鹽巖及鹽漬巖地區地下工程勘察設計

摘 要：我國有在鹽湖及鹽漬土地區成功修建鐵路路基工程的先例，本文以蘭新第二雙線西寧隧道為例，闡述在鹽巖及鹽漬巖地區修建地下工程的勘察、設計，期望能對今后在鹽巖及鹽漬巖地區修建地下工程提供有益的借鑒。

關鍵詞：鹽巖及鹽漬巖 勘察 設計

中圖分類號：TB21 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2012）12（c）-0034-02

鹽巖是在極度干熱環境的封閉凹地或湖塘，由于地表水、地下水的補給和蒸發不平衡，根據流域周邊地層巖性淋出物質的不同，積聚的地表水逐漸濃縮形成不同化學成分的高礦化度鹵水，因水分蒸發而結晶，最后形成的化學沉積巖；鹽漬巖是在覆蓋或間雜鹽巖的沉積巖地層中，通過化學浸染或淋濾作用導致巖體中分布薄膜層狀、結合狀、纖維狀、絲網狀易溶鹽，以及裂隙中充填的泥土狀易溶鹽含量超過0.3%，遇水溶解對混凝土及其結構具化學侵蝕破壞的沉積巖。我國有在青藏鐵路西格段修建鹽湖路基工程的成功經驗，但在鹽巖及鹽漬巖地區修建地下工程實屬罕見。最新版的《鐵路工程特殊巖土勘察規程》（TB10038-2012）新增巖鹽及鹽漬巖一章，對蒸發性化學沉積巖及鹽漬巖等做了勘察規定，可見鹽巖等對工程的危害性，須引起足夠的重視。

1 西寧隧道的地質條件

1.1 地形地貌

西寧隧道洞身穿越一低中山體，地勢上隧道進、出口兩端低而洞身部位高，地形起伏大，相對高差達可達100 m以上。該山體脊部高程約2548.7 m，進、出口段地面高程多在2260～2300 m之間。其上溝谷發育，有多條沖溝與線路大角度相交，切割較深。

1.2 地層巖性

隧道洞身范圍內地層主要為上第三系泥巖、石膏巖、芒硝。（詳見圖1西寧隧道洞身縱斷面圖）其中泥巖和石膏巖基本呈互層狀分布，芒硝則以薄夾層狀分布。該套巖層總體產狀為N25°E/3～12°N，兩組主要節理產狀為：N20°E/90°、N45°W/90°。

泥巖（N1Ms）：棕紅色、紅褐色，成份以黏土礦物為主，夾石膏巖、芒硝薄層，層理較明顯，薄層-中厚層狀為主，表層以強風化。巖體巖層成巖作用差，錘擊可碎。σ0=300 kPa，Ⅳ級軟石。

石膏巖（N1Gy）：廣泛分布，厚度由數厘米至數米不等，鉆探揭露最大厚度為4.4 m，白色及淺綠色，部分為石膏晶體，含較多黏土礦物，夾芒硝或泥巖層，層狀構造，節理發育，錘擊易碎。σ0=300 kPa。Ⅳ級軟石。主要成份為CaSO4、夾有芒硝時含有Na2SO4。

芒硝（N1Rs）：主要分布于隧道進入三叉嶺山體段，主要呈薄夾層狀，揭露最大厚度可達22 m。淺灰色及灰色，礦物成分以粘土礦物及硫酸鹽為主，粒狀結構，層狀構造，錘擊不易碎，σ0=300 kPa。Ⅳ級軟石。主要成份為Na2SO4，夾有MgSO4、MgCl2、NaCl等。（如圖1）

1.3 地質構造

區域內位于祁連地槽褶皺系和松（松潘）甘（甘孜）地槽褶皺系兩個構造單元間的結合地帶，為祁連山“中間隆起帶”、拉脊山加里東地向斜褶皺帶單元的一部分。地史上各期構造運動對本區均有影響，其中以加里東期和燕山期運動較為明顯。隧道范圍內未發現明顯地質構造痕跡。

1.4 水文地質條件

垂直隧道洞身發育有多條沖溝，一般為季節性流水沖溝，水量小，主要為大氣降水及基巖裂隙水側向補給，實測流量22.60 m3/d。取樣分析水質極差，礦化度為41.7 g/L，其中氯鹽為8088.3 mg/L，硫酸鹽為18940.2 mg/L，鎂鹽為1360.2 mg/L，對混凝土均具侵蝕性，環境作用等級分別為L3、H4、H2。

隧道洞身基巖風化裂隙較發育—發育，但連通性差，主要分布于淺層，不利于地下水富集。采用降水入滲法預測該段隧道正常涌水量729.09 m3/d，可能出現的最大涌水量2187.27 m3/d。

地下水對本隧道起著至關重要的作用，巖鹽及漬巖在沒有地下水參與的情況下跟普通巖土一樣，完全可以作為基礎持力層。但本隧道處地下水水位隨季節變化而變化，地下水水位的上升或下降，會使巖鹽及鹽漬巖中的易溶鹽溶解，進而形成孔隙、孔洞，危及隧道安全。因此，在巖鹽及鹽漬巖地層中修建地下工程最重要的是要做好防、排水措施。

1.5 特殊巖土

泥巖為膨脹巖，浸水易軟化、膨脹，曝露易干縮、開裂；石膏巖在水的作用下極易發生溶蝕及軟化，同時伴生的生石膏可發生膨脹；芒硝遇水易溶解，在水流作用下溶蝕形成孔隙、孔洞等。

2 西寧隧道防排水設計

2.1 設計原則

隧道防排水遵循“防、排、截、堵結合，因地制宜，綜合治理”的原則，采取切實可靠的措施，達到防水可靠、排水通暢、經濟合理的目的。

2.2 洞內防排水

（1）全隧道設置雙側水溝及矩形中心水溝排水。隧道進出口兩端各500 m范圍設置雙側蓋板保溫側溝及中心保溫水溝，蓋板間夾保溫材料，蘭州端及烏魯木齊端洞口外均設深埋保溫暗管，保溫暗管埋置深度應在最大凍結深度線以下，采用端墻式保溫出水口排水，出水口縱坡不小于2%，其中進口端排水應與站場排水統籌考慮。

（2）復合襯砌初期支護變形基本穩定并經驗收合格后，在初期支護與二次襯砌之間（拱墻背后）鋪設1.5 mmEVA防水板，內襯無紡布（密度不小于400 g/m2）要求采用無釘鋪設，搭接縫為雙焊縫。防水板搭接處應與施工縫錯開布置，錯開距離不小于50 cm。

（3）止水帶設計：環向施工縫采用中埋橡膠止水帶+外貼止水帶的復合防水構造；縱向施工縫采用中埋鋼邊橡膠止水帶+外貼止水帶的復合防水構造；變形縫采用中埋橡膠止水帶+外貼止水帶+嵌縫材料的復合防水構造。

（4）隧道防水應充分利用混凝土襯砌結構的自防水能力，混凝土襯砌抗滲等級不得低于P12，隧道襯砌混凝土應連續澆筑、拱圈、仰拱、底板不得留縱向施工縫。

（5）拱墻環向、墻腳縱向設盲管，于邊墻進水孔、洞內排水溝一起組成完整的排水系統。環向盲管與縱向盲管連接，縱向盲管與邊墻進水孔連接，邊墻進水孔與洞內排水溝連接。環向盲溝間距6～12 m。隧道洞內防排水設計詳見圖2。

2.3 洞外防排水

（1）進口根據地形并結合既有排水設施設置洞頂截水溝，出口邊仰坡開挖線意外5～10 m設置截水溝，以攔截地表水。

3 結語

西寧隧道整個洞身貫穿于鹽巖及鹽漬巖地層中，鑒于該套地層的獨特性質，應從以下幾方面引起重視。

（1）施工中應加強施工用水管理，采取短開挖、弱爆破、早封閉，并加強監控量測，開挖后應及時封閉暴露的巖體，盡快使初期支護封閉成環。

（2）地下水水位會隨季節變化而變化，因此，地下水水位在上升及下降過程中會使地層結構中的易溶鹽溶解，形成孔隙、孔洞，造成地層結構的破壞。施工時須密切注意，如有孔隙、孔洞應及時注漿封閉，以免危害隧道安全。

參考文獻

[1] TB10038-2012，鐵路工程特殊巖土勘察規程[S].

[2] 鐵道部第一勘測設計院.鐵路工程地質手冊[M].北京：中國鐵道出版社，2002.

The First Railway Survey and Design Insitute，The Manual of Railroad Engineering Geology[M].Beijing：China Railway Publishing House，2002.