千岛湖车站附近地面塌陷成因分析

刘 欢

(中铁第四勘察设计院集团有限公司，湖北武汉 430063)

1 概述

金(华西)千(岛湖)线千岛湖站位于杭州市建德市新安江街道岭后村,线路里程为K76+950～K77+450,走向295°,车站中心里程为K77+199,海拔高度约120 m。该站修建于1972年,沿东西走向,自北至南分别为1～6股道(见图1),站址区主要以半填半挖为主,线路左侧分布建德铜矿尾矿库坝及民房,右侧分布站台及车站用房,紧邻站台右侧为岭后村洼地及建德铜矿开采区。

据当地居民反映,2010年2月26日位于线路右侧的建德铜矿在岭后村洼地井下-50 m处进行探矿作业,放炮后涌水严重,随即采用2台抽水机进行抽水,持续2 d仍未抽干,铜矿方随即组织人力连夜用水泥封堵。2月28日晚岭后村洼地(线路右侧50～100 m)出现塌陷,塌陷过程持续约4～5 h,先后发生8处塌陷,陷坑基本呈圆形,直径1～8 m,深度1～6 m。附近的建德铜矿2幢老职工宿舍楼发生地面塌陷,情况较严重。周围其他房屋墙面也出现较大裂缝,裂缝宽约9～11 mm。位于宿舍楼南侧的竹树林也发生塌陷,树木倾倒,根部陷入坑中(见图2)。

图1 千岛湖车站

图2 塌陷场景

事故发生后,我单位受铁路设备管理单位委托随即对事故地段展开调查,开展地质勘察工作,以查明塌陷原因,并对车站安全进行评价。经查阅资料,发现该站区下伏基岩以灰岩为主。针对岩溶地区工程特点,对千岛湖站区采用综合勘探手段开展地质工作：①收集浙江省建德幅(1∶20万)区域地质资料,作遥感地质判释(见图3)；②站区北侧700 m、南侧300 m大面积地质测绘；③建德铜矿主井作业区调查；④物探工作：高密度电法和地震面波法；⑤对物探成果赋予机动钻孔进行验证。

2 千岛湖站地区工程地质概况

2.1 地层岩性

根据1∶20万区域地质图及现场调查,场区主要地层如下。

①人工填土：主要分布在车站填方地段,成份为黏土夹碎石为主,结构松散,强度不均,层厚2.0～3.8 m。

②第四系冲洪积及残坡积层：黏土,褐黄色,可塑-硬塑,层厚3～20 m,主要分布在谷地及山体斜坡地带。

③石炭系中统船山组：灰岩与球状灰岩互层,夹白云质灰岩,含燧石结核,主要分布在K76+940往小里程方向。

④石炭系中统黄龙组：块状灰岩及白云质灰岩,灰色,强风化至弱风化,厚>10 m,凹地北侧可见人工剖面,分布范围约为K76+940～K77+580,该地层为站址区主要地层。

⑤泥盆系上统西湖组：中厚层含砾石英,夹灰色炭质砂岩等,褐黄色,强风化,厚>5 m,主要分布在车站左侧200 m,在建德铜矿尾矿库坝体旁有出露。

⑥燕山晚期花岗闪长岩：在车站K77+400右侧200～300 m分布,其中在Jz-Ⅲ10—千岛8号钻孔深度8～11 m处可见其侵入迹象,裂隙发育,与灰岩呈不整合接触。

2.2 地质构造

测区位于一套由二迭系、石炭系、泥盆系地层组成的向斜核部,以石炭系中统黄龙组C2h灰岩为主。向斜走向约240°,与线路夹角约55°。区内发育一张性断层,位于线路左侧150～200 m处,走向约130°,倾角约25°。

2.3 水文地质

测区地表水体发育,紧邻新安江水库,低洼处常年积水,洼地塌陷处已形成一个个小水塘。地下水较丰富,主要类型为基岩裂隙水,第四系孔隙潜水和岩溶水。

基岩裂隙水：分布在线路左侧的剥蚀低山丘陵区,大气降水补给,向右侧排泄,与第四系孔隙潜水和岩溶水联通性较好。

第四系孔隙潜水：分布在第四系土层中,地下水位埋深随地形有一定变化,车站内地下水位埋深约2～2.5 m,洼地水位接近地面。

岩溶水：分布在灰岩中,受低山丘陵区基岩裂隙水和大气降水补给,岩溶水与其上的第四系孔隙水连通性较好,岩溶水与孔隙水互相补给。

本段居民及铁路用水均来自新安江水库。

3 千岛湖站工程地质评价

3.1 工程地质环境

千岛湖站位于一断陷溶蚀谷地的南部边缘地带,地质构造比较复杂。钻探和物探成果(见图4)所反映的地质情况基本一致,物探成果的异常与上部土层的含水量过大和花岗闪长岩岩脉有关。根据钻探和物探资料,K77+000～K77+400路基填土高度2.0～4.0 m,为黏土夹碎石,地基自上而下地层依次为：①第四系上更新统冲洪积黏土(Q3al+pl),褐黄色、棕红色、紫红色等杂色,一般为可塑,局部呈软塑-流塑,层厚0～17 m。②石炭系中统黄龙组灰岩(C2h),灰白色、青灰色,厚层状,弱风化,岩溶不太发育,8个钻孔中有4个孔(1号、3号、7号、8号)有溶蚀现象,有2个孔遇到溶洞(1号、7号),钻孔见溶洞率为25%。钻孔线岩溶率为2.8%和19%,遇到的溶洞最大为1.8 m,最小的仅0.25 m,溶洞均被充填,充填物为黏土或黏土夹砾石,充填较密实。8号钻孔在灰岩中发现两条花岗闪长岩脉(1.2 m、0.7 m)。③大约在K77+250～K77+300一段5、6道下部及向线路左侧,Q3al+pl黏土层之下为砂岩,强风化,褐黄色、灰褐色等。

地下水不发育,地下水位埋深1.5 m左右,钻探中灰岩地层一般不漏水。

地面塌陷均发生铁路右侧150～200 m处。

图4 物探高密度电法、地震面波法及钻孔剖面

3.2 地面塌陷成因

千岛湖站地区位于一断陷溶蚀谷地中,属于覆盖型岩溶区,具备了覆盖型岩溶区地面塌陷发生的基本条件。从上述地面塌陷发生的情况、地质环境和覆盖型岩溶区地面塌陷的机理分析,该区地面塌陷是由于铜矿强烈抽排地下水引起的。

3.3 工程地质评价

从上述千岛湖站的工程地质环境看,虽然位于覆盖型岩溶区,但是路基底下的灰岩岩溶不太发育,钻孔遇溶洞率和钻孔线岩溶率较低,溶洞规模不大,且充填较密实,目前发生地面塌陷的条件尚不充分,按照《铁路工程不良地质勘察规程》(TB10027—2001)中“岩溶地面塌陷预测分析参考标准”,千岛湖站址可评为不易塌陷区。再者,目前地面塌陷均发生在铁路右侧150～200 m处,距铁路较远,调查时也未发现铜矿方再抽排地下水,最近工务部门对轨道的监测也未再发现轨道变化,因此建议：

①在保持目前的环境条件下,暂不对千岛湖站路基进行处理,可维持正常行车。

②考虑岩溶发育的复杂性、地面塌陷发生的随机性和间歇性,毕竟铁路附近发生了大规模的地面塌陷,为了确保行车安全,应注意巡察千岛湖站路基和轨道的变化,时间可为一个水文年。

③如果铜矿方继续向铁路挖掘巷道采矿,大量抽排地下水,引起地质环境恶化,则有可能引起铁路路基的塌陷,因此设备管理单位应及时通告铜矿方严禁向铁路采矿,严禁大量抽排地下水。

[1]铁道第一勘察设计院.铁路工程不良地质勘察规程[S].北京：中国铁道出版社,2001

[2]铁道第一勘测设计院.铁路工程地质手册[M].北京：中国铁道出版社，1999

[3]铁道第一勘察设计院.铁路工程地质勘察规范[S].北京：中国铁道出版社,2007

[4]铁道第四勘察设计院.浙赣线分宜至芦溪段岩溶及采空区工程地质勘察报告[R].武汉：铁道第四勘察设计院,2006

[5]铁道第四勘察设计院.京广线K1240+850～K1241+325岩溶塌陷路基工程地质勘察报告[R].武汉：铁道第四勘察设计院,2003