南疆铁路库阿段增建第二线地质条件与评价

2012-08-01杨新亮

山西建筑 2012年14期

杨新亮

(中铁第一勘察设计院集团有限公司，陕西西安 710043)

0 引言

南疆铁路库尔勒至阿克苏段是南疆地区对外沟通的客货运主通道，兼有亚欧大陆桥南部便捷通道的重要功能，横贯新疆南部，大体呈东西走向，东起巴音郭愣蒙古族自治州(简称“巴州”)的州府库尔勒，沿塔里木盆地北部边缘及南天山南麓广阔的山前冲、洪积平原区向西行进，经轮台、库车、新和三县，到达本线终点阿克苏市，全长约530 km。

1 地形地貌

线路位于南天山南麓塔里木盆地北缘山前冲、洪积平原区，地形平坦开阔，高差50 m～350 m，整体趋势是北高南低，西高东低，线路所处区域大的地貌单元分述如下:

1)南天山低中山山地:线路所经地区北部属于南天山山脉，由库鲁塔格山、秋立塔克山、却勒塔格山、斯坎塔山、喀拉玉尔滚山、恰依恰嘎等山组成，山体海拔高程1 100 m～2 200 m。

2)山前冲、洪积倾斜平原:多由洪积扇、裙组成，地形较平坦，地势北高南低，地面高程940 m～1 200 m，自然坡度15‰～40‰，砾质平原为主，部分为砂质平原，呈现典型的倾斜戈壁滩地貌景观。

3)冲、洪、湖积平原:为山前冲洪积倾斜平原外缘的沙土灌丛及地下水溢出带、大河下游的绿洲地带。地形平坦开阔，地势大致由北西向南东微倾，局部呈北东高，南西低，纵坡4‰～10‰，海拔高程970 m～1 040 m，土质平原为主，绿洲内为耕地、盐渍土、荒地，绿洲外为土戈壁—泥漠带以及河沟滩地及其他洼地湿地。

2 地层岩性

沿线出露的地层为第四系松散冲、洪积物，局部为风积、湖积、化学沉积物，岩性为黏性土、砂类土和细、粗圆砾土，基岩局部出露。

3 地质构造

线路通过地带一级地质构造单元属于塔里木地台北缘，北邻南天山褶皱带，沉积了巨厚的新生代沉积物，据石油部门勘探，第四系厚度达300 m～1 000 m。线路北侧南天山不断抬升，南侧塔里木盆地相对下降，造成本区新构造运动主要是垂直运动，辅助水平运动，且十分强烈。

4 水文地质条件与评价

沿线水系属塔里木盆地内陆水系，地下水主要为第四系孔隙潜水及承压水，基本特征分述如下。

4.1 第四系孔隙潜水

分布于沿线各河流及其支流的河床和河漫滩、洪积扇裙、冲、洪积平原及地势低洼处的第四系松散沉积层中，水位受地貌单元控制，并随季节性变化，主要受大气降水、地表水及高山冰雪融水的补给，可分为潜水深藏带、潜水浅藏带两个水文地质带。其特点分述如下:

1)潜水深藏带(洪积砾质倾斜平原):位于山前倾斜洪积扇裙地带，即冲、洪积土质平原的后缘及地势较高处。地层主要为卵、砾石土及砾砂，渗水性强，地面横坡较大，地下径流畅通，地下水位埋深一般大于30 m。

2)潜水浅藏带(冲、洪积土质平原):分布于沿线各河沟滩地。地层以黏性土、砂类土为主。含水地层多为黏性土及砂类土层，地下水储存于孔隙中，透水性较差，在绿洲地带及河流附近，河径流量大，水量较丰富，其余地段水量较小。地下水位埋藏较浅，一般0 m～5 m，局部5 m～25 m，且受季节影响较大。由于本区气候干燥，雨水稀少，蒸发量大，地下水补给主要靠天山融雪渗流及农田灌溉入渗。

4.2 第四系承压水

分于于阳霞至轮台间、牙哈至喀兰古间及喀拉玉尔滚至哈力布茵间洪积扇前土质平原之地势低洼处。主要受地下径流侧向及高山融雪下渗补给，埋藏较深，含水层多，一般厚2 m～10 m，工程勘探揭示的承压水顶板埋深20 m～30 m，自流含水层水头高出地面0.1 m ～8 m，自流量0.8 L/s～7 L/s，矿化度小于1 g/L。

4.3 环境水侵蚀性

潜水深藏带水质较好，潜水浅藏带地下水矿化度2 g/L～30 g/L，局部可达50 g/L，水质较差，多为NaSO4—NaCl型水，同时具垂直分带性，表层潜水水质往往更差，地下水对圬工具氯盐、硫酸盐化学侵蚀。第四系浅层承压水(自流水)受潜水影响，水质较差，具氯盐和硫酸盐化学侵蚀性。浅层承压水与孔隙潜水混合后同样具盐侵蚀，环境作用等级同孔隙潜水。

5 工程地质条件与评价

5.1 不良地质特征与评价

沿线发育的不良地质类型主要有风沙和地震液化。

1)风沙。沿线局部存在戈壁风沙流现象，断续分布低矮的冢状固定沙丘、半固定沙丘、流动沙丘、流动沙地、固定沙地及沙垄次之。分布范围集中于库尔楚至库鲁克之间、曼乔勒克附近、马洛附近、雅克拉附近、库车至三道桥之间、新和西侧附近、咸水沟至杜桂列克间及阿克苏附近，风沙分布如图1所示，累计长134 860 m，占线路全长25%。

图1 南疆铁路库阿段增建第二线风沙分布示意图

戈壁风沙流地段，一般地表无积沙，仅在植被背风一侧有新鲜积沙，呈条状，厚0.2 m ～0.5 m，长1 m ～2 m，主要由粉、细砂组成，植被覆盖率较低，一般小于5%，沙的来源为就地起沙和戈壁平原表层卵砾石层中的细小颗粒(杂粒砂)。一般风沙流顺既有线迎风侧路堤边坡行进一段后，在受主导风向风力作用下，翻越路堤，在背风侧路堤边坡、路肩、局部道床积沙，对线路危害程度以轻微为主。

沙丘及沙地散布在既有线两侧，沙丘一般高0.5 m～3 m，个别3 m～6 m，主要由粉、细砂组成，其上生长有红柳、梭梭、骆驼刺、沙蒿等耐旱植物，植被覆盖率多在10%～55%，部分沙丘表面有1 cm～3 cm厚的泥结皮，有些沙丘上散落大量枯死的红柳根茎。由于戈壁风沙流的作用，风力将山前细颗粒携带到植物丛前停积，植被背风一侧有新鲜积沙，多呈流星状，久而久之，形成沙丘，同时混杂有许多小树枝和植物杂根、杂叶;沙地沙粒主要由粉、细砂组成，植被覆盖率10%～20%。流动沙丘、沙地对工程危害严重，半固定沙丘、沙地对工程危害中等。

风沙对各类工程的影响较大，增建第二线通过风沙地段，建议用粗颗粒土填筑，同时路堤迎风侧坡面应防风蚀，坡面可考虑片石护坡，并补强做好临近线路两侧的防沙、压沙、固沙措施，桥涵工程宜适当放大孔径，改善区域生态环境;在施工中对两侧(尤其是主导风向来侧)植被破坏后的影响，不能忽视，须谨慎施工，尽量减少对地表的扰动和破坏，对由于施工活动引起的沙丘植被结皮的破坏，应采取措施加以恢复和治理。

2)地震液化。根据国家质量技术监督局颁布的1∶4 000 000 GB 18306-2001中国地震动参数区划图划分，结合本区工程地质和水文地质条件及工程设置情况，沿线地震动峰值加速度为0.15g～0.20g(相当于地震基本烈度7度～8度)，根据 GB 50111-2006铁路工程抗震设计规范有关规定，结合沿线的标准贯入和静力触探试验，对地下水位以下的可液化层进行液化判定，结果显示地下水位以下的饱和砂土层局部存在地震液化现象，液化层顶板埋深0.5 m ～14.7 m，液化层厚度0.8 m ～18 m，累计长71 030 m，占线路全长13%。一般液化层不连续，多呈夹层或透镜体状，且埋深和厚度变化较大，对路基和桥涵工程有一定影响。建议根据相关规范进行抗震稳定性检算，不满足要求时，可采用基底铺设土工格栅、碎石桩处理地基或反压护道等措施。

5.2 特殊岩土特征与评价

沿线的特殊岩土主要有湿陷性粉土、软土、松软土、盐渍土等。

1)湿陷性粉土。

分布于轮台东侧附近，长4 700 m，占线路全长0.8%。为洪积的粉土，属中～高压缩性土，具Ⅱ级自重湿陷性，湿陷性土层厚2 m～6 m，位于该段的各类建筑物均应考虑地基土的湿陷问题，并做好地表排水工作。

2)软土。

分布于阳霞和轮台两大冲积扇之间的局部洼地及新和一带的洼地，累计长6 220 km，占线路全长1.1%。岩性为淤泥质粉质黏土和软粉土，一般厚1 m～2 m，成因为绿洲及河流两岸的低洼地段的粉质黏土长期受水浸泡，多含有淤泥质，呈流塑状态，属高压缩性土，土质疏松，含盐量及含水率高，压缩性大，强度低，基本无硬壳，工程性质差。建议采取挖除换填及路堤两侧设置反压护道的措施进行地基处理。

3)松软土。

分布于阳霞东附近、马洛至轮台间的土质平原区、杜桂列克及阿克苏一带的绿洲及河流两岸的低洼地段，累计长100 570 m，占线路全长19%。

综合勘探、静探资料，沿线松软土均在地表10 m范围内，分布地段大部分无硬壳，个别地段有0.9 m～2 m的硬壳，松软层厚度变化较大，一般厚3 m～6 m。在地下水位埋深大于3 m的松胀及结壳盐渍土地带，松软土层厚度相对加大，甚至分成两层。

松软土具含水率高，压缩性高、强度低，承载力低等特征，虽部分试验指标尚达不到软土标准，但工程性质差，建议路基工程结合硬壳及松软层的厚度，采取挖除换填、设反压护道或碎石桩等处理措施;桥涵工程结合检算下卧层及沉降量，采取相应的防治措施。

4)盐渍土。

按照成因，可分为现代型盐渍土和残积型盐渍土，分述如下:

a.现代型盐渍土。

主要分布于地势低洼的阳霞东至轮台间、新和地区、特尔希克进站前、咸水沟出站附近及杜桂列克进站前，喀拉玉尔滚至阿克苏段断续分布，盐渍土分布如图1所示，累计长112 380 m，占线路全长21%，是本线突出的工程地质问题。盐渍土地段地表多生长芦苇、红柳、白刺等耐盐植物，显见白色盐霜分布，并伴随泛白、结皮现象，表土疏松，地面松胀、溶陷明显。盐渍土岩性为粉质黏土，粉土、粉、细砂次之，类型以氯盐渍土、亚氯盐渍土为主，硫酸盐渍土次之，程度以中、强为主，弱、超次之。

沿线盐渍土地段具有如下特征规律:地表水与地下水的水化学类型紧密相关，地下水的矿化度比地表水高得多;盐渍土的强弱与地下水水位埋深密切相关，同一地区，地下水水位较深者(＞4 m)，地表1 m内的平均含盐量一般较高，有些地表1 m内的含盐量超过了地基允许含盐量，铲除厚度较大;地下水位浅者，盐受水的控制强，盐分的表聚性就越强，虽然表层含盐量很高，有的可达50%以上，但随着深度的增加，含盐量骤减，故1 m内的平均含盐量反而不大，由于盐分表聚性强，因而铲除厚度小，且盐壳不能用作填料，但从施工角度讲，地下水位浅，对盐渍土处理是不利的条件，而地下水位深对盐渍土处理是有利的;同一剖面上，由地表向下，Cl－/SO2－4值减小，同一地点不同深度的盐性有不一致的现象，故定名只是不同深度盐渍土的综合定名。

盐渍土的形成与线路北邻之低山脉普遍有第三系石膏及岩盐地层有关，由于本区气候干旱，物理风化作用强烈，含盐地层经风化后，地表水将盐分溶解，携带至山前冲积平原，加之这些地区地形平坦，地层以黏性土为主，潜水埋藏浅，矿化度高，地下水流排泄不畅，造成盐分随毛细水上升地表，并不断蒸发，易溶盐在地表富集，形成盐渍土。

盐渍土具有吸湿、膨胀、溶陷等工程特性，影响路基工程稳定，腐蚀建筑物，路基基底应铲除超限盐渍土和地表盐壳，不得用超允许含盐量的土层作填料，若填土高度小于最小路堤控制高度，建议采用渗水土或设置毛细水隔断层，地形地貌条件有利排水时设置排碱沟，降低地下水位;同时应考虑风吹碱引起路堤表土松胀、溶失，路基面每侧相应加宽;对于基底疏松土层，填筑路堤前，需做压实处理。另外盐渍土地区潜水矿化度高，多具氯盐、硫酸盐型侵蚀及盐类结晶侵蚀，桥涵及房建工程基础应考虑防水、土侵蚀措施;由于线路走行的山前冲、洪积前缘绿洲地段，大部分盐渍土已进行剥除表土、浸泡排碱等措施改造为农田，但铁路的修建，会不同程度的引起次生盐渍化问题，因此设计中应考虑措施。对于盐渍土、松软土共存地段，对路堤高度的要求存在矛盾时，应综合考虑，采取最经济有效的处理措施。

b.残积型盐渍土。

断续分布于第四系冲、洪积细、粗圆砾土的表层，累计长145.5 km，占线路全长27%。一种为地表有0.2 m～0.5 m厚含细小盐类晶体的微弱胶结层，并结皮反翘、龟裂，局部地段深度可达1 m;另一种为地表0 m～3 m细圆砾土层普遍含有石膏层，呈针状结晶尖灭层、条带状、团块状或疏松的蜂窝状，局部富集，石膏体积比一般为5%～20%。成因为季节性地表径流和洪水漫流后强烈蒸发造成黏性土及碎石类土中细小盐类结晶体微弱胶结形成的化学沉积层，呈疏松状态，易于压缩或吸收水分而产生沉陷，含盐类型主要为氯盐和硫酸盐，影响路基工程稳定，建议路堤填筑前，基底宜碾压或夯实。

6 建设项目地质条件总评价

南疆铁路库阿段增建第二线与既有线基本并肩，线路走行于南天山南麓山前冲、洪积平原，地形平坦、开阔;地层主要为第四系松散冲、洪积物，岩性为黏性土、砂类土和圆砾土;戈壁滩地段地下水水位埋深大于30 m，绿洲地段地下水水位埋深一般0.5 m～5 m，水、土普遍具有侵蚀性;沿线一级构造单元为塔里木盆地地台北缘，新构造运动强烈;不良地质主要有风沙和地震液化，特殊岩土有湿陷性土、软土、松软土、盐渍土等。总之，沿线戈壁滩地段工程地质条件良好，绿洲地段工程地质条件相对较差。