巖鹽地區高速鐵路地質選線研究

溫 宏 偉

(中鐵第四勘查設計院集團有限公司，湖北 武漢 430063)

巖鹽地區高速鐵路地質選線研究

溫 宏 偉

(中鐵第四勘查設計院集團有限公司，湖北 武漢 430063)

以昌吉贛客運專線為例，分析了在可行性研究階段線路局部地質選線時，線路穿越巖鹽礦區時采空區對線路走行方案的決定性作用，指出對于重大不良地質體應堅持繞避原則。

巖鹽地區，高速鐵路，地質選線，采空區，最小安全距離

0 引言

隨著高速鐵路路網的不斷延伸，同時考慮經濟、環保、文物、軍事等相關影響因素，線路走向的選取就變得日益復雜和重要。在技術方面不僅要考慮曲線平順性要求及最小曲線半徑的控制，還要考慮不良地質對線路走向的局部控制。高陡邊坡、長大順層、滑坡、泥石流、采空區等不良地質對線路的局部走向和站場的選址起著控制性的作用。

1 巖鹽地區地質選線原則

我國是資源大國，地下礦產資源豐富，礦產資源由于長期開采，地下空間形成眾多采空區，由于私人開采及早期礦區資料的不完備，造成地下開采巷道及采空區分布不明，這給后期該區域地表構筑物的修建帶來了極大的安全隱患，鐵路選線中對于采空區一直堅持“仔細勘察，合理繞避”的原則。本文以新建鐵路昌吉贛客運專線穿越巖鹽礦礦區時的地質選線為背景，詳述該原則在此類問題地質選線中的合理應用。

2 工程概況

昌吉贛客運專線，起于南昌西，途經吉安至贛州，線路全長約420 km，為350 km/h客專方案。工程位于江西省中南部，線路自南昌市橫崗站引出，沿贛撫平原南下，經吉(安)泰(和)盆地，穿越贛南天湖山，止于贛州市南康站。

2.1 地形地貌

線路位于羅霄山脈東面，武夷山脈西面的贛撫中游河谷階地與丘陵區、贛中南低中山與丘陵區，總的地勢為南高北低，東西兩側向中部贛江傾斜，贛江自南向北穿越其中。

2.2 地層巖性

昌吉贛客運專線線路沿線地層分布較為齊全，除奧陶系、志留系地層外，均有分布，以前元古界(Pt)、震旦系(Z)、寒武系(∈)、白堊系(K)、第三系(E—N)地層、多期次巖漿巖侵入體(γ)、第四系松散沉積層(Q)分布較為廣泛，其余地層零星分布其中。沿線地層巖性較為復雜，前元古界、震旦系、寒武系至中、新生界第三系地層，以陸相和海相的沉積巖碎屑巖為主，巖性一般為凝灰巖、變質砂巖、板巖、千枚巖、砂巖、泥質砂巖、砂礫巖、泥巖、灰巖等以及花崗巖侵入體，大部分為軟質巖層。

2.3 地質構造

清江巖鹽礦床位于清江盆地中央凹陷帶洋湖凹陷內，呈長橢圓狀，走向北東60°，地層產狀平緩，傾角3°～7°，總的構造形態呈一開闊平緩的不對稱向斜。礦區內褶皺平緩、規模小，北東、北北東向斷裂較多，同屬繼承性基底斷裂，將礦床分割為多個階梯狀斷塊。控制著清江盆地及巖鹽礦床的邊界。礦體總儲量約100億t，為江西省最大的巖鹽礦床，主要礦石礦物有巖鹽、鉀鹽、石膏和芒硝等。

清江盆地沉積蓋層，主要由白堊系、下第三系及第四系組成。

分述如下：

1)第四系，層厚約18 m。

2)下第三系臨江組，層厚350.3 m。

3)下第三系清江組，層厚1 139.2 m。礦床主要賦存于清江組一、二段。

4)白堊系上統南雄組，層厚大于1 000 m。

2.4 巖鹽礦區調查

線路穿過采空區范圍內約15 km,前期采用貫通方案(穿越礦區)及滬昆鐵路樟樹并站方案和沿贛江方案為論證方案。擬建線路附近有多家大型企業的規劃開采區及采空區等多個鹽礦規劃開采區域或采空區位。此外該區域分布有多個已關停小鹽礦。

2.5 巖鹽礦采空區形成原因及對鐵路的危害

巖鹽礦開采方法為水溶采礦法,該方法通過鉆井或井巷形成一通道至巖鹽層，然后向可溶巖層注入淡水，與可溶巖相互作用形成含可溶性礦物溶液，然后抽取溶液返回至地面，加工提煉，該工序循環進行開采地下礦物(見圖1)。該方法可分為單井生產和井組生產。地下礦產的開采過程中會在地下形成一定形態和大小的采空區。地下礦層開采形成采空后其上方覆蓋的巖土體將失去支撐，原有的應力平衡狀態將被破壞，致使上方巖層產生移動變形，直到破壞塌落，坍塌連續不斷的發展還會使地表大面積下沉、凹陷甚至形成移動盆地，造成地表建筑物開裂、傾斜甚至破壞。同時，在采用此種方法開采地下礦產時，由于地下礦脈細部走向及傾向的不確定性，造成水蝕礦床形成采空區及邊界的不確定性，并且由于巖鹽礦賦存于地下-837.75 m～-1 021.4 m，現有地球物理探測技術如淺層地震法、測氡法、EH-4、瞬變電磁法等均無法在深度和廣度上做到準確測量，故無法定量確定采空區具體空間形態。

3 選線方案及最小安全距離計算

預可行性研究階段，初步擬定三條線位，分別為貫通方案(穿越礦區)、滬昆鐵路樟樹并站方案和沿贛江方案。初測外業勘查初期，隨著調查的深入和資料收集的日益翔實，主推方案(穿越礦區)未進入各巖鹽礦批復開采區，但是已進入礦區擴界范圍。本文以CK102～CK106線位附近某礦區為例，對線路通過礦區的安全性進行論證。

依據鹽化公司提供相關資料揭示，該礦區開采面積為1.048 1 km2。同時鹽化公司提出在礦段東部進行擴界，將采礦區面積擴大1 km2左右，主推線位與礦區邊界最近距離為783 m。

3.1 最小安全距離的確定

本文根據《鐵路工程地質手冊》確定最小安全距離。

3.1.1 圍護寬度的確定

江西省吉安市新干縣大洋洲鎮境內特大橋區段，根據住房和城鄉建設部、國土資源部、鐵道部關于發布《新建鐵路工程項目建設用地指標》的通知，一般結構橋梁范圍內橋梁用地寬度為橋下設檢查通道一側距線路中心線為7.2 m，雙線鐵路線間距為5 m，參照《建筑物、水體、鐵路及主要井巷鹽柱留設與壓鹽開采規程》第59條要求，每邊另加20 m圍護帶寬度(按國家一級鐵路等級確定)，綜合考慮保護寬度取150 m。

3.1.2 留設礦柱參數(移動角)的確定

礦山開采設計中，根據礦山開采的具體方式和需要保護的建筑物，綜合考慮留設礦柱。因此需要保護的礦柱留設參數，參照鐵道部第一勘測設計院主編的《鐵路工程地質手冊》中提供的鹽礦移動盆地地表移動參數。進行分析整理后，采用參數為φ取40°，δ取55°。

3.1.3 最小安全距離確定

從昌吉贛鐵路客運專線CK102～CK106段壓覆大洋洲鎮勘探區鹽層資源儲量估算圖可知，擬建鐵路CK102～CK106段距離鹽層底板埋深在-837.75 m～-1 021.4 m。

1)留設保護鹽柱計算。

根據所確定的參數，擬建鐵路CK102～CK106段附近安全保護距離計算如下：

該段地面標高約28.6 m，鉆孔揭露松散層厚17 m。

鹽層底板最大埋深為-1 021.4 m，因此基巖厚為1 021.4+28.6-17=1 033 m。

2)該鹽層的安全保護距離。

723.31(基巖水平投影距)+20.26(松散層水平投影距)+150(安全保護帶寬)=893.57 m。

依據計算可知，礦區邊界與線位最近距離小于安全保護距離，同時依據《鐵路運輸安全保護條例》確立的鐵路兩側1 000 m范圍內禁止從事采礦、采石及爆破作業的規定，線位與采空區距離存在安全隱患。

3.2 最小安全距離計算結果

采用此方法對線路附近礦區邊界最小安全距離計算，結果如表1所示。

4 方案比選結果

計算可知，線路采用通過礦區方案時，由于沿線路左右側分布眾多已采或在采礦區，即便從未開采區域通過，仍無法保證安全柱寬度。同時由于鹽業為當地支柱產業，新建鐵路壓覆礦產，勢必會遭到當地企業及職能部門的反對。貫通方案(穿越礦區)方案盡管在線型的平順性、造價的經濟性方面存在優勢，但是綜合考慮，該方案被予以否定。同樣，由于巖鹽礦邊界往西達到贛江西岸，沿贛江方案亦被否定。最終，在可行性研究階段，對滬昆鐵路樟樹并站方案予以優化，采用沿滬昆、京九通道組合方案為推薦方案，采用該方案會增加一定的工程造價及施工難度，但是相對于原方案而言，完全繞避了礦區，避免可采空區的潛伏性危害，同時也避免了對當地經濟產生的影響。

表1 各鹽礦采空區計算最小安全距離及與線位關系 m

5 結語

在全面、翔實的收集、整理、分析已有礦區資料的基礎上，采用定性分析與定量計算相結合的方法進行壓覆礦產資源安全距離論證，確保工程構筑物的安全性和經濟效益的最合理化。

盡管礦區地表目前未出現坍塌及裂縫，但通過類比其他國家類似工程案例，采空區對地表構筑物影響顯著，危害性強。若要在礦區開辟通道通過時，要確保線路左右側的安全距離，同時由于礦區資源緊張，選線期間，在不能共通道的前提下，要確保該通道未被高速公路及高壓輸電線路等設施占用。

對于不良地質體的勘查，堅持“仔細勘察，合理繞避”的原則。目前盡管礦區未出現坍塌及裂縫，同時礦區亦著手建立觀測網監測地表變形情況，避免采空塌陷。但是目前礦區范圍內未采區域所形成通道無法確保線路左右側安全距離。故昌贛客運專線該區段方案對于礦區采取了繞避，線路東移與既有京九線共通道。

[1] 中鐵第一勘察設計院集團有限公司.鐵路工程地質手冊[M].北京：中國鐵道出版社，1999.

[2] 江西省地質礦產勘查開發局九一五探礦工程大隊.中鹽新干鹽化有限公司新干鹽礦擴大采礦范圍儲量地質報告[R].2007.

[3] 江西省地質局水文地質大隊.區域水文地質普查報告新干幅 G-50-(2)[R].1982.

[4] TB 10012-2007/J 124-2007，鐵路工程地質勘查規范[S].

[5] TB 10027-2012/J 1407-2012，鐵路工程不良地質勘察規程[S].

Research on high speed railway geological line selection of rock salt area

WEN Hong-wei

(China Railway Fourth Survey and Design Institute Group Limited Company, Wuhan 430063, China)

Taking the Chang-Ji-Gan passenger dedicated line as an example, this paper analyzed the decisive role of gob to lines run scheme in lines across the salt mine area, line local geological route selection in feasibility study stage, pointed out that for major adverse geological body should adhere to the avoidance principle.

rock salt area, high speed railway, geological line selection, gob, minimum safety distance

1009-6825(2014)31-0158-03

2014-08-29

溫宏偉(1981- )，男，工程師

U212.32

A