1 概况 $SzCVWS
浙赣线时速200km/h电化提速改造工程全长914.146km,自2003年10月开始勘测设计,目前全线已经开通运营。全线可溶岩地段累计长约150.775km,约占全线的17%,其中改建地段长97.626km,非改建地段长53.149 km(含铁四院负责南昌局利用既有线未提速地段38.908 km)。覆盖型岩溶地段主要分布于浙西的江山、赣东的上饶地区、南昌附近、分宜至萍乡和湘东的醴陵地区。 V$<G)dwUG5
浙赣线岩溶路基整治设计施工图于2005年5月前全部交付,对覆盖层厚度小于15m(个别地段20m)的岩溶路基新建地段进行了整治,累计长度35.8km,极易发生岩溶塌陷的重点地段已经基本消除。但受本线所处的地理位置和气候条件、环境地质条件、以及沿线经济发达,人口稠密、大量抽取地下水等诸多因素的影响,促使覆盖型岩溶塌陷不断地产生和发展,路基塌陷多次发生。提速200km/h后,线路稳定性至关重要,需要对全线的岩溶进行全面复查并相应调整设计原则,提高设计标准。 kbYg4t]FH
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2 岩溶路基塌陷机理 G0QXf
岩溶是指可溶性岩石受水体以化学溶蚀为主,机械侵蚀和崩塌为辅的地质营力综合作用,以及由此所产生的地质现象的统称。 ]jVSsSv
2.1 岩溶发育的基本条件 aE\BAbD7
岩石的可溶性、透水性和水中的CO2含量和流动性是岩溶发育的基本条件,此外地形地貌、气候、生物土壤等自然条件也影响着岩溶的发育。 *:T>~ilF
1、岩溶的可溶性和透水性 "YzTMKu
可溶性岩石是岩溶发育的物质条件,按化学成分和矿物成分可分为碳酸盐类(石灰岩、白云岩)、硫酸盐类(石膏、盲硝)、卤盐类(石岩、钾岩)等三种类型,其中后两者一般不普遍,岩溶发育也不典型。碳酸盐类分布广泛,我国出露的碳酸盐系面积约占领土的13%。浙赣线的可溶岩基本为石灰岩,其主要成分为方解石(CaCO3)。 Sq|1f?_gU
岩石的透水性取决于岩石中的孔隙和裂隙发育程度,常采用孔隙度来表示: gZ"{{#:}
孔隙度(%)= ×100% X;6r$
2、岩溶水的溶蚀作用 |5IY`;+9
水对石灰岩的溶解过程一般分如下四个阶段: <,pLW~2-"
(1)碳酸钙溶解于水,生成Ca2+和CO32-离子; "h^#<bPN
(2)溶解于水的CO2与水起反应:溶解于水的CO2有两种形式,一种为物理态,一种为与水结合成碳酸的化学态。后者在水中电离成H+和HCO3-离子。其中H+与第一阶段形成的CO32-离子结合生成HCO3-离子,使第一阶段碳酸钙的溶解平衡被破坏,引起碳酸钙的不断溶解; 2 Z`$
(3)水中物理态和化学态的CO2之间也有一个平衡关系。由于第二阶段的作用,化学态的CO2不断与水化合,生成碳酸,因此其平衡也被破坏,使物理态的CO2与水化合,转化成化学态的CO2,成为新的碳酸; "56?/ jF
(4)由于水中CO2含量与外界CO2也有一个平衡关系,水中CO2含量的减少使平衡受到破坏,必然要吸收外界的CO2使水中的CO2达到新的平衡。 R;E"Qdt
可见以看出,石灰岩的溶蚀作用是化学作用中的平衡锁链发生关系,其中一个环节失去平衡,就影响到其他平衡系统的平衡,石灰岩的溶解决定于CO2扩散进入水中的速度。浙赣线降雨量较大,且地表水下渗作用强烈,岩溶水运动交替快,这就使水中CO2含量一直较大;同时雨水在通过植被腐植层和富含有机质的土壤时,使水中碳酸和有机酸含量明显增加;两者使侵蚀作用明显增强。因此,浙赣线大多数地段岩溶发育强烈。 RpXs3=9
2.2 岩溶发育的一般规律 oiv2rOFu
1、岩性 /GuSIZg"_
一般情况下,岩溶化最强的为灰岩,其次为白云质灰岩和白云岩,再次为泥质灰岩。从碳酸盐的结构来说,一般晶粒愈粗,溶解度愈大,岩溶发育也就愈强烈; (L0hS'
2、地质构造 ah/6;,T
岩层产状为水平或缓倾时,地下水以水平运动为主,岩溶形态也主要为水平溶洞;岩层倾斜较陡时,地表水多沿层理下渗,地下水运动也较强烈。岩溶发育方向主要受岩层层面的控制; }C{}oLz
断裂构造为地下水活动和岩溶作用提供了极为有利的条件,岩溶常沿着断裂破碎带发育; CoUd16*"JM
当可溶岩与非可溶岩接触时,其接触面附近岩溶发育; (C l`+ V
3、岩溶发育的垂直分带性 C*s0r;
岩溶发育的垂直分带性取决于可溶岩地区水文地质的垂直分带,一般在岩性单一的可溶岩中,地下水具有四个垂直分带:垂直渗流带(包气带)、季节交替带(季节变动带)、水平径流带(完全饱和带)、深部缓流带(深循环带)。对应于地下水的垂直分布,岩溶发育程度也不同,其中在季节变动带岩溶发育最强烈; Iwt2}E(e
4、溶蚀基准面 K"k"ml<4E
在岩溶发育地区,河流的侵蚀基准面在相当程度上控制着岩溶的发育。岩溶的溶蚀基准面(即岩溶作用的下限)一般与河流的侵蚀基准面相一致,但有时受岩性及构造的控制,大大高于或低于与河流的侵蚀基准面。