山东山高速公路阴山区山阴平鲁段公路工程地质环境与评价

山东山高速公路阴山区山阴平鲁段公路工程地质环境与评价

1小沟西至巷道梁山阴-平鲁高速公路是威海-武海公路的一部分。其中，a线以东为大云公路（山阴县的上小沟），西至二郎梁，全长124.350公里。d线以东为大云公路（山阴县的贺家宝以东），西至大沟东南1500米处，与a线相连，全长81.04公里。h线以东为朔城区小平沟以北1000米的mak202和935米，经朔城区刘家口、平鲁区白塘子、康家窑连接，全长24.765公里。1.1河流水文、径流分布特点路线走廊带大致以李家窑-安荣-小平易一线为界,西北部为晋北黄土高原,东南部则为大同断陷盆地,由5个工程地貌单元组成,即山岭区、重丘区、微丘区、洪积倾斜平原区和冲湖积平原区。平均海拔在1800~1100m之间,整体上呈现北高南低、西高东低趋势。冲湖积平原区、洪积倾斜平原区一般平坦开阔,沟谷稀少;重丘区相对高差较大,沟谷众多,切割较强烈(表1)。沿线河流属于海河水系,包括桑干河和恢河,均发源于宁武县管涔山天池或管涔山北麓。除支流大沙沟上游多为地下潜流外,其余河流一般地表常年有水,水流急缓不等,河谷切割不一,落差中等,各河流的径流分布趋势与降水量分布趋势大体一致。路线走廊带均在50a一遇的洪水(水深3.0m)水位线以上(≥2m)。路线经过地区,由于海拔高差相对不大,气候差异不十分明显。冬季寒冷干燥,夏季多雨,春温高于秋温。年均降水量(1956~1997年)414.4mm,年最大降水量(1964)705.1mm,年最小降水量(1965)195.6mm。冰冻期一般在每年的11月份至次年的3月份,冻土厚度一般在1.00m左右,最大冻深(1957)达1.25m。1.2地震冲积相空间分布路线走廊带横跨云岗块坳、偏关—神池块坪、桑干河新裂陷3个三级构造单元。地质构造较简单单一,多为古老构造。如:平鲁向斜、黑驼山断裂、山阴南—大营断裂等。新构造运动主要表现为形成桑干河新裂陷。路线经过区属于典型的板内构造地震区(即新裂陷展布区),强度大、震源浅,多为主震余震型。其地震动反应谱特征周期在0.40~0.45s内,地震动峰值加速度在0.10~0.15g之内,相当于地震烈度的Ⅶ度区。地震的发生多与控制新裂陷边界的断裂活动有关。沿线地层以古生界碳酸盐岩和沉积碎屑岩为主;岩浆岩不发育,仅有零星展布。第四系黄土广泛分布,其中马兰组以黄色亚粘土为主,具有大孔隙,垂直节理发育;峙峪组以河流相为主,二元结构明显,下部以砂砾石层夹砂层透镜体为主,上部以黄色亚粘土为主。地下水以碳酸盐类溶裂隙水、松散岩类孔隙水、黄土丘陵孔隙水、碎屑岩类孔隙水为主。走廊带岩土工程地质较简单。有坚硬、次坚硬中厚~厚层状碳酸盐岩岩体和硬软相间(互层状)碎屑岩岩体两个岩体类型;风积亚砂土、亚粘土、砾石层,冲洪积亚粘土、亚砂土、砾石层,冲湖积亚粘土、砂砾石层3个土体类型。岩体主要受地层岩性及地质构造控制,而土体则由于同期异相的作用主要受沉积环境、沉积相所制约。2沿线工程的灾害2.1地形地貌分析段山寺东滑坡(H1、H2):位于AK244+490东约50m处,地形呈凸型山体。滑床由奥陶系白云质灰岩、白云岩构成,产状平缓,发育三组节理。滑面为软弱岩层面与节理裂隙面的复合。滑体为奥陶系白云岩、白云质灰岩,产状较陡,倾角多在50°~70°之间。滑坡后缘顶部有一条近于平直的张裂缝(如冲沟状),滑体上未见明显的张裂隙,滑坡滑动方向为由东向西。此滑坡,尤其是H1地形坡度陡,施工中应对滑坡前缘加以处理,以防止诱发滑体滑动,对线路造成危害。太西村南西滑坡(H3):位于AK218+770南西约450m处,地形呈凹型山体。滑床由二叠系砂质泥岩、长石石英杂砂岩以及第三系亚粘土、砂砾构成,岩层近于水平。滑面为构造结构面(构造裂隙面)。滑体为二叠系及第三系,滑体中地层产状紊乱,多形成小褶曲。滑坡后壁陡立,高差16m左右,后缘拉张裂隙发育;滑坡台地错落展布,鼓张裂隙发育;滑坡舌上发育有扇形张裂隙。A线从此滑坡北东部的背相山坡处通过,对路线不会产生危害。2.2阴山山地黄土主要有黄土和盐渍土。黄土广泛分布于路线走廊带内,约占整个线路的50%;盐渍土则主要分布于A线、D线的东部地段。黄土:包括典型黄土(如马兰黄土)和黄土状土(如离石黄土),广泛分布于丘陵、沟谷地带。此类黄土的形成环境和区域水文地质条件不同,其湿陷性呈现出一定的差异。洪积倾斜平原区和微丘区由于地下水位相对较浅,地表切割不强烈,可见落水洞、塌陷坑等微地貌景观,黄土湿陷性中等;重丘区和山岭区虽然地表切割十分强烈,冲沟深陡且密集,但由于地下水位埋深大,其湿陷性则为弱至中等。盐渍土:主要展布于走廊带东部的冲积平原区。地下水位埋藏浅,一般小于2.5m,矿化度较高,地表出现以氯盐渍土和亚氯盐渍土为主要类型的盐化土,具有很大塑性和压缩性。由于溶蚀、盐胀、冻胀、翻浆等,易造成路基强度的降低。2.3地面、地面条件是走廊带最主要的不良地质地段。主要分布于平朔煤矿区刘家口—店坪—峙峪一线以西,康家窑—窝窝会一线以东地段,即A线的AK215+000~AK223+000段和H线的HK211+000~HK226+000段。煤层均产于石炭系太原组(4#煤)或山西组(煤炭志划为二叠系下统)(9#煤、11#煤)地层中。煤层垂直埋深一般在120m左右,最浅的为48.5m,最深的为190m;顶板以泥岩、砂岩为主,较软,地表多被黄土或红色泥岩所覆盖(多数为耕作土层);地面存在不同程度的下陷或开裂现象(图1、表2),局部地段甚至已造成建筑物的破坏,严重影响公路路基的稳定性。其中A线穿越煤矿区6个,4#煤采空区640m,4#和9#煤双层采空区1310m,待采煤区5130m,已勘探未开发煤矿区3160m;H线穿越煤矿区11个,4#煤采空区290m,4#和9#煤双层采空区2030m,9#煤采空区1150m,待采煤矿区7940m,路基保留煤矿区2850m,已勘探未开发煤矿区2170m。3项目的稳定性评价3.1拉张和挤压拼接构造的方向和方式、形成的构造形迹该区大致经历了五台期、五台—吕梁期、晋宁—燕山期、喜玛拉雅期4个构造旋回,每个构造旋回中的拉张和挤压拼合运动的方向和方式、形成的构造形迹都有明显的不同。从五台期裂陷海槽的形成,到燕山期以主体断块上升为主的地壳变动,直至进入白垩纪后,挤压断块运动逐渐减弱,地壳日趋稳定,经历了无数次的拉张、挤压运动,地壳具有明显的结晶基底与盖层双层结构,基本上属于稳定-较稳定区。3.2桥梁桥基、隧道东北部稳定性路线共涉及隧道6个(A线2个,D线4个)、大中型桥梁25座(A线8座,D线10座,H线7座)、深挖路堑地段11处(A线4处,D线7处),其桥基稳定性、隧道硐体稳定性、边坡稳定性详见表3、4、5。3.3d线及b线走廊带依据地形地貌、工程地质环境、不良地质、重要工程量等因素,将路线走廊带基本分为稳定路段、基本稳定路段、次稳定路段和不稳定路段(表6)。A线走廊带经过4个稳定性路段。其中稳定路段31.99km(占A线路的25.7%),基本稳定路段56.80km(占A线路的45.7%),次稳定路段18.96km(占A线的15.2%),不稳定路段16.60km(占A线的13.4%)。D线走廊带也经过4个稳定性路段。分别为稳定路段16.90km(占D线的20.8%),基本稳定路段26.10km(占D线的32.1%),次稳定路段17.50km(占D线的21.5%),不稳定路段20.90km(占D线的25.6%)。H线走廊带只经过2个稳定性路段。即基本稳定路段9.765km(占H线的39.4%),不稳定路段15.00km(占H线的60.6%)。4段的选取:a线是优选路线,h线是不稳定路段综上所述,结合表7可知,D线虽然不存在煤矿采空区,但其地形地貌条件十分复杂,重要工程数量多且工程地质条件很差(如冻牛坡隧道西口)。其稳定、基本稳定路段只占52.9%,不稳定路段则占了25.6%;相同路段的A线稳定、基本稳定路段则占81.3.%,不稳定路段只占15.7%。H线与A线相同路段相比,虽然路线较短且弧度小,但其跨越的煤矿区及煤矿采空区均比A线相同路段要大要长。H线基本稳定路段占39.4%,不稳定路段占60.6%;而A线相同路段基本稳定