兰合铁路大夏河峡谷区主要工程地质问题及处理对策

兰合铁路大夏河峡谷区主要工程地质问题及处理对策

1大夏河流域兰州至合作铁路位于甘肃省。途经甘肃省兰州市、临夏回族自治州和甘南藏族自治州，均位于甘肃省南部洛杉矶高原和青藏高原的过渡地带。自兰青铁路八盘峡站南端西侧引出,至东乡县河滩乡转入大夏河宽谷;溯河谷南行经临夏市至土门关,进入甘南藏族自治州大夏河峡谷区,沿河而上经夏河至合作,正线长度170.251km。设计行车速度一般为160km/h,最小曲线半径一般地段为2000m,困难地段为1600m。其中大夏河峡谷区主要分布于土门关至合作站前一带,区段长近60km,工程设置主要以桥隧为主。2项目的地理条件2.1河谷顶部狭窄大夏河峡谷区河床地面高程自2180m至2860m,河谷大部狭窄,宽度50m～150m;局部零星分布有高级阶地,河谷宽度可达500m。两岸沟谷发育,山坡陡峻,相对高差达500m以上。2.2崩积、坡积、滑坍、滑坍、滑坍、落地土根据地质调查及勘探揭示,第四系地层主要分布于河谷、阶地及低中山山前缓坡地带,成因主要为冲积、洪积、风积、崩积、坡积和滑坍、错落堆积等,岩性一般以砂质黄土、粗(细)圆砾土、卵石土及碎块石土等为主,含有黏性土及砂类土;而峡谷两岸基岩大都裸露,岩性主要有下三叠统和二叠系板岩,夹有砂岩和石灰岩等为主,局部出露白垩系和上第三系砂、泥岩,零星出露燕山早期侵入闪长岩,断层破碎带内主要由断层角砾、断层泥砾和大小不等的压碎岩组成。2.3第三,更次和间接构造工程区域洽置祁吕弧形西翼褶带与秦岭东西复杂构造带的复合部位,由于互相干扰、影响、改造,以及在一定程度上受康藏“歹”字型巨型构造体系的影响,故二者之界限不甚明显,同时在巨型构造体系的基础上局部发育着次一级或更次一级的构造。在漫长的地质历史时期中,断裂、褶皱、不整合接触带、节理等构造现象发育,地质构造十分复杂。峡谷区沿岸零星分布的第四系残留高阶地及河流强烈下切等迹象,显示新构造运动表现为的间断上升的特点。与线路有关的构造详述如下:2.3.1断层地质特征(1)金库街-多支坝沟斜冲断层(F1):发育于测区土门关附近,断层走向为N40°-55°W,断层面倾向南西,倾角50°-70°,断层性质为压扭性。断层破碎带宽约500m,其内物质成分主要以巨大的构造岩透镜体、挤压破碎岩块组成并且小褶曲极为发育,可见有宽度不等断续出现的灰绿、灰黄等色断层泥砾夹于其内,破碎带两侧均被第四系地层掩盖。在断层南侧,见有三叠系地层板岩斜冲在第三系红层泥岩夹砂岩之上,且派生之小褶曲常与此主干断裂组成入字型构造,显示右行扭动的特征。(2)太阳沟-方半场冲断层(F2):该断层延伸长达10km,断层走向N45°W,倾向南西,倾角为60°,断层破碎带宽约100～200m,其内可见有构造岩透镜体、挤压破碎岩块、小褶曲及宽度不等断续出现的灰绿、灰黄等色断层泥砾和石英团块成不规则排列,性质为压性。(3)恰琼根-小河冲断层(F3):该断层发育在岗察棍巴-恰琼根复式背斜的轴部,延伸长度大,断层走向总体呈北西向延伸,呈波状弯曲,在地貌上显示为一宽大垭口,破碎带宽约1000m,倾向南西,倾角为50°-70°。该断层断在二叠系和三叠系地层之中,常成为它们的接触界线而存在,其性质为压性。断层破碎带在大夏河左岸一带低中山体坡脚及冲沟内均有出露,破碎带内可见有巨大的构造岩透镜体、挤压破碎岩块及小褶曲发育,石英岩脉零乱分布,且可见宽度不等断续出现的灰绿、灰黑及灰黄等色断层泥砾夹于其内。在断层破碎带内滑坡、岩堆及泥石流等不良地质发育。(4)麻尾山-桑木昂北冲断层(F4):该断层呈舒缓波状展布,走向为N60°-70°W,倾向南西,倾角为70°～75°,延伸长度大,断层破碎带宽约1000～1200m,其性质为压性。该断层北界在大夏河左右岸两侧地貌上显示为陡峻的断层崖,破碎带内可见有巨大的构造岩透镜体、挤压破碎岩块及小褶曲发育,石英岩脉零乱分布,且可见宽度不等断续出现的以灰黑色为主夹有灰褐等色的断层泥砾于其内。另外在大夏河右岸破碎带表层地形零乱,泥石流发育,山体坡面其内部分物质似蠕流状。(5)观音大庄-得木强冲断层(F5):该断层呈舒缓波状展布,走向大体为N50°W,倾向北北东,倾角为50°,延伸长度大,断层破碎带宽约400～500m,其内可见有巨大的构造岩透镜体、挤压破碎岩块及小褶曲发育,断层泥砾主要为灰黑色为主夹有灰褐色等,在断层面附近可见有擦痕。其性质为压性。(6)切龙沟-得木强南斜冲断层(F6):该断层在平面上呈舒缓波状展布,走向总体上为北西西向,倾向南南西,倾角为70°-80°,延伸长度较大,性质为压扭性。该断层破碎带物质主要由断层角砾及母体为板岩的压碎岩构造透镜体为主,构造岩内小褶曲极为发育,可见有薄层的挤压岩粉呈泥土状分布于其内。在大夏河左岸断层破碎带相对较窄,宽约100～200m,断带附近砂岩、板岩地层内小型褶曲极为发育。在大夏河右岸断层破碎带相对较宽,宽约600～700m,断带表层不良地质如岩堆、泥石流等极为发育,地形凌乱,沟谷发育。测区范围内该断层断于二叠系地层内。(7)达麦-合作冲断层(F8):该断层断于二叠系与三叠系下统板岩地层之间,为一推测冲断层。经现场地质核实,为一冲断层,走向基本沿扎油沟河延伸,该河两侧岩层相对破碎,褶曲发育。仅在合作市北附近通向扎油沟的公路便道一山体垭口见有断层破碎带物质,段带内母岩-板岩被挤压揉碎,小褶曲十分发育,岩体十分破碎,其内夹有灰黄、灰绿的断层泥砾,断层面附近可见有擦痕。2.3.2北陡不对称表现褶皱构造在本区比较发育,形态复杂,特点多具有靠轴部挤压紧闭,向两翼变缓或南缓北陡不对称出现。总体走向呈北西西向为主。测区范围内大的褶皱构造主要有土门关背斜、太阳沟向斜和多支坝向斜等,主要由三叠系地层组成。在此在大的褶皱构造的基础上又发育着次一级的背斜、向斜等。2.4地下水水、裂隙水分布测区沿线所经河流主要为大夏河,属于黄河水系。大夏河自中山峡谷流出后经临夏市东乡县河滩乡北汇入黄河刘家峡水库。其较大支流主要有格河等,均为常年流水,流量受季节和雨量控制。测区区域地下水类型可分为松散岩类孔隙潜水、基岩裂隙水和构造裂隙水三大类,现分述如下:(1)松散岩类孔隙潜水主要分布于大夏河河谷一、二级阶地区及冲洪积扇,含水层主要为第四系冲洪积卵砾石及砂层,水量丰富,水位较浅。主要接受大气降水、上游河水的的补给。(2)基岩裂隙潜水区域内构造作用强烈,岩石风化裂隙及构造裂隙发育,基岩裂隙水分布较为广泛。峡谷区谷地基岩裸露,上第三系、白垩系、二叠系、三叠系沉积岩、变质岩以及燕山早期侵入岩节理发育,储存有一定量的地下水。主要接受大气降水补给,向沟谷及大夏河河或其支流排泄,径流条件良好。(3)构造裂隙水分布于沿线各大断裂破碎带内,其赋存条件受构造性质决定。由于测区内断裂构造主要以冲断层为主,故其内水量较大。补给来源主要为基岩裂隙水。2.5与工程有关系的泥石流测区属中山峡谷地貌,峡谷两岸基岩大都裸露,岩性主要有下三叠统和二叠系板岩,夹有砂岩和石灰岩等为主,局部出露白垩系和上第三系砂、泥岩等,零星出露燕山早期侵入闪长岩,断层破碎带内主要由断层角砾、断层泥砾和大小不等的压碎岩组成。由于该段地形、地质条件复杂,加之断裂构造极为发育,产生的不良地质主要有泥石流、岩堆、危岩、落石、滑坡及错落等。(1)泥石流由于测区构造作用强烈,岩体节理、裂隙很发育,致使母岩相对破碎,整体性差,新构造运动较为强烈,表现为间断上升,沟谷下切,在大夏河两侧支流的沟口多有新、老洪积扇分布,形成众多洪积扇裙,说明该区历史时期泥石流现象十分严重,属于泥石流发育区,其类型有沟谷型和山坡型。峡谷区内与工程有关系的主要泥石流共计40条。(2)危岩、落石及岩堆测区峡谷两岸大都为基岩山地,山高谷深,岸坡陡峻。岩性多为下三叠统和二叠系板岩,夹有砂岩和石灰岩等为主,板岩板理发育,局部夹有岩质相对较软的炭质板岩和千枚状板岩,零星分布有白垩系泥岩、砂岩和安山岩及燕山早期侵入闪长岩等。岩质总体相对较硬,部分地段软硬相间,受地质构造和差异风化影响严重,节理、裂隙发育,且在新构造运动间断上升过程中,河谷下切,由于应力调整,产生松弛,使原有构造节理张开,并产生新的卸荷节理,在强烈物理风化作用下,导致表层岩体破碎,裂隙张开,多分布有危岩,在风化、降雨及自重应力等作用下,危岩与母岩分离而产生崩塌、落石,进而在山体坡脚一带不断堆积形成岩堆。危岩、落石在峡谷区两岸基岩山体坡面大都有分布。峡谷区内与工程有关系的大型及特大型岩堆详共计17处。(3)滑坡、错落测区滑坡主要有两大类,其一为断层破碎带产生的滑坡,由于断裂构造发育,断层破碎带较宽,且破碎,存在着各种软弱面,容易产生滑动;其二为黄土滑坡,主要原因为测区降雨量较大及地震等诱发因素综合而产生;错落主要为顺层或切层的基岩错落。峡谷区内与工程有关系的大型及特大型岩堆详共计6处。3工程地质条件峡谷区内工程地质问题主要集中于拟建曲奥车站与康尕昂车站之间,推荐方案CK基本绕避了不良地质,长隧道数量多,工程艰巨。而主要比选方案C1K,优点是长隧道数量减少,路基工程相应增多。缺点穿越的不良地质如泥石流洪积扇较多,局部地段在岩堆前缘以挖方通过,山体坡面上危岩、落石病害增多,且部分隧道存在偏压问题,工程地质条件较差。就地质方面对存在的工程地质问题结合铁路工程特点如何看待,提出如下措施及建议以指导选线:3.1断层破碎带工程特点地质和工程地质条件因工作区自土门关至玛尕车站(即CK113+000～CK139+000)段断裂构造尤为发育,断层破碎带普遍较宽,除个别断层外均为区域性大断裂,断层性质主要以冲断层为主,走向总体上为北西向呈舒缓波状展布,倾向多为南西向,倾角较陡,断层破碎带多由断层泥砾、断层角砾、碎裂岩和挤压破碎带等组成。受地质构造影响,断层通过区由于破碎带较宽、破碎,其内地表不良地质尤为发育,故工程地质条件极差。可能发生的工程地质问题或灾害主要有:(1)在断层破碎带内修筑隧道,因松散破碎,作为隧道围岩,其自稳能力差,施工时容易发生围岩失稳现象;(2)断层破碎带内构造裂隙水较发育,地下水循环较快,施工中有可能产生突然涌水现象;(3)在通过断层泥砾带等含泥质的影响带时有可能产生突然涌水和涌泥现象。为此,提出如下选线原则和处理对策:(1)线路应大角度通过各断层,尽量缩短通过断带的距离,尽量避免顺断层带选线。(2)区域内断裂规模较大,故在设计时应加强抗震设防的措施。3.2桥路设桥或设桥工作区地形、地质条件复杂,断裂构造发育,不良地质主要以泥石流、岩堆、危岩、落石为主,少量分布有滑坡及错落等,尤以泥石流最为活跃,峡谷两侧支沟基本都发育有泥石流,因此峡谷区总体工程地质条件相对较差。特别在土门关车站前至玛尕车站之间,不仅断裂断裂构造发育,不良地质除泥石流外,危岩、落石及岩堆等不良地质尤为集中,因此该段工程地质条件极差。为此,提出如下选线原则和处理对策:(1)各大小沟谷及破碎坡面多有泥石流发育,冲沟沟口一带多有新、老洪积扇分布,形成众多洪积扇裙,说明该区历史时期泥石流现象十分严重,属于泥石流发育区。因此,总的原则线路一般不宜穿越泥石流沉积区,严禁在洪积扇上挖沟设桥或设置路堑,应在流通区设桥通过,并应有足够的高度和合理跨度,保证泥石流畅通。对于泥石流现象轻微、技术上易于处理的沟谷,线路可考虑在沉积区设桥通过。但不得压缩沟床断面,不宜合并沟槽,沟中不宜设桥墩,并要做好导流工程,确保泥石流排泄通畅。(2)岩堆主要由碎块石土组成,多在中山山体坡脚一带堆积,在断裂发育地段尤甚,规模一般巨大,稳定性较差。工程处理困难,线路应尽量绕避为宜。对于危岩、落石根据工程设置情况采取清除处理或采用其它有效工程处理措施即可。(3)各类滑坡、错落,一般规模大、滑体(错落体)厚,斜坡稳定性差,整治困难,又处于高烈度地震区。因此,在本区选线时对大型滑坡、错落及滑坡群应予绕避;当滑坡规模小,边界条件清楚,整治技术方案可行、经济合理时,线路可选择有利于滑坡或错落稳定的安全的部位通过。但不应在滑坡(错落)体上方填方或在下部挖方,应以一般路基工程通过为宜。(4)测区处于高烈度地震区,地震可能造成的灾害主要包括滑坡,崩塌、落石,高边坡和顺层斜坡失稳等,因此在选线及抗震设计时,应予以考虑:(1)要尽量避开现有的不良地质地段;(2)在选线时应尽可能减少边坡挖方高度,不宜设置高边坡;(3)尽量避免设置高桥或特殊结构桥梁等重大工程。(5)对于隧道工程,建议线路方案选择时:(1)应避免隧道出现浅埋,并尽可能向内侧靠,尽量减少隧道偏压。(2)避开具崩塌、落石和岩堆等不良地质发育的不稳定斜坡,并尽量少扰动山坡,严格遵守早进洞,晚出洞的原则,必要时接长明洞。(6)在高阶地内穿越的两座隧道,应尽可能降低轨面设计标高,使隧道围岩处于上第三系泥(下转53页)(上接139页)岩夹砂岩地层内。避免隧道洞身围岩处于第四系粗颗粒地层或第四系粗颗粒地层与上第