上统南雄群( k 2 n i l ) 泥岩i 页岩：黄褐色、棕褐色，薄层状，泥质结构，岩质软，遇水易软 化崩解，地表基本为全、强风化层，岩芯呈坚硬土柱状。分布于新沙口站附 近。 一侏罗系下统( j 。b ) 砂砾岩、砂岩、页岩夹煤层：砂砾岩、砂岩为青灰色，薄中厚层；页 岩为砂质页岩、炭质页岩，灰黑色，局部夹煤层。分布于飞来峡南岸茶层隧 道附近。与下伏地层呈角度不整合接触。 石炭系中上统壶天群( c ：+ 。h t ) 灰岩：灰色浅灰色，隐晶质结构，中厚层厚层状，生物碎屑灰岩夹 白云质灰岩。分布于韶关南至东风林场1 号隧道间。与下伏梓门桥段呈整合 接触。 石炭系下统大塘阶( c ) ( 1 ) 梓门桥段( c 。d z ) 砂岩：深灰色、灰白色夹紫红色粉砂岩，夹页 岩。分布于花都特大桥广州端。与下伏测水段呈整合接触。 ( 2 ) 测水段( c 。d c ) 砂、页岩央灰岩、泥灰岩、煤层：黄褐色、灰色、 灰黑色，石质软，矿物成分以黏土矿物为主，局部炭质页岩可染手，局部含 煤及菱铁矿。分布于东风林场及黄秋山隧道出口附近。与下伏石蹬子段呈整 合接触。 ( 3 ) 石蹬子段( c 。d s ) 灰岩：狄色、深灰色等，隐晶结构，中厚层为 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 0 页 主，夹薄层。含较多方解石脉，裂隙较发育。岩溶较发育。偶夹薄层炭质页 岩、炭质灰岩及泥质灰岩。分布于东风林场至英德问，与下伏孟公坳组地层 呈整合接触。 石炭系下统岩关阶孟公坳组( c y m ) 砂、页岩、灰岩夹泥灰岩：黄褐色、灰色、灰黑色，局部炭质页岩可染 手。分布于东风林场至樟市间及狮岭镇附近。与下伏帽子峰组( d 。) 呈整合 接触。 泥贫系上统： 上统( d 3 ) ：灰褐色、灰白色灰岩夹页岩，隐晶细晶结构，厚层构造； 节理裂隙发育，质坚硬，岩溶强烈发育。分布于炉溪河大桥附近。 ( 1 ) 帽子峰组( d 3 m ) 砂质页岩、砂岩夹炭质页岩：黄褐色、灰色、灰 黑色，质软，以黏土矿物为主，局部炭质页岩可染手。分布于狮岭镇附近。 与下伏天子岭组( d 3 t ) 地层呈整合接触。 ( 2 ) 天子岭组( d 3 t ) 灰岩：浅灰色、灰色，隐晶结构，中厚层为主， 夹薄层，质坚性脆，节理较发育。岩溶发育。夹少量白云岩。分布于猴岩隧 道至英德间、大燕河及狮岭附近。与下伏地层泥盆系中统东岗岭组( d 2 d ) 呈整合接触。 泥盆系中统： ( 1 ) 东岗岭组( d ：d ) 砂岩、页岩、灰岩等：黄灰色、灰色、紫红色及 褐灰色，薄中厚层，夹厚层。砂岩细粒结构为主，泥质钙质胶结；页岩页 理发育，质较软。灰岩为浅灰灰色，隐晶结构，裂隙较发育，岩溶较发育， 钻孔中多次发现充填溶洞。偶含白云岩。岩层差异性风化明显。分布于新沙 口站至高岭隧道间。 ( 2 ) 老虎坳组( d ：1 ) 细砂岩、粉砂岩、灰岩、泥岩夹泥质页岩：灰、 紫红等色，厚层为主，底部为砂砾岩。分布于飞来峡两岸线路附近。 泥盆系中下统： ( 1 ) 桂头群上亚群( d g t “) 石英砂岩夹粉砂岩、页岩：灰、灰黄色， 风化面褐黄色，厚层石英砂岩夹粉砂岩、页岩，局部夹硫铁矿。底部为砂砾 岩或含砾砂岩。分布于牛岭隧道、高岭隧道及浪伞脑隧道附近。与下伏桂头 群下亚群( d l - , g t 8 ) 呈角度不整合接触或断层接触。 ( 2 ) 桂头群下亚群( d h g t “) 石英砂岩央页岩：灰、灰黄色、风化面褐 黄色，厚层石英砂岩，局部央页岩，局部为砂岩与板岩或片岩互层。分布于 牛岭隧道、高岭隧道及浪伞腕隧道附近。与下伏自i 寒武系( a n ) 地层呈角 西南交通大学硕士研究生学位论文第”页 度不整合接触或断层接触。 下古生界( p z l ) ： 石英岩、板岩、片岩：石英岩为浅灰灰黄色，薄中层状，细粒结构， 石英含量高，质坚；板岩、片岩为灰黄浅灰紫色，呈薄层状夹于其中，岩 性整体连接差。分布于高岭隧道中部。 前寒武系( a n ) g 杂色薄一厚层状变质砂岩夹石英片岩、云母片岩、细砂岩、粉砂岩、千 枚岩及少量泥质、炭质页岩。偶见薄层砂砾岩及灰岩透镜体。分布于高洲铺 至浪伞脑隧道进口问。 2 6 地质构造 韶关英德段位于湘粤拗褶束中的粤北凹褶束与粤中拗褶束中的连龙 凹褶束的接壤处，构造发育。以华夏系构造为主体，主要有南水断层、欧冲 山断层、黄思脑逆断层、黄思脑背斜、猴岩断层。 英德狮岭位于华南华夏系构造带与南岭纬向构造带的交接部位，以频 繁和大规模的燕山期岩浆活动为特征；主要构造有：梨洞逆冲断层、陆家湾 断裂、太平尾推测逆断层、分水坳断裂带、高田断裂带、横石断层、飞来峡 弧形断裂、龙塘墟断层、银盏坳断层、福源水断层。 狮岭花都段线路通过以华夏系复式向斜为基底的广花盆地，线路穿过 花县复向斜北西翼；构造形迹隐伏。 。 2 7 地震动参数 根据中华人民共和国国家标准( g b l 8 3 0 6 2 0 0 1 ) 中国地震动峰值加速 度区划图( 1 4 0 0 力) ，韶关花都段地震动峰值加速度0 0 5 9 ，地震动 反应谱特征周期0 3 5 s 。 2 8 不良地质及特殊岩土 本段不良地质、特殊岩土类型和分布特征与地形地貌、地层岩性、地质 构造、地下水等条件密切相关。花岗岩地段由于风化层较厚，全强风化层遇 水易软化，一般花岗岩分布区以表层坍塌、小型滑坡为主；灰岩、石英砂岩 分布段，因其岩质较硬，在节理裂隙的切割下，易形成崩塌、岩堆、危岩落 石。软土多集中于北江及其支流河流阶地内及沿线沟槽中。 西南交通大学硕士研究生学位论文第12 页 第三章岩溶勘察及其成果 3 1 厚覆盖型岩溶分布特征 碳酸盐岩主要分布于韶关至新英德车站、狮岭至花都间，为石炭系及泥 盆系灰岩、泥质灰岩、炭质灰岩。其中韶关至黄秋山隧道间以裸露型岩溶为 主，其余地段以覆盖型岩溶为主。由于覆盖层厚一般在2 0 m 左右，某些地段 的厚度超过3 0 m ，因此这种岩溶称之为厚覆盖型岩溶。沿线一般泥盆系上统 天子岭组( d 3 t ) 、石炭系中上统壶天群( c ：叼h t ) 灰岩岩溶较发育，其次为 石炭系下统石磴子组( c 。d s ) 灰岩、岩关阶孟公坳组( c 。y m ) 灰岩。 岩溶的发育程度还与构造有直接的关系，断层附近岩溶较发育。 d k 2 0 5 3 + 0 0 0 d k 2 0 6 0 + 6 0 0 段受猴岩l # 、2 # 断层的影响，岩体较破碎，岩溶 中等强烈发育，地表溶蚀洼地、漏斗、溶槽、溶洞、竖井、暗河等岩溶形 态发育；岩溶水发育，山麻冲隧道进口d k 2 0 5 8 + 5 5 0 左侧l o o m 坡脚见暗河出 口，暗河出口处标高为4 4 3 m ，暗河出口往山内见高约5 m ，宽约2 m 的溶洞， 由洞口进入约5 0 m ，无法继续前行，暗河进入段发育方向约为n 2 8 0 e ，洞顶 标高比线路标高低约8 l o m 。 沿线河流阶地下伏灰岩一般埋深较大( 5 - - ，2 0 m ) ，地下水位埋深浅，主 要岩溶形态有溶洞、溶隙、溶蚀破碎带等，规模不等。溶洞为本次勘察所揭 示的主要岩溶形态，大小不一，埋深不同，有的呈串珠状、多层次发育。溶 洞洞高一般l - - 8 m ，最大洞高达4 0 7 m ，溶洞多充填软塑流塑状黏性土， 少量为砂、卵砾石，少量为空洞或土洞。覆盖型岩溶对路基及桥梁基础影响 较大。 北江及其支流为当地溶蚀基准面，线路位于溶蚀基准面之上，基本处于 岩溶季节交替带垂直循环带中。 区域内英德玻纤厂、马口矿区及既有京广线也多次发生岩溶地面塌陷。 据广州铁路局广州分局管内铁路沿线岩溶地面塌陷调查报告，京广线韶 关至广州段岩溶地区易塌陷段占可溶岩段长4 1 8 - 一1 5 8 7 ，极易塌陷段占 可溶岩段长2 9 1 3 0 6 4 。 韶关至花都段岩溶分段如下： t ) d k l 9 9 0 + 6 0 3 9 5 d k l 9 9 0 + 6 4 5 ：该段斜坡上多分布1 0 ，- - 3 0 m 粉质粘 土；下伏基岩为灰岩，岩溶发育，局部地段易引起岩溶地面塌陷。 2 ) d k l 9 9 1 + 6 7 2 d k l 9 9 1 + 8 9 3 0 5 ，其中d k l 9 9 1 + 7 3 6 9 6 d k l 9 9 1 + 8 1 4 5 5 为观音山中桥：该段斜坡上多分布5 1 5 m 粉质黏土：下伏基岩为灰 西南交通大学硕士研究生学位论文第13 页 岩，岩溶发育。 3 ) d k l 9 9 2 + 1 0 0 9 5 d k l 9 9 2 + 4 8 0 ：该段沟槽内大多分布5 2 0 m 粉质 粘土，其底部有2 - - - 5 m 松软土及o - 3 m 软土；下伏基岩为灰岩，岩溶强烈发 育，局部地段易引起岩溶地面塌陷。根据物探揭示：共有异常总数4 1 处， 其中溶蚀破碎带1 7 处，充填溶洞2 4 处。 4 ) d k l 9 9 2 + 7 2 6 o k l 9 9 3 + 1 1 2 ：该段沟槽内大多分布5 - - - 2 0 m 粉质粘土， 其底部有2 一- 5 m 松软土及0 - - 3 m 软土；下伏基岩为灰岩，岩溶中等发育，局 部地段易引起岩溶地面塌陷。根据物探揭示：共有异常总数4 2 处，其中溶 蚀破碎带2 0 处，充填溶洞2 l 处，充填溶缝l 处。 5 ) d k l 9 9 3 + 3 2 0 - d k l 9 9 3 + 5 1 2 5 ：该段沟槽内大多分布5 一- - 2 0 m 粉质粘 土，其底部有o - - - 2 m 松软土及地表o 2 m 软土；下伏基岩为灰岩，岩溶发育。 6 ) d k l 9 9 5 +