淺談薊港鐵路主要工程地質(zhì)問題及評(píng)價(jià)

張霞云

(鐵道第三勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司，天津 300142)

1 工程概況

薊港鐵路北塘西至東大沽鐵路擴(kuò)能改造工程位于天津鐵路樞紐東南部，工程起自既有北環(huán)線胡張莊車站(已封閉，本次設(shè)線路所)，向南沿唐津高速公路、既有東南環(huán)線，經(jīng)過民生村站、咸水沽站，到達(dá)津南支線的ZK7+300后折向東修建雙線，沿馬廠堿河北側(cè)，經(jīng)過石閘村、至李港鐵路鄧善沽站，然后沿李港鐵路新增雙線至東大沽站外，正線全長(zhǎng)54 km。線路共設(shè)3個(gè)車站，2個(gè)線路所，分別是新民生村站、咸水沽站、鄧善沽站、胡張莊線路所、金耀線路所，全線有特大橋7座，分別為上聯(lián)楊北公路特大橋、下聯(lián)楊北公路特大橋、京津塘高速公路特大橋、津?yàn)I高速公路特大橋、京山鐵路特大橋、海河1號(hào)特大橋、西閘特大橋，17段軟土及松軟土地基。

2 主要工程地質(zhì)問題及評(píng)價(jià)

在收集、整理、利用區(qū)域地質(zhì)資料的基礎(chǔ)上，加強(qiáng)區(qū)域地質(zhì)調(diào)繪工作，掌握可能影響線路方案的地質(zhì)因素，主要影響因素有活動(dòng)斷裂、區(qū)域地面沉降、地震可液化層以及深厚軟土等。從地質(zhì)角度提出合理的線路方案，規(guī)避活動(dòng)斷裂、區(qū)域地面沉降、地震可液化層等不良地質(zhì)和特殊巖土對(duì)工程的影響，并提出了合理的工程措施建議。

2.1 活動(dòng)性斷裂評(píng)價(jià)及處理對(duì)策

近場(chǎng)區(qū)分布8條斷裂(如表1所示)，斷裂以北東向?yàn)橹?，其次為北西西向。這些斷裂均屬于平原隱伏斷裂，其斷裂性狀及活動(dòng)特征是依據(jù)地球物理探測(cè)和鉆探等方法綜合研究的結(jié)果，天津斷裂、大城東斷裂、大寺斷裂等第四紀(jì)中期活動(dòng)，具有發(fā)生6.5級(jí)地震的構(gòu)造條件，晚第四紀(jì)不活動(dòng)，其中跟本線位有直接影響的為海河斷裂和滄東斷裂。據(jù)1970年以來的地震資料，沿滄東斷裂僅有幾次3級(jí)地震，晚第四紀(jì)已不活動(dòng)，對(duì)本工程無影響，海河斷裂全新世有所活動(dòng)，且與其他第四紀(jì)活動(dòng)的斷裂相交，具有發(fā)生7.0級(jí)地震的構(gòu)造條件，需考慮地表位錯(cuò)的可能性，未來百年的最大左旋走滑位錯(cuò)量為2.07±0.45 m，交點(diǎn)位于斷裂的西端，距線位起點(diǎn)約40 km楊柳青附近，經(jīng)緯度為E117.146°、N39.158°處;結(jié)合線路方案走向，建議線路盡量繞避斷裂的影響，并且場(chǎng)區(qū)內(nèi)不存在地震崩塌、滑坡和泥石流災(zāi)害，發(fā)生斷裂地表破裂的可能性不大，因此斷裂和活動(dòng)斷裂對(duì)本工程的影響不大(如表1所示)。

圖1 薊港鐵路北塘西至東大沽擴(kuò)能改造工程平面位置示意

表1 近場(chǎng)區(qū)主要活動(dòng)斷裂基本特征

2.2 區(qū)域地面沉降特征及其對(duì)鐵路工程的影響

(1)工程沿線地面沉降歷史及現(xiàn)狀

東麗區(qū)地面沉降歷史及現(xiàn)狀:近6年來，年均沉降量在40 mm左右，沉降速率較大的地區(qū)主要位于東麗區(qū)南部，以軍糧城為中心，西至東麗開發(fā)區(qū)，東至無暇街，北至津?yàn)I公路，南至海河，與津南區(qū)北部沉降中心相連。

塘沽區(qū)地面沉降歷史及現(xiàn)狀:塘沽區(qū)是天津市地面沉降最為嚴(yán)重地區(qū)之一。塘沽區(qū)城區(qū)具明顯的外高內(nèi)低的“盆地”形態(tài)。大部分地區(qū)年均地面沉降在20～30 mm。天津市經(jīng)濟(jì)技術(shù)開發(fā)區(qū)年均沉降30 mm;保稅區(qū)年均沉降約27 mm;天津港年均沉降16 mm，只是在于莊子—中心莊一帶沉降在30～60 mm。1985～1990年是塘沽區(qū)地面沉降速率最大時(shí)間段，塘沽區(qū)新華路平均沉降速率達(dá)68 mm，從20世紀(jì)90年代之后，沉降速率明顯下降，基本控制在20 mm左右，特別是塘沽區(qū)城建區(qū)，控沉工作效果顯著。渤海石油基地到塘沽農(nóng)場(chǎng)之間，從1990年之后的沉降速率小于1985～1990年，但是沉降速率仍然增大，需要重視。

津南區(qū)地面沉降歷史及現(xiàn)狀:津南區(qū)葛沽區(qū)是最大的沉降漏斗，最大年沉降速率近70 mm，咸水沽附近大于50 mm。

線路所經(jīng)天津市所轄的東麗區(qū)、津南區(qū)、塘沽區(qū)沉降速率存在明顯的差異沉降，由此帶來的不均勻沉降對(duì)于鐵路的安全運(yùn)營(yíng)危險(xiǎn)較大。

(2)地面沉降的危害與防治措施

根據(jù)調(diào)查，地面沉降造成的地面高程損失，對(duì)各種建筑工程的危害是相當(dāng)明顯的，而且隨著地面沉降的發(fā)展而逐漸加劇。

①不均勻地面沉降改變線路坡度，影響線路正常運(yùn)營(yíng)，并增加維修費(fèi)用。

②局部不均勻沉降必將改變?cè)荚O(shè)計(jì)坡度，對(duì)線路的平順性產(chǎn)生影響，達(dá)不到鐵路的最佳運(yùn)行坡度，這種影響隨著時(shí)間的推移，坡度會(huì)變大，影響也會(huì)逐漸增加。

③工程建設(shè)誘發(fā)不均勻性沉降對(duì)工程造成的危害:一方面高密度大型工程建設(shè)，使局部地面荷載增加，產(chǎn)生附加地面沉降，各單體建筑的附加沉降互相疊加，形成地面沉降;另外工程施工過程中的降水工程也會(huì)大量抽取地下水，引起不均勻地面沉降。

④沿線有淺層地下水開采井分布。淺部地層更松散，工程地質(zhì)性質(zhì)較深部地層差，多屬中等壓縮性地層，地層結(jié)構(gòu)是黏性土層與砂層交互成層，為雙面排水的地層結(jié)構(gòu)，在相同的水位下降條件下，同樣厚度的地層，淺部地層引起的局部不均勻沉降比深部地層更嚴(yán)重一些。因此，淺層地下水的開采，對(duì)地面沉降的影響更應(yīng)引起關(guān)注。淺層地下水開采影響半徑在100～200 m之間，開采井距工程越近影響越大。

⑤區(qū)域地面沉降引起地面高程的損失，從而造成雨季地表積水，防洪能力下降，給鐵路正常運(yùn)營(yíng)帶來威脅。

地面沉降的發(fā)生、發(fā)展是與地下水的開采和補(bǔ)給量的動(dòng)態(tài)變化密切相關(guān)的，所以只有在鐵路兩側(cè)一定距離內(nèi)嚴(yán)格控制地下水的開采，確保地下水位不再持續(xù)下降，才能從根本上控制地面沉降。

根據(jù)沿線區(qū)域地面沉降的分布特點(diǎn)，在選擇線路方案時(shí)建議線路盡量沿地面沉降等值線通過。本工程采用有砟軌道方案，且沿線區(qū)域地面沉降較緩慢，因此區(qū)域地面沉降對(duì)采用有砟軌道的薊港鐵路運(yùn)營(yíng)影響很小。

2.3 不良地質(zhì)的評(píng)價(jià)及處理對(duì)策

沿線地震動(dòng)峰值加速度為0.15g，第四系全新統(tǒng)沖積海層(Q4al+m)中的部分粉土及粉細(xì)砂透鏡體為地可液化層，相關(guān)工程應(yīng)考慮采取相應(yīng)處理措施。其分布段落見表2。

表2 地震液化層分布

對(duì)于路基工程，在對(duì)施工噪聲要求嚴(yán)格或用土方便的地段，可采用增設(shè)反壓護(hù)道增加上覆非液化層厚度的方法處理;在用土不方便或?qū)κ┕ぴ肼曇筝^低的地段宜采用擠密砂樁、碎石樁、碎石樁、攪拌樁或強(qiáng)夯法等進(jìn)行處理。分布于橋梁地段的液化層，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)充分考慮液化層對(duì)樁基的影響，并區(qū)分不同情況采取適當(dāng)處理措施。

2.4 特殊巖土的評(píng)價(jià)及處理對(duì)策

(1)軟土

沿線第四系全新統(tǒng)沖海積層廣泛分布軟土，巖性主要為淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土，局部為淤泥質(zhì)黏土。軟土層埋深1.5～4.5 m，其厚度一般為3.6～10.2 m，東大沽附近最大厚度可達(dá)18 m左右。有機(jī)物含量一般為2.6%～7.6%。根據(jù)沉積特點(diǎn)，可將沿線軟土劃分為以下幾類:一是分布于溝渠、水塘內(nèi)的軟土，呈零星分布，成因類型為沖積或湖沼堆積;此類軟土一般厚度為0.5～1.5 m，以淤泥和淤泥質(zhì)土為主;由于其沉積時(shí)間短，固結(jié)程度很差，具流變性。二是分布于沿線沖積、海積積地層之中，厚度一般為3.6～10.2 m，東大沽附近最大厚度可達(dá)18 m左右，以淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土和淤泥質(zhì)黏土為主，顏色為灰色—灰黑色，局部黑色，流塑，有異味。軟土靜力觸探端阻極低，一般在0.3～0.7 MPa，孔隙比高，最大可達(dá)2.0，含水量大，最高可達(dá)70%，屬高壓縮性土，局部富含生物貝殼及其碎片，土質(zhì)疏松不均，具有天然含水率高、有機(jī)質(zhì)含量多、孔隙比大、壓縮性高、透水性差和承載能力低等特性，工程性質(zhì)較差。其物理力學(xué)指標(biāo)見表3。

表3 物理力學(xué)指標(biāo)

軟土在外力作用下易發(fā)生變形，而在區(qū)域發(fā)育的差異又導(dǎo)致其變形的地域不均勻性，容易引起地基變形問題，因此在工程施工之前要對(duì)軟土地基進(jìn)行適當(dāng)?shù)奶幚?，以滿足工程的設(shè)計(jì)要求。由于土體具有壓縮性，地基承受建筑物荷載之后，必然發(fā)生沉降或差異沉降，影響建筑物的安全，處理不當(dāng)會(huì)導(dǎo)致路基變形破壞，對(duì)鐵路提速的運(yùn)營(yíng)將產(chǎn)生較大影響。提出如下處理措施:

①橋梁工程采用樁基礎(chǔ)。

②路基工程采用反壓護(hù)道、攪拌樁、CFG樁、土工格柵等綜合處理方法。

(2)鹽漬土

DK66+164.3～DK71+638.8段地表分布有弱鹽漬土—超鹽漬土，其類型為氯鹽及亞氯鹽漬土，易溶鹽含量為1.04% ～11.59%，毛細(xì)水強(qiáng)烈上升高度為2.2～3.1 m，具有吸濕和松脹性，影響路基穩(wěn)定，并對(duì)建筑物有腐蝕作用。與此有關(guān)的工程應(yīng)根椐最高水位和臨界凍結(jié)深度計(jì)算最小路堤高度，對(duì)不能滿足最小路堤高度的地段，可采用設(shè)置毛細(xì)水隔斷層的處理方法。如鋪設(shè)砂墊層或土工布等。

(3)填土

沿線村莊及既有線附近分布較多填土，主要類型有填筑土、素填土、雜填土等。由于填筑年代長(zhǎng)短不一、填筑方法多種多樣、料源差異較大，造成其性質(zhì)變化多端，修建鐵路工程時(shí)應(yīng)針對(duì)不同填土類型采取相應(yīng)的處理措施如挖除換填、分層夯實(shí)、地基加固等。

3 結(jié)論

薊港鐵路工程位于天津?yàn)I海地區(qū)，基底深厚軟土發(fā)育，地表鹽漬土分布廣泛，地震烈度高，局部有地震可液化層分布，同時(shí)受天津沉降漏斗的影響，區(qū)域地面沉降嚴(yán)重。針對(duì)以上難題，地質(zhì)工作人員采用收集資料、地質(zhì)調(diào)繪、綜合勘探技術(shù)，提出了合理的線路方案，查明了沿線地層巖性、工程地質(zhì)水文地質(zhì)條件以及不良地質(zhì)和特殊巖土的分布范圍和工程特征，為設(shè)計(jì)和施工提供了充分的地質(zhì)依據(jù)，為薊港鐵路的開通運(yùn)營(yíng)提供了條件。

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