儲(chǔ)文靜

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

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肯尼亞蒙內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)軌鐵路主要工程地質(zhì)問(wèn)題及對(duì)策分析

儲(chǔ)文靜

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

Major Engineering Geology Problem and Solutions for Mombasa-Nairobi Standard Gauge Railway Project in Kenya

CHU Wenjing

摘要通過(guò)資料搜集，地質(zhì)調(diào)繪、勘探、物探以及室內(nèi)土工試驗(yàn)，綜合分析肯尼亞蒙巴薩至內(nèi)羅畢標(biāo)準(zhǔn)軌鐵路沿線的工程地質(zhì)特征及水文地質(zhì)條件，指出沿線主要不良地質(zhì)主要有人為坑洞、斷層；沿線特殊巖土有鹽漬土、軟土、含石膏巖土和黑棉土(膨脹土)，以及浮石層、蟻穴等。針對(duì)沿線的工程地質(zhì)問(wèn)題，提出合理的工程處理措施意見(jiàn)，為設(shè)計(jì)、施工提供參考。

關(guān)鍵詞鐵路工程不良地質(zhì)特殊巖土黑棉土

1工程概況

肯尼亞蒙巴薩至內(nèi)羅畢新建標(biāo)準(zhǔn)軌鐵路項(xiàng)目位于肯尼亞境內(nèi)，呈東南至西北走向，從港口蒙巴薩至首都內(nèi)羅畢依次經(jīng)過(guò)海岸省、東部省、內(nèi)羅畢特區(qū)，是連接港口城市蒙巴薩和首都內(nèi)羅畢的標(biāo)準(zhǔn)軌鐵路，全長(zhǎng)471.874 km。鐵路起點(diǎn)蒙巴薩市位于肯尼亞?wèn)|南沿海的蒙巴薩島。蒙巴薩島瀕臨印度洋西側(cè)，是東非最大的港口之一；終點(diǎn)內(nèi)羅畢是肯尼亞的政治、經(jīng)濟(jì)、文化中心，也是東部非洲重要的交通樞紐，線路途徑Voi、Mtito Andei、Sultan Hamud等重要經(jīng)濟(jì)據(jù)點(diǎn)及Tsavo國(guó)家公園。

線路所經(jīng)區(qū)域高差起伏較大，地面高程從海平面0 m至1 680 m，自東南向西北可分為近海丘陵區(qū)、侵蝕平原區(qū)、高平原區(qū)、巖熔流區(qū)、低中山區(qū)和高原區(qū)，沿線大部分位于無(wú)人區(qū)，交通不便，地表以草地、灌木、荊棘樹為主。

2工程地質(zhì)及水文地質(zhì)特征

沿線地層的分布受地質(zhì)構(gòu)造單元的控制，分布有沉積巖、變質(zhì)巖、火成巖三大巖類，有第四系、第三系、侏羅系、三疊系、太古界地層。第四系主要以殘積、沖洪積、海積、火山堆積成因?yàn)橹?，主要地層有黏?黑棉土)、砂類土及碎石類土；第三系主要以玄武巖、角礫巖以及響巖為主，主要分布于高平原區(qū)和高原區(qū)。侏羅系以頁(yè)巖為主，分布于蒙巴薩近海丘陵區(qū)，三疊系以砂巖、泥質(zhì)砂巖為主，主要分布于蒙巴薩端侵蝕平原區(qū)；太古界以片麻巖為主，局部有石英巖脈侵入體，主要分布在巖熔流區(qū)、中低山區(qū)以及高平原區(qū)。

沿線大部分地段地表淡水較為缺乏，其中Athi河、Kibwezi河、Voi河及Tsavo河為常年流水，其他溝谷多受季節(jié)性降雨影響，為季節(jié)性河流。由于當(dāng)?shù)刎毟F落后，居民用水多來(lái)自過(guò)濾的河水或收集的雨水，尤其在Kima-Konza地區(qū)，由于常年缺乏地表水，多修建許多水壩來(lái)滿足農(nóng)場(chǎng)用水。僅蒙巴薩近海丘陵區(qū)以及富含石膏層的段落地下水、地表水對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)具弱—中等侵蝕性。

3特殊巖土及不良地質(zhì)

3.1特殊巖土

(1)膨脹巖土

沿線普遍分布膨脹性巖土，厚度不均，根據(jù)成因主要可分為三類。第一類以火山灰成分為主，雨水淋濾沉積而成的黏性土，一般呈黑灰色、褐灰色，正常狀態(tài)下堅(jiān)硬，裂隙多，強(qiáng)度高，雨水浸泡后迅速軟化，強(qiáng)度低，俗稱黑棉土，普遍分布于內(nèi)羅畢端高原區(qū)地表，在地勢(shì)低洼的凹地，河流兩岸沉積較厚，一般厚度2～5 m，最厚處可達(dá)22 m，占全線長(zhǎng)度約35%以上。另一類為石膏層，主要分布于內(nèi)羅畢東南側(cè)高原區(qū)黑棉土下方，厚度一般1～3 m，呈透鏡體狀分布。第三類為第三系玄武巖、凝灰?guī)r、響巖全風(fēng)化層，呈黃褐色、褐灰色，主要分布于高原區(qū)以及蒙巴薩沿海段。由于肯尼亞國(guó)內(nèi)試驗(yàn)設(shè)備落后，膨脹性試驗(yàn)項(xiàng)目現(xiàn)場(chǎng)僅進(jìn)行了自由膨脹率試驗(yàn)，其Fs值在50%～122%之間，初步判定沿線黑棉土具中—強(qiáng)膨脹性；石膏層Fs值在65%～100%之間，初步判定其具中—強(qiáng)膨脹性；第三系風(fēng)化巖自由膨脹率為43%～70%，初步判定其具弱—中等膨脹性，侏羅系頁(yè)巖自由膨脹率為45%～64%，初步判定其具弱—中等膨脹性。

(2)鹽漬土

全線鹽漬土主要集中在蒙巴薩沿海地勢(shì)低洼地段，主要地層為第四系全新統(tǒng)海積粉質(zhì)黏土、粉土層，厚度一般0.5～2 m，最大約2.5 m，占全線長(zhǎng)度約6%。易溶鹽含量為1.00%～1.77%，依據(jù)《鐵路工程特殊巖土勘察規(guī)程》(TB10038—2012)，沿線鹽漬土主要為亞氯—氯鹽漬土。依據(jù)《鐵路混凝土結(jié)構(gòu)耐久性設(shè)計(jì)規(guī)范》(TB10005—2010)及土壤含鹽量分析報(bào)告綜合判定：環(huán)境土對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)具硫酸鹽侵蝕性，環(huán)境作用等級(jí)為H1；具鹽類結(jié)晶侵蝕，環(huán)境作用等級(jí)為Y1～ Y3；具氯鹽侵蝕性，環(huán)境作用等級(jí)為L(zhǎng)1～ L3。鹽漬土具侵蝕性，但分布厚度較薄，基本不影響方案。

(3)軟土

軟土主要分布在蒙巴薩樞紐沿海段，地層以淤泥、淤泥質(zhì)土為主，黑色、黃褐色，流塑，含少量腐殖質(zhì)，具腥臭味，大多呈透鏡體分布，一般厚度為0.5～1.5 m，最厚8.5 m。另在高原區(qū)低洼處，黑棉土在泉水的浸泡下，土質(zhì)松軟，強(qiáng)度較低，一般厚2～4 m；埋深較淺的清除即可，厚度大的在滿足沉降驗(yàn)算的前提下，可采用換填的方式處理。

3.2不良地質(zhì)

(1)人為坑洞

線路DK305+500～+600 和DK312+700～DK313+000段附近紅色粉質(zhì)黏土層底部與下伏片麻巖接觸帶中含石膏層，厚0.5～1 m，局部富集。在線位附近有當(dāng)?shù)鼐用袼阶蚤_(kāi)采現(xiàn)象，在地表形成人為坑洞，均為豎井，大小不一，一般直徑1.5～3 m，深度較淺，一般深1～4 m，但規(guī)模較小，對(duì)線路影響不大。

DK417+000～DK421+000段地表黑棉土層下黏土中富含石膏晶體，針片狀或顆粒狀，含量約30%，局部富集，層厚一般1～3 m。目前DK420+040～+600段正在開(kāi)采，開(kāi)采方式為機(jī)械露天剝采，形成寬60～70 m，長(zhǎng)數(shù)百米的溝槽，深3～5 m，部分積水較深。

(2)斷層

蒙內(nèi)鐵路整體上構(gòu)造簡(jiǎn)單，通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查、物探以及鉆探，揭示了3處斷層構(gòu)造，均為NNE向，與線路呈80°～90°夾角。分別為DK9+700～+750段正斷層，呈舒緩波狀展布，東側(cè)上盤巖性為侏羅系上統(tǒng)地層，主要地層為頁(yè)巖，西側(cè)下盤為三疊系地層，主要地層有砂巖、泥質(zhì)砂巖。DK11+600～+650段正斷層，東側(cè)上盤巖性為三疊系地層，主要地層有砂巖、泥質(zhì)砂巖，西側(cè)下盤為三疊系地層，主要地層有砂巖。DK74+000處正斷層，東側(cè)上盤巖性為三疊系砂巖，西側(cè)下盤為太古界片麻巖。斷層構(gòu)造對(duì)線路方案基本不影響，通過(guò)斷層段均以低填路基方式通過(guò)。

(3)浮石層

巖熔流區(qū)地表發(fā)育火山噴發(fā)后形成的浮石層，主要組成物質(zhì)玄武巖塊，灰黑色、灰色，厚度一般為1～8 m，浮石層呈松散狀，結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定，當(dāng)?shù)赜盟鼇?lái)做既有鐵路道砟及新建公路的填料，但每一塊浮石強(qiáng)度不同，氣孔數(shù)量及大小對(duì)其影響較大，修建鐵路用其做AB組填料時(shí)還需做進(jìn)一步的試驗(yàn)測(cè)試。

(4)蟻穴

蒙內(nèi)鐵路沿線野生動(dòng)物頗多，其中蟻穴隨處可見(jiàn)，一般呈鼓丘狀，多孔，質(zhì)地較硬，底徑0.5～3 m，高1～3 m，見(jiàn)過(guò)最高的達(dá)8 m，底部寬約20 m。蟻穴下部基底結(jié)構(gòu)相對(duì)疏松，應(yīng)翻挖換填。

4結(jié)論

通過(guò)搜集區(qū)域地質(zhì)資料和利用綜合地質(zhì)勘察手段，分析得出肯尼亞蒙內(nèi)鐵路全線沒(méi)有滑坡、巖熔、泥石流等重大不良地質(zhì)和災(zāi)害性地質(zhì)現(xiàn)象，整體上全線工程地質(zhì)條件較好，地質(zhì)不控制方案的選擇。但是還需在下列幾個(gè)方面引起注意和重視：

(1)沿線黑棉土遇水膨脹，強(qiáng)度降低，易引起邊坡及基礎(chǔ)失穩(wěn)、基床翻漿冒泥等工程地質(zhì)病害，對(duì)車站、路基影響較大，在路塹邊坡開(kāi)挖、路堤填筑過(guò)程中，應(yīng)加強(qiáng)地表防排水，進(jìn)行邊坡穩(wěn)定性驗(yàn)算、路堤沉降驗(yàn)算。淺層分布的清除即可，厚度較大時(shí)，需換填或采用加固處理措施。填筑施工時(shí)應(yīng)分段快速施工，避免基坑浸泡。

(2)第三系玄武巖、凝灰?guī)r以及響巖風(fēng)化不均，且全風(fēng)化厚度較大，橋梁基礎(chǔ)大部分可采用摩擦樁。

(3)在巖熔流區(qū)表層分布的浮石層，其氣孔發(fā)育，單塊浮石的強(qiáng)度不一，強(qiáng)度與氣孔數(shù)量的多小、孔徑的大小以及塊體的大小有關(guān)系，用做路基填料時(shí)需做進(jìn)一步的試驗(yàn)驗(yàn)證。

(4)太谷界片麻巖球狀風(fēng)化明顯，且風(fēng)化較強(qiáng)烈，作橋梁淺基礎(chǔ)時(shí)宜進(jìn)行沉降驗(yàn)算，且現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)加強(qiáng)風(fēng)化程度驗(yàn)證工作。

參考文獻(xiàn)

[1]Construction of the civil works of Mombasa-Nairobi standard gauge railway project EPC turnkey commercial contract between Kenya Railways Corporation and China Road and Bridge Corporation contract document， July 2012

[2]Code of practice for the Design & Construction of Buildings & other Structures in relation to Earthquakes， KENYA，1973

[3]TB 10012—2007鐵路工程地質(zhì)勘察規(guī)范[S]

[4]TB 10038—2012鐵路工程特殊巖土勘察規(guī)程[S]

[5]TB 10005—2010鐵路混凝土結(jié)構(gòu)耐久性設(shè)計(jì)規(guī)范[S]

[6]TB 10104—2003鐵路工程水質(zhì)分析規(guī)程[S]

[7]TB 10077—2001鐵路工程巖土分類標(biāo)準(zhǔn)[S]

[8]王保田，張福海.膨脹土的改良技術(shù)與工程應(yīng)用[M].北京：科學(xué)出版社，2009

[9]劉特洪.工程建設(shè)中的膨脹土問(wèn)題[M].北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，1997

[10]孫明祥，溫鵬，錢洪光.遼長(zhǎng)鐵路膨脹土路塹試驗(yàn)研究[J].鐵道勘察，2010(6)

[11]楊永清.石料缺乏地區(qū)鐵路邊坡防護(hù)措施研究[J].鐵道勘察，2015(1)

[12]張永柱.綜合勘探在鐵路橋梁勘察中的應(yīng)用[J].鐵道勘察，2008(2)

中圖分類號(hào)：P642

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

文章編號(hào)：1672-7479(2016)01-0068-03

作者簡(jiǎn)介：儲(chǔ)文靜，男，2009年畢業(yè)于中南大學(xué)地質(zhì)工程專業(yè)，工學(xué)碩士，工程師。

收稿日期：2016-01-06