肯尼亞蒙內標準軌鐵路主要工程地質問題及對策分析

儲文靜

(鐵道第三勘察設計院集團有限公司，天津　300142)

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肯尼亞蒙內標準軌鐵路主要工程地質問題及對策分析

儲文靜

(鐵道第三勘察設計院集團有限公司，天津300142)

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

CHU Wenjing

摘要通過資料搜集，地質調繪、勘探、物探以及室內土工試驗，綜合分析肯尼亞蒙巴薩至內羅畢標準軌鐵路沿線的工程地質特征及水文地質條件，指出沿線主要不良地質主要有人為坑洞、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。針對沿線的工程地質問題，提出合理的工程處理措施意見，為設計、施工提供參考。

關鍵詞鐵路工程不良地質特殊巖土黑棉土

1工程概況

肯尼亞蒙巴薩至內羅畢新建標準軌鐵路項目位于肯尼亞境內，呈東南至西北走向，從港口蒙巴薩至首都內羅畢依次經過海岸省、東部省、內羅畢特區，是連接港口城市蒙巴薩和首都內羅畢的標準軌鐵路，全長471.874 km。鐵路起點蒙巴薩市位于肯尼亞東南沿海的蒙巴薩島。蒙巴薩島瀕臨印度洋西側，是東非最大的港口之一；終點內羅畢是肯尼亞的政治、經濟、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等重要經濟據點及Tsavo國家公園。

線路所經區域高差起伏較大，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、侵蝕平原區、高平原區、巖熔流區、低中山區和高原區，沿線大部分位于無人區，交通不便，地表以草地、灌木、荊棘樹為主。

2工程地質及水文地質特征

沿線地層的分布受地質構造單元的控制，分布有沉積巖、變質巖、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、火山堆積成因為主，主要地層有黏土(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和高原區。侏羅系以頁巖為主，分布于蒙巴薩近海丘陵區，三疊系以砂巖、泥質砂巖為主，主要分布于蒙巴薩端侵蝕平原區；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、中低山區以及高平原區。

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，其他溝谷多受季節性降雨影響，為季節性河流。由于當地貧窮落后，居民用水多來自過濾的河水或收集的雨水，尤其在Kima-Konza地區，由于常年缺乏地表水，多修建許多水壩來滿足農場用水。僅蒙巴薩近海丘陵區以及富含石膏層的段落地下水、地表水對混凝土結構具弱—中等侵蝕性。

3特殊巖土及不良地質

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，正常狀態下堅硬，裂隙多，強度高，雨水浸泡后迅速軟化，強度低，俗稱黑棉土，普遍分布于內羅畢端高原區地表，在地勢低洼的凹地，河流兩岸沉積較厚，一般厚度2～5 m，最厚處可達22 m，占全線長度約35%以上。另一類為石膏層，主要分布于內羅畢東南側高原區黑棉土下方，厚度一般1～3 m，呈透鏡體狀分布。第三類為第三系玄武巖、凝灰巖、響巖全風化層，呈黃褐色、褐灰色，主要分布于高原區以及蒙巴薩沿海段。由于肯尼亞國內試驗設備落后，膨脹性試驗項目現場僅進行了自由膨脹率試驗，其Fs值在50%～122%之間，初步判定沿線黑棉土具中—強膨脹性；石膏層Fs值在65%～100%之間，初步判定其具中—強膨脹性；第三系風化巖自由膨脹率為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低洼地段，主要地層為第四系全新統海積粉質黏土、粉土層，厚度一般0.5～2 m，最大約2.5 m，占全線長度約6%。易溶鹽含量為1.00%～1.77%，依據《鐵路工程特殊巖土勘察規程》(TB10038—2012)，沿線鹽漬土主要為亞氯—氯鹽漬土。依據《鐵路混凝土結構耐久性設計規范》(TB10005—2010)及土壤含鹽量分析報告綜合判定：環境土對混凝土結構具硫酸鹽侵蝕性，環境作用等級為H1；具鹽類結晶侵蝕，環境作用等級為Y1～ Y3；具氯鹽侵蝕性，環境作用等級為L1～ 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、淤泥質土為主，黑色、黃褐色，流塑，含少量腐殖質，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。另在高原區低洼處，黑棉土在泉水的浸泡下，土質松軟，強度較低，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算的前提下，可采用換填的方式處理。

3.2不良地質

(1)人為坑洞

線路DK305+500～+600 和DK312+700～DK313+000段附近紅色粉質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。在線位附近有當地居民私自開采現象，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，但規模較小，對線路影響不大。

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段正在開采，開采方式為機械露天剝采，形成寬60～70 m，長數百米的溝槽，深3～5 m，部分積水較深。

(2)斷層

蒙內鐵路整體上構造簡單，通過現場調查、物探以及鉆探，揭示了3處斷層構造，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，東側上盤巖性為侏羅系上統地層，主要地層為頁巖，西側下盤為三疊系地層，主要地層有砂巖、泥質砂巖。DK11+600～+650段正斷層，東側上盤巖性為三疊系地層，主要地層有砂巖、泥質砂巖，西側下盤為三疊系地層，主要地層有砂巖。DK74+000處正斷層，東側上盤巖性為三疊系砂巖，西側下盤為太古界片麻巖。斷層構造對線路方案基本不影響，通過斷層段均以低填路基方式通過。

(3)浮石層

巖熔流區地表發育火山噴發后形成的浮石層，主要組成物質玄武巖塊，灰黑色、灰色，厚度一般為1～8 m，浮石層呈松散狀，結構不穩定，當地用它來做既有鐵路道砟及新建公路的填料，但每一塊浮石強度不同，氣孔數量及大小對其影響較大，修建鐵路用其做AB組填料時還需做進一步的試驗測試。

(4)蟻穴

蒙內鐵路沿線野生動物頗多，其中蟻穴隨處可見，一般呈鼓丘狀，多孔，質地較硬，底徑0.5～3 m，高1～3 m，見過最高的達8 m，底部寬約20 m。蟻穴下部基底結構相對疏松，應翻挖換填。

4結論

通過搜集區域地質資料和利用綜合地質勘察手段，分析得出肯尼亞蒙內鐵路全線沒有滑坡、巖熔、泥石流等重大不良地質和災害性地質現象，整體上全線工程地質條件較好，地質不控制方案的選擇。但是還需在下列幾個方面引起注意和重視：

(1)沿線黑棉土遇水膨脹，強度降低，易引起邊坡及基礎失穩、基床翻漿冒泥等工程地質病害，對車站、路基影響較大，在路塹邊坡開挖、路堤填筑過程中，應加強地表防排水，進行邊坡穩定性驗算、路堤沉降驗算。淺層分布的清除即可，厚度較大時，需換填或采用加固處理措施。填筑施工時應分段快速施工，避免基坑浸泡。

(2)第三系玄武巖、凝灰巖以及響巖風化不均，且全風化厚度較大，橋梁基礎大部分可采用摩擦樁。

(3)在巖熔流區表層分布的浮石層，其氣孔發育，單塊浮石的強度不一，強度與氣孔數量的多小、孔徑的大小以及塊體的大小有關系，用做路基填料時需做進一步的試驗驗證。

(4)太谷界片麻巖球狀風化明顯，且風化較強烈，作橋梁淺基礎時宜進行沉降驗算，且現場應加強風化程度驗證工作。

參考文獻

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中圖分類號：P642

文獻標識碼：B

文章編號：1672-7479(2016)01-0068-03

作者簡介：儲文靜，男，2009年畢業于中南大學地質工程專業，工學碩士，工程師。

收稿日期：2016-01-06