哀牢山工程地質(zhì)問題及對(duì)策

哀牢山工程地質(zhì)問題及對(duì)策劉偉【摘要】哀牢山地區(qū)工程地質(zhì)及水文地質(zhì)條件十分復(fù)雜:構(gòu)造運(yùn)動(dòng)、斜坡地形、水文地質(zhì)條件、地層巖性及高地?zé)岙惓?、高地?yīng)力的作用等”兩高”、”四復(fù)雜”，使哀牢山地區(qū)的工程地質(zhì)條件十分困難.對(duì)工程方案及工程措施提出改進(jìn)建議，確保穿越哀牢山區(qū)鐵路等線狀工程方案合理、措施得當(dāng).【期刊名稱】《云南地質(zhì)》【年(卷)，期】2010(029)004【總頁數(shù)】4頁(P463-466)【關(guān)鍵詞】復(fù)雜地質(zhì)條件;構(gòu)造運(yùn)動(dòng);高地應(yīng)力作用;工程地質(zhì)難點(diǎn);云南哀牢山地區(qū)【作者】劉偉【作者單位】中鐵二院昆明勘察設(shè)計(jì)研究院有限責(zé)任公司，云南，昆明,650200【正文語種】中文【中圖分類】P642云嶺南延支脈哀牢山，北始于大理州南部彌渡附近，南止于紅河州南部金平一帶，包括南澗、景東、墨江、元江、元陽、金平等縣。既是元江與阿墨江分水嶺、云貴高原和橫斷山脈兩大地貌區(qū)的分界線，又為云貴高原氣候的分界。哀牢山作為一道天然屏障橫垣于云南中部與西南部之間，阻隔作用明顯。2003年底元磨(元江至磨黑)高速公路通車之前，穿過哀牢山的公路國道323線、省道214線和省道218線，都以路基工程為主沿溝槽或展線通過哀牢山。而元磨高速公路則修建了大風(fēng)埡口隧道(L—4100)及元江特大橋(L—768)等重點(diǎn)工程穿越哀牢山。擬建的玉磨鐵路(玉溪至磨憨)速度不低于160km/h，坡度13%。~24%。，過哀牢山將出現(xiàn)10km~30km的特長隧道。1哀牢山地理地質(zhì)條件1.1地形地貌哀牢山地處云貴高原西部，屬高中山地貌區(qū)，N35°~65°W延展，長約500km,寬10km~50km，北西向南東逐漸變寬，呈一〃帚”狀。地形起伏大，海拔600m-3166m以上。最低點(diǎn)為元江峽谷，3000m以上山峰有9座，最高點(diǎn)為大雪鍋山主峰。自然坡度一般20。~50。°哀牢山東部沿紅河斷裂帶下切較陡，相對(duì)高差大;西坡則較平緩。哀牢山形成于燕山期。喜馬拉雅期地面大規(guī)模抬升，河流急劇下切，形成深切割的山地地貌，地勢險(xiǎn)峻，山高谷深。氣候垂直分帶明顯，從下至上依次為南亞熱帶、中亞熱帶、北亞熱帶、暖溫帶、溫帶、寒溫帶立體氣候。受哀牢山阻擋，哀牢山以西、以南降水多于東部，氣溫較同緯度、同海拔的東部高，冬季寒潮入侵次數(shù)也較東部少。聯(lián)合國在此建立〃人與生物圈”定位觀察點(diǎn)，國家級(jí)自然保護(hù)區(qū)認(rèn)為是世界同緯度生物多樣化、同類型植物群落保留最完整的地區(qū)。1.2地層巖性哀牢山為一典型的陸內(nèi)造山帶，從北東至南西劃分為造山帶的內(nèi)帶、夕卜帶及前陸盆地三大部分，之間均被大型韌性剪切帶所分割。哀牢山群主體地層，是哀牢山造山內(nèi)帶主要組成部分，由一套變質(zhì)程度達(dá)低角閃巖相一高角閃巖相的變質(zhì)巖組成，沿哀牢山中部及東部分布，巖石組合為黑云母斜長片麻巖、斜長片麻巖、石英黑云母片麻巖、混合斜長片麻巖、角閃巖及混合巖等。哀牢山造山內(nèi)帶的西側(cè)為大河邊巖組，黑云母斜長變粒巖、斜長淺粒巖、黑云母石英片巖、千枚巖及少量斜長角閃巖。哀牢山西坡則以沉積巖為主，為志留系、泥盆系、二疊系、三疊系及侏羅系等以碎屑巖為主夾灰?guī)r、泥灰?guī)r的地層，局部夾片巖、板巖及千枚巖等變質(zhì)巖，沿哀牢山西坡坡腳元江河谷局部發(fā)育了以礫巖、砂巖為主，夾煤層的新近系?；鸪蓭r以脈狀、帶狀沿構(gòu)造線及層間侵入哀牢山群變質(zhì)巖帶中及沉積巖層中，主要為燕山期花崗巖、石英斑巖及超基性侵入巖，少量華力西期基性巖。1.3地質(zhì)構(gòu)造及造山運(yùn)動(dòng)哀牢山處于印支地塊北東側(cè)邊緣，為楊子地塊與印支地塊的接觸地帶。強(qiáng)烈的造山活動(dòng)始于晚二疊世的揚(yáng)子陸塊被動(dòng)邊緣裂谷環(huán)境，印支期經(jīng)過陸內(nèi)俯沖、主期碰撞造山，后又遭受喜馬拉雅期造山作用的疊加發(fā)展，形成四次構(gòu)造世代疊加構(gòu)造變形。發(fā)育一系列北西向深大逆沖斷裂和褶皺為主的構(gòu)造格架，以紅河斷裂帶、哀牢山斷裂帶及阿墨江斷裂帶為代表。紅河斷裂是大型走滑斷裂帶，北西一南東向沿禮社江、元江和紅河延伸，全長約1000km。第三紀(jì)以來，經(jīng)歷左旋運(yùn)動(dòng)、右旋運(yùn)動(dòng)以及局部旋轉(zhuǎn)，北端活動(dòng)強(qiáng)烈，南段現(xiàn)今則較為平靜。哀牢山斷裂帶為超殼深斷裂帶，認(rèn)為是早期板塊縫合線。早期俯沖作用可能發(fā)生在晚華力西期，而逆沖一推覆作用則在晚三疊世前的印支期。喜馬拉雅期再次發(fā)生逆沖~推覆作用，最后發(fā)生右旋走滑運(yùn)動(dòng)，沿?cái)嗔褞Т嬖谝幌盗写笮〔坏鹊逆V質(zhì)超鎂質(zhì)巖體組成的巖漿巖帶，并對(duì)古生代一三疊紀(jì)地層具有明顯的控制作用。沿紅河斷裂、哀牢山斷裂帶發(fā)育的下古生界哀牢山群變質(zhì)強(qiáng)烈，有寬達(dá)1km~3km的糜棱巖帶分布。阿墨江斷裂具有巖石圈斷裂性質(zhì)，北西-南東向展布，全長約350km。斷裂帶具有疊瓦狀逆沖構(gòu)造特點(diǎn)，破碎帶擠壓強(qiáng)烈。斷裂最近一期強(qiáng)烈活動(dòng)發(fā)生在第三紀(jì)末一第四紀(jì)初的喜馬拉雅期，第四紀(jì)活動(dòng)明顯減弱。三條斷裂帶從元江一墨江一線向北西具有明顯的擠壓收縮特點(diǎn)，向南東則呈帚狀撒開，表明北西段接受北東一南西向的擠壓強(qiáng)于南東段。通過對(duì)斷裂帶糜棱巖應(yīng)變內(nèi)型的分析，也反映哀牢山斷裂帶存在著復(fù)雜的變形型式和變形歷史。1.4水文地質(zhì)條件哀牢山區(qū)地下水以基巖裂隙水為主，少量為巖溶水，賦存于各種巖石的節(jié)理、裂隙中，水量與巖性、構(gòu)造及地形等關(guān)系密切，局部地形及構(gòu)造有利部位形成地下水富集區(qū)。地下水主要接受大氣降雨量的補(bǔ)給，沿節(jié)理、裂隙及構(gòu)造帶下滲、運(yùn)移后在深切溝槽及低洼地帶排泄，在溝槽中及低洼地帶多有泉水點(diǎn)出露，流量不大，一般為每秒幾升。豐富的降雨有利于地下水補(bǔ)給，深切的溝谷及地形變化有利于地下水的排泄。受巖層走向及構(gòu)造控制，地下水主要從北西向南東方向運(yùn)移、排泄，構(gòu)造有利地帶可經(jīng)深部循環(huán)形成熱泉。通過多條斷裂帶與深部相連及活動(dòng)，導(dǎo)致哀牢山地?zé)岙惓?，是深部?gòu)造的淺部表現(xiàn)形式之一。1.5地震本區(qū)地震活動(dòng)受紅河斷裂及哀牢山斷裂控制。紅河斷裂在喜馬拉雅期的活動(dòng)較強(qiáng)，近代則演變?yōu)楸睆?qiáng)南弱，運(yùn)動(dòng)的主要表現(xiàn)形式為塊體邊界及其內(nèi)部的微震~強(qiáng)震劇烈活動(dòng)。紅河斷裂帶兩側(cè)地體華南地塊和滇西南地塊為兩個(gè)一級(jí)構(gòu)造單元，自公元886年有地震記載以來，兩側(cè)活動(dòng)地塊共發(fā)生M5地震500余次，地震活動(dòng)十分強(qiáng)烈。哀牢山北東側(cè)彌渡一帶地震動(dòng)峰值加速度為0.2g（地震基本裂度㈣度），其他地帶為0.1g和0.15g（地震基本烈度為VD度），整個(gè)哀牢山地震動(dòng)反應(yīng)譜特征周期為0.45s。2哀牢山主要工程地質(zhì)問題2.1復(fù)雜的構(gòu)造運(yùn)動(dòng)長期、多次及性質(zhì)復(fù)雜的造山、構(gòu)造運(yùn)動(dòng)使哀牢山巖體遭受了長期的變質(zhì)、構(gòu)造作用，整體巖體破碎~較破碎。其中，哀牢山北西段因巖體遭受構(gòu)造的擠壓更為強(qiáng)烈，巖體更為破碎，巖體工程性能較差。沿紅河斷裂、哀牢山斷裂帶發(fā)育寬達(dá)1km~3km的韌性剪切帶及糜棱巖帶，工程性能更差。工程穿越哀牢山，不可避免要通過紅河斷裂帶、哀牢山斷裂帶及阿墨江斷裂帶。各斷裂帶第三紀(jì)以來均有較強(qiáng)烈的活動(dòng)，以紅河斷裂活動(dòng)最為強(qiáng)烈，直至第四紀(jì)仍在活動(dòng)，每年的運(yùn)動(dòng)速率可達(dá)7mm，為一條全新世活動(dòng)斷裂。2.2復(fù)雜的斜坡地質(zhì)問題哀牢山脈地形起伏大、沖溝發(fā)育、構(gòu)造復(fù)雜、巖體破碎。區(qū)內(nèi)降雨量豐富，尤以東坡下切最深、坡面最陡、地形變化最大、流向元江的侵蝕溝槽較多，因此各種斜坡地質(zhì)問題比較突出，滑坡、崩塌、泥石流最為發(fā)育?；露酁樾⌒突?，重大或特大型滑坡少，以堆積體型、殘坡積層型、風(fēng)化層型為主，集中發(fā)育于20。~43。坡面。崩塌、滑坡多形成于雨季，并極易轉(zhuǎn)化為坡面及溝槽型泥石流。2002年8月14日云南省新平彝族傣族自治縣水塘、戛灑兩鎮(zhèn)所處的哀牢山上，有3100多處泥石流，百年不遇。線路經(jīng)過的哀牢山坡麓地帶展線，特別是東坡斜坡地帶，極易遭受滑坡、崩塌及泥石流的危害，進(jìn)一步加劇、誘發(fā)斜坡不良地質(zhì)災(zāi)害，容易造成路基被毀埋、橋涵凈空被淤積、隧道進(jìn)出口被破壞。對(duì)路基工程、橋涵工程及隧道進(jìn)出口危害均很大。2.3復(fù)雜的水文地質(zhì)條件哀牢山區(qū)水文地質(zhì)條件較為復(fù)雜。斷裂及褶皺的發(fā)育，巖體節(jié)理裂隙十分發(fā)育，各斷裂帶、褶皺及節(jié)理裂隙均成為地下水富集和運(yùn)移的良好通道。斷裂帶可能成為地下水富集的有利地帶，成為溝通哀牢山北西一南東向地下水的通道。地形起伏大、深切溝槽發(fā)育，有利于地下水排泄，局部構(gòu)造、巖性有利部位易形成地下水的富水地帶，給工程帶來影響。元磨高速公路大風(fēng)埡口特長公路隧道，在通過哀牢山斷裂帶的施工中曾發(fā)生過特大涌水、土石流，形成連通至地表的坍陷區(qū)，對(duì)施工造成了極大危害。2.4復(fù)雜的地層巖性沿哀牢山既有以片麻巖、混合巖、片巖、變粒巖、糜棱巖等為主的變質(zhì)巖，又有以碎屑巖為主夾灰?guī)r、泥灰?guī)r的沉積巖，也有以燕山期侵入的花崗巖、超基性巖為主的火成巖。不同巖性表現(xiàn)出不同工程性能。在可溶巖分布帶及可溶巖與非可溶巖的接觸帶不良地質(zhì)現(xiàn)象和巖溶發(fā)育;變質(zhì)巖帶巖石石質(zhì)軟、成份復(fù)雜，原生及次生節(jié)理、片理等發(fā)育，工程性能較差，特別是沿?cái)嗔褞Х植嫉拿永鈳r帶性能更差;火成巖分布規(guī)律性差，侵入接觸關(guān)系復(fù)雜，具有蝕變帶，工程性質(zhì)也較差。2.5高地?zé)岙惓Ｓ绊懙責(zé)嶙鳛樯畈繕?gòu)造活動(dòng)的地表表現(xiàn)形式之一，簡接反映構(gòu)造活動(dòng)和地下水的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。哀牢山發(fā)育多條深大斷裂，并一直處于活動(dòng)之中，存在多個(gè)地?zé)岙惓^(qū)，易成為深部地?zé)岬幕顒?dòng)通道，地下水在由北西向南東運(yùn)移、循環(huán)過程中，在構(gòu)造及地下水補(bǔ)、徑、排條件合適的地帶易形成地?zé)岢雎饵c(diǎn)（區(qū)），其中以哀牢山中段和南段溫泉分布明顯較多，地?zé)岙惓１容^突出。地?zé)嶙鳛橐环N工程上的不良地質(zhì)，對(duì)長大隧道的施工及運(yùn)營等都不利，施工風(fēng)險(xiǎn)大，甚至無法施工，高溫地?zé)岬拇嬖趯⒅苯佑绊懙椒桨傅倪x擇和成立。2.6高地應(yīng)力作用地應(yīng)力由自重、構(gòu)造、地溫及地球自轉(zhuǎn)等造成。哀牢山處于揚(yáng)子地塊與印支地塊的接觸地帶，經(jīng)歷了多期次構(gòu)造運(yùn)動(dòng)，成為區(qū)域地應(yīng)力集中地帶。特別是在元江一帶形成巨大環(huán)形構(gòu)造，中心地帶應(yīng)為地應(yīng)力的集中區(qū)。構(gòu)造應(yīng)力的主應(yīng)力方向?yàn)楸睎|——南西向，與工程線路走向基本一致，比較有利。但在地應(yīng)力的作用下，容易造成軟質(zhì)巖大變形、硬質(zhì)巖巖爆，施工難度及風(fēng)險(xiǎn)較大，尤對(duì)深埋長大隧道影響最大。3工程方案建議3.1工程地質(zhì)評(píng)價(jià)哀牢山北西段、中段及南東段具有不同的工程地質(zhì)條件。北西段地形起伏最大、構(gòu)造擠壓最強(qiáng)烈、地應(yīng)力最集中，巖體受強(qiáng)烈擠壓破碎，斜坡不良地質(zhì)問題突出，該段工程地質(zhì)條件最差。但該段是哀牢山最窄地段，工程可以最短長度通過哀牢山。中段地形起伏較大，地應(yīng)力集中。特別在元江一帶，因處于環(huán)形構(gòu)造及多組構(gòu)造的交匯區(qū)，地應(yīng)力最集中，并為地?zé)岙惓^(qū)，斜坡不良地質(zhì)發(fā)育。深部地下水運(yùn)移地段，水文地質(zhì)條件復(fù)雜。該段工程地質(zhì)條件較差，應(yīng)選擇合適的位置才能通過哀牢山。南東段地形起伏相對(duì)較小，為哀牢山最寬地帶。該段地應(yīng)力相對(duì)較小，巖體相對(duì)較完整，但地?zé)岙惓｜c(diǎn)較多，穿過的構(gòu)造線較多，且為地下水排泄地帶，水文地質(zhì)條件復(fù)雜，斜坡不良地質(zhì)發(fā)育一般。雖工程地質(zhì)條件相對(duì)較好，但也存在不少工程地質(zhì)問題，需選擇合理通道通過。3.2工程方案及措施建議從哀牢山區(qū)〃兩高”、“四復(fù)雜”的地質(zhì)條件可看出區(qū)內(nèi)復(fù)雜的地質(zhì)條件。穿越哀牢山脈不僅應(yīng)選擇合適的位置、合理的工程方案，還應(yīng)針對(duì)性的采取有效的工程措施，才能確保工程可行及工程安全。根據(jù)哀牢山工程地質(zhì)及水文地質(zhì)條件，穿越哀牢山宜選擇在元江至墨江一線以南的哀牢山中段及偏南的地段通過。穿越哀牢山應(yīng)盡量避免采用深埋長隧道，宜在地形、地質(zhì)有利地帶適當(dāng)展線或出氣，采用中短隧道群通過哀牢山，可大大降低施工難度和風(fēng)險(xiǎn)。隧道應(yīng)避開地?zé)岙惓^(qū)及地應(yīng)力集中區(qū)。穿越各斷裂帶，特別是活動(dòng)斷裂帶，應(yīng)以路基工程為主。在無法采用路基工程時(shí)，應(yīng)以隧道工程為主。從汶川大震震害調(diào)查情況來看，地震工程對(duì)隧道的破壞相對(duì)較小，避免以橋梁工程穿越活動(dòng)斷裂帶。⑶哀牢山東坡坡面較陡、沖溝發(fā)育，各種斜坡不良地質(zhì)作用突出。線路宜避免在東坡上大段展線通過。隧道進(jìn)口避免從溝邊進(jìn)洞，橋涵凈空應(yīng)加大，路基應(yīng)加強(qiáng)坡面防護(hù)及排水措施。地?zé)釋?duì)長大隧道影響很大。隧道如穿越地?zé)岙惓^(qū)，將造成施工條件差、措施費(fèi)用高、甚至目前技術(shù)條件難以施工的情況，可直接影響到方案的成立。因此隧道工程需尋找低溫地帶通過哀牢山。如果工程以越嶺深埋長隧道穿越哀牢山，地應(yīng)力對(duì)隧道工程的影響比較大。該區(qū)以軟質(zhì)巖為主，高地應(yīng)力易造成巖體大變形，使施工開挖困難、襯砌開裂變形、洞壁侵限、工程措施費(fèi)用大大增加等。應(yīng)將長隧道選擇在地應(yīng)力值相對(duì)較小、變化不大、相對(duì)穩(wěn)定的〃安全島”地段通過。隧道方向應(yīng)選擇在最大水平主應(yīng)力方向上，并選擇合適的斷面形式及合理的施工程序。參考文獻(xiàn)【相關(guān)文獻(xiàn)】[1]方向池.元磨高速公路工程地質(zhì)條件與路線方案[J].云南交通科技，2000,16