千島湖車站附近地面塌陷成因分析

劉 歡

(中鐵第四勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司，湖北武漢 430063)

1 概述

金(華西)千(島湖)線千島湖站位于杭州市建德市新安江街道嶺后村,線路里程為K76+950～K77+450,走向295°,車站中心里程為K77+199,海拔高度約120 m。該站修建于1972年,沿東西走向,自北至南分別為1～6股道(見圖1),站址區(qū)主要以半填半挖為主,線路左側(cè)分布建德銅礦尾礦庫壩及民房,右側(cè)分布站臺及車站用房,緊鄰站臺右側(cè)為嶺后村洼地及建德銅礦開采區(qū)。

據(jù)當(dāng)?shù)鼐用穹从?2010年2月26日位于線路右側(cè)的建德銅礦在嶺后村洼地井下-50 m處進(jìn)行探礦作業(yè),放炮后涌水嚴(yán)重,隨即采用2臺抽水機(jī)進(jìn)行抽水,持續(xù)2 d仍未抽干,銅礦方隨即組織人力連夜用水泥封堵。2月28日晚嶺后村洼地(線路右側(cè)50～100 m)出現(xiàn)塌陷,塌陷過程持續(xù)約4～5 h,先后發(fā)生8處塌陷,陷坑基本呈圓形,直徑1～8 m,深度1～6 m。附近的建德銅礦2幢老職工宿舍樓發(fā)生地面塌陷,情況較嚴(yán)重。周圍其他房屋墻面也出現(xiàn)較大裂縫,裂縫寬約9～11 mm。位于宿舍樓南側(cè)的竹樹林也發(fā)生塌陷,樹木傾倒,根部陷入坑中(見圖2)。

圖1 千島湖車站

圖2 塌陷場景

事故發(fā)生后,我單位受鐵路設(shè)備管理單位委托隨即對事故地段展開調(diào)查,開展地質(zhì)勘察工作,以查明塌陷原因,并對車站安全進(jìn)行評價(jià)。經(jīng)查閱資料,發(fā)現(xiàn)該站區(qū)下伏基巖以灰?guī)r為主。針對巖溶地區(qū)工程特點(diǎn),對千島湖站區(qū)采用綜合勘探手段開展地質(zhì)工作：①收集浙江省建德幅(1∶20萬)區(qū)域地質(zhì)資料,作遙感地質(zhì)判釋(見圖3)；②站區(qū)北側(cè)700 m、南側(cè)300 m大面積地質(zhì)測繪；③建德銅礦主井作業(yè)區(qū)調(diào)查；④物探工作：高密度電法和地震面波法；⑤對物探成果賦予機(jī)動(dòng)鉆孔進(jìn)行驗(yàn)證。

2 千島湖站地區(qū)工程地質(zhì)概況

2.1 地層巖性

根據(jù)1∶20萬區(qū)域地質(zhì)圖及現(xiàn)場調(diào)查,場區(qū)主要地層如下。

①人工填土：主要分布在車站填方地段,成份為黏土夾碎石為主,結(jié)構(gòu)松散,強(qiáng)度不均,層厚2.0～3.8 m。

②第四系沖洪積及殘坡積層：黏土,褐黃色,可塑-硬塑,層厚3～20 m,主要分布在谷地及山體斜坡地帶。

③石炭系中統(tǒng)船山組：灰?guī)r與球狀灰?guī)r互層,夾白云質(zhì)灰?guī)r,含燧石結(jié)核,主要分布在K76+940往小里程方向。

④石炭系中統(tǒng)黃龍組：塊狀灰?guī)r及白云質(zhì)灰?guī)r,灰色,強(qiáng)風(fēng)化至弱風(fēng)化,厚>10 m,凹地北側(cè)可見人工剖面,分布范圍約為K76+940～K77+580,該地層為站址區(qū)主要地層。

⑤泥盆系上統(tǒng)西湖組：中厚層含礫石英,夾灰色炭質(zhì)砂巖等,褐黃色,強(qiáng)風(fēng)化,厚>5 m,主要分布在車站左側(cè)200 m,在建德銅礦尾礦庫壩體旁有出露。

⑥燕山晚期花崗閃長巖：在車站K77+400右側(cè)200～300 m分布,其中在Jz-Ⅲ10—千島8號鉆孔深度8～11 m處可見其侵入跡象,裂隙發(fā)育,與灰?guī)r呈不整合接觸。

2.2 地質(zhì)構(gòu)造

測區(qū)位于一套由二迭系、石炭系、泥盆系地層組成的向斜核部,以石炭系中統(tǒng)黃龍組C2h灰?guī)r為主。向斜走向約240°,與線路夾角約55°。區(qū)內(nèi)發(fā)育一張性斷層,位于線路左側(cè)150～200 m處,走向約130°,傾角約25°。

2.3 水文地質(zhì)

測區(qū)地表水體發(fā)育,緊鄰新安江水庫,低洼處常年積水,洼地塌陷處已形成一個(gè)個(gè)小水塘。地下水較豐富,主要類型為基巖裂隙水,第四系孔隙潛水和巖溶水。

基巖裂隙水：分布在線路左側(cè)的剝蝕低山丘陵區(qū),大氣降水補(bǔ)給,向右側(cè)排泄,與第四系孔隙潛水和巖溶水聯(lián)通性較好。

第四系孔隙潛水：分布在第四系土層中,地下水位埋深隨地形有一定變化,車站內(nèi)地下水位埋深約2～2.5 m,洼地水位接近地面。

巖溶水：分布在灰?guī)r中,受低山丘陵區(qū)基巖裂隙水和大氣降水補(bǔ)給,巖溶水與其上的第四系孔隙水連通性較好,巖溶水與孔隙水互相補(bǔ)給。

本段居民及鐵路用水均來自新安江水庫。

3 千島湖站工程地質(zhì)評價(jià)

3.1 工程地質(zhì)環(huán)境

千島湖站位于一斷陷溶蝕谷地的南部邊緣地帶,地質(zhì)構(gòu)造比較復(fù)雜。鉆探和物探成果(見圖4)所反映的地質(zhì)情況基本一致,物探成果的異常與上部土層的含水量過大和花崗閃長巖巖脈有關(guān)。根據(jù)鉆探和物探資料,K77+000～K77+400路基填土高度2.0～4.0 m,為黏土夾碎石,地基自上而下地層依次為：①第四系上更新統(tǒng)沖洪積黏土(Q3al+pl),褐黃色、棕紅色、紫紅色等雜色,一般為可塑,局部呈軟塑-流塑,層厚0～17 m。②石炭系中統(tǒng)黃龍組灰?guī)r(C2h),灰白色、青灰色,厚層狀,弱風(fēng)化,巖溶不太發(fā)育,8個(gè)鉆孔中有4個(gè)孔(1號、3號、7號、8號)有溶蝕現(xiàn)象,有2個(gè)孔遇到溶洞(1號、7號),鉆孔見溶洞率為25%。鉆孔線巖溶率為2.8%和19%,遇到的溶洞最大為1.8 m,最小的僅0.25 m,溶洞均被充填,充填物為黏土或黏土夾礫石,充填較密實(shí)。8號鉆孔在灰?guī)r中發(fā)現(xiàn)兩條花崗閃長巖脈(1.2 m、0.7 m)。③大約在K77+250～K77+300一段5、6道下部及向線路左側(cè),Q3al+pl黏土層之下為砂巖,強(qiáng)風(fēng)化,褐黃色、灰褐色等。

地下水不發(fā)育,地下水位埋深1.5 m左右,鉆探中灰?guī)r地層一般不漏水。

地面塌陷均發(fā)生鐵路右側(cè)150～200 m處。

圖4 物探高密度電法、地震面波法及鉆孔剖面

3.2 地面塌陷成因

千島湖站地區(qū)位于一斷陷溶蝕谷地中,屬于覆蓋型巖溶區(qū),具備了覆蓋型巖溶區(qū)地面塌陷發(fā)生的基本條件。從上述地面塌陷發(fā)生的情況、地質(zhì)環(huán)境和覆蓋型巖溶區(qū)地面塌陷的機(jī)理分析,該區(qū)地面塌陷是由于銅礦強(qiáng)烈抽排地下水引起的。

3.3 工程地質(zhì)評價(jià)

從上述千島湖站的工程地質(zhì)環(huán)境看,雖然位于覆蓋型巖溶區(qū),但是路基底下的灰?guī)r巖溶不太發(fā)育,鉆孔遇溶洞率和鉆孔線巖溶率較低,溶洞規(guī)模不大,且充填較密實(shí),目前發(fā)生地面塌陷的條件尚不充分,按照《鐵路工程不良地質(zhì)勘察規(guī)程》(TB10027—2001)中“巖溶地面塌陷預(yù)測分析參考標(biāo)準(zhǔn)”,千島湖站址可評為不易塌陷區(qū)。再者,目前地面塌陷均發(fā)生在鐵路右側(cè)150～200 m處,距鐵路較遠(yuǎn),調(diào)查時(shí)也未發(fā)現(xiàn)銅礦方再抽排地下水,最近工務(wù)部門對軌道的監(jiān)測也未再發(fā)現(xiàn)軌道變化,因此建議：

①在保持目前的環(huán)境條件下,暫不對千島湖站路基進(jìn)行處理,可維持正常行車。

②考慮巖溶發(fā)育的復(fù)雜性、地面塌陷發(fā)生的隨機(jī)性和間歇性,畢竟鐵路附近發(fā)生了大規(guī)模的地面塌陷,為了確保行車安全,應(yīng)注意巡察千島湖站路基和軌道的變化,時(shí)間可為一個(gè)水文年。

③如果銅礦方繼續(xù)向鐵路挖掘巷道采礦,大量抽排地下水,引起地質(zhì)環(huán)境惡化,則有可能引起鐵路路基的塌陷,因此設(shè)備管理單位應(yīng)及時(shí)通告銅礦方嚴(yán)禁向鐵路采礦,嚴(yán)禁大量抽排地下水。

[1]鐵道第一勘察設(shè)計(jì)院.鐵路工程不良地質(zhì)勘察規(guī)程[S].北京：中國鐵道出版社,2001

[2]鐵道第一勘測設(shè)計(jì)院.鐵路工程地質(zhì)手冊[M].北京：中國鐵道出版社，1999

[3]鐵道第一勘察設(shè)計(jì)院.鐵路工程地質(zhì)勘察規(guī)范[S].北京：中國鐵道出版社,2007

[4]鐵道第四勘察設(shè)計(jì)院.浙贛線分宜至蘆溪段巖溶及采空區(qū)工程地質(zhì)勘察報(bào)告[R].武漢：鐵道第四勘察設(shè)計(jì)院,2006

[5]鐵道第四勘察設(shè)計(jì)院.京廣線K1240+850～K1241+325巖溶塌陷路基工程地質(zhì)勘察報(bào)告[R].武漢：鐵道第四勘察設(shè)計(jì)院,2003