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新建铁路格尔木至库尔勒线(新疆段)工程地质勘察

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获奖年度2023

专业分类工程勘察

获奖等级一等奖

设计单位新疆铁道勘察设计院有限公司

设计人员胡鸣明、刘新元、袁勇涛、邹波、魏永杰、段青龙、罗新文、祁延录、李景贤、赵加海、谢德江、丁录胜、朱文斌、刘亚兵、何开录、蒋繁、魏军、杨岁军、王怀军、李文杰

项目简介

新建格尔木至库尔勒铁路是连接青海省海西蒙古族藏族自治州格尔木市和新疆维吾尔自治区巴音郭楞蒙古自治州首府库尔勒市的一条铁路。格库铁路沿途经过乌图美仁、花土沟、若羌、尉犁等地,穿越海拔3900m的阿尔金山。线路全长1214公里,其中新疆段正线全长708.18公里,疏解联络线长度15.67公里。

格库铁路按国铁I级、客货共线、单线、电气化标准建设,设计速度 120km/h(塔里木盆地预留160km/h条件)。新疆段共设特大桥22座,大中桥165座,桥梁总长81公里;共设隧道16座,总长39.961公里,桥隧比17.1%。近期新设车站19处、扩建区段站1处,生产生活房屋建筑面积18.9m2。新疆段初步设计批复概算231亿元。

  格库铁路新疆段穿越阿尔金山越岭高寒高海拔区、长大段落山前洪积扇和戈壁漫流区以及塔里木盆地风沙区,地质环境复杂多变。

一、项目特点及主要工程问题、难点

格库铁路所经地区自然条件恶劣,面临着风沙危害严重、山区地质构造复杂、生态环境脆弱三大工程难题。

(一)风沙危害极为严重

格库铁路新疆段全长708km,线路沿阿尔金山山前洪积平原进入塔里木河流域,在塔克拉玛干沙漠和库鲁克沙漠中间通过。沿途风能高,风沙地貌类型复杂多样,沙源丰富,沿线遭受风沙危害路段约占线路全长的60%以上,风沙危害极为严重。风沙地质条件是本线线路选择的关键因素。

(二)青藏高原北缘,区域重大断裂复杂

铁路穿越阿尔金山,青藏高原形成过程中的地壳新构造运动,向北传递影响到新疆地区,尤其是与塔里木盆地相接触的阿尔金山地带,其现代地貌景观的形成,便是该构造作用的结果。青藏构造块体在强烈抬升的同时,内部物质也东移,其间形成一系列的走滑或逆走滑大断裂,形成了阿尔金山断隆。如阿尔金山北缘断裂,其位置、性质等对选线和工程设置均存在重大影响,需具体查明。

(三)生态环境脆弱、勘察环保要求高

格库铁路连接青海与新疆,贯通柴达木盆地和塔里木盆地,沿线极度干旱,植被覆盖少,生态环境极其脆弱。格库铁路新疆段的控制性工程分别为长13.195km的阿尔金山特长隧道以及长24.558km的台特玛湖特大桥,其分别位于阿尔金山自然保护区和台特玛湖湖区。区内工程地质勘察环保要求严格。

二、成果的先进性、实施效果

(一)采用风沙监测、数值模拟及新一代遥感技术查明风沙分布特征

1.勘察阶段在铁路沿线选择代表性地段设置11处风沙监测站,同时充分收集沿线国家气象站多年气象参数,结合现场观测及数值模拟,确定起沙风速、近地面风向组合等风力空间分布特征。

2.采用多时相高分影像、建立风沙气象观测站相结合的手段,确定沙丘移动方向和移动速度,估算沿线年最大输沙量。

3.采用第三代遥感解译技术、无人机航拍,结合地面调查的“空天地”一体化综合勘察手段,准确划分沿线风沙危害程度。 风沙分布特征的查明给铁路选线和风沙防护提供了可靠的依据。

(二)创新手段查明巨型断裂特征

1.开展了航空测量、地质调绘、物探综合勘察,查明了构造分布特征

阿尔金山地区自然条件恶劣,地质条件极其复杂。在勘察中,通过卫星影像资料、物探成果分析,结合现场地质调查的成果,可以判定阿尔金山北缘断裂为板块构造运动形成的一巨型断裂带,位于两地块的结合部位,因断带物质受山前剥蚀、搬运、沉积,其主断裂面主要位于第四系覆盖层下,为山前隐伏断裂。

2.采用AMT和测氡法综合物探,查明了巨型活动断裂的基本性质及支断裂分布

1)测氡法 氡是铀系天然放射性衰变系列中的气态放射性核素,是一种惰性气体,氡自身具有很强的向上运移能力,由于氡主要来自地下,地质构造断裂、地下裂缝等会给氡提供良好的通道,在断裂、裂缝附近会出现异常。根据这一特性,对土壤中氡的测量可实现活动性断裂所形成的地裂缝的测量。

2)采用音频大地电磁法(AMT)与测氡法的综合物探,结合线路走向,共布置6条物探剖面,完成探测剖面长度共9550m,探测深度达到地表下1000~1200m。从垂直线路方向的典型断面来看,沿剖面方向电阻率的分布呈现为浅部、深部为高阻,中部断层区域呈现为低阻的特征。以此来推测划分,断层发育区电阻率ρ在 0 ~ 500Ω?m范围, 靠山侧浅部及底部推测为蓟县系或更老高阻地层,电阻率为:500 ~ 3000Ω?m。同时,断面在山前断裂位置向远处测点浅部区域均有高阻-低阻-高阻-低阻呈香肠状的异常特征,结合测氡曲线分析,物探推测此段区域由于山前断裂构造影响形成的断裂带及影响带,带内蓟县系片岩夹大理岩节理裂隙发育或局部支断层岩体破碎所致。

采用AMT和测氡法综合物探,结合详细的地质调查,查明该断裂带位于两大微地块的边界,阿尔金山北缘山脚下,为一区域性构造断裂带,主断层宽30~200m,倾角40°~80°,倾向南,为一逆冲断层,影响带宽度为1000~3000m,规模巨大。准确查明该断裂带的以上特征,为铁路工程选线和工程设置提供重要参考。

(三)环保理念贯穿整个勘察过程

勘察过程中始终将“绿色钻探”贯穿项目实施全过程,在保护区内施钻前,科学编制施工方案,创新钻探工艺,确保在安全环保的前提下开展钻探作业。尤其在台特玛湖特大桥678个钻孔的钻进过程中全程采用无毒无害、可自然降解的处理剂配制无固相或低固相的优质钻井液,同时加强钻井液现场使用管理,做好施工中防渗、防漏、护壁及净化处理,防止钻井液对湖水及地下造成污染。钻探完成后对现场污染物、废浆、废液进行处理,最大限度减少对生态环境的扰动。