摘 要: 本文根据广州市轨道交通二、八号线延长线工程初步勘察阶段、江泰路站详细勘察阶段及江泰路站断裂补充勘察中取得的有关断层破碎带资料, 归纳出断层破碎带的各种不同特征, 并根据断层破碎带特征, 较为准确地确定了断层破碎带的具体位置、产状及规模。同时, 根据断层破碎带的特征, 提出了工程施工措施建议, 对断层破碎带范围工程施工具有一定的指导意义。
关键词: 断层破碎带特征; 位置; 产状; 规模; 工程措施建议
 
1 前言
      广州市轨道交通二、八号线延长线工程江泰路站, 车站设计成岛式站台, 为明挖二层单柱二跨钢筋混凝土结构形式, 采用地下连续墙围护,主体基坑深度 16.6m。车站北端设盾构始发井, 里程为 yck902.8～yck914.3, 基坑深约 17.09m, 废水井位置结构底板最大基坑深约 20.59m。据勘察资料显示, 在江泰路站有广三断裂或其次一级断裂 通 过 , 断 层 破 碎 带 位 于 里 程 yck12 +720 ～yck12+755, 揭露破碎带视宽度约 20m。
      为了科学评价断裂对江泰路站施工的影响,必须准确查清断层的位置和断层的产状、破碎带宽度, 并对断裂特征作进一步的研究, 提出工程措施建议。
2 断裂特征主要内容及勘探断层方法
2.1 断裂主要特征
      断裂特征主要包括断裂破碎带的准确位置、断裂的走向、倾向、破碎带的宽度, 受破碎带影响的工程地质条件和水文地质条件的变化情况。
2.2 勘探断层的方法
      目前勘探断层方法较多, 有钻探揭露法, 地球物理勘探法, 地球化学勘探法, 遥感图像解析法等, 每一类勘探方法中又包含了多种勘探手段。由于本次勘探范围较小, 故采用钻探揭露法来进一步确定该断层的位置、规模和产状, 本方法的优点为直观、经济、时间短。具体方法如下:
      (1) 在初步勘察及详细勘察阶段所确定断层位置布置勘探线, 勘探线与断层走向近垂直, 共布置三条勘探线。然后在每条勘探线上布置两个钻孔, 在断层上盘布置 2 个钻孔, 钻孔位置见图 1。
      (2) 若在钻孔中发现有破碎带, 则再用追踪法向两侧或周边进行追踪勘察, 直至查明破碎带的范围为止。
      (3) 在破碎带范围内进行抽水试验, 并将抽水试验结果与无断层破碎带位置抽水试验结果进行比较。
      (4) 详细调查破碎带两侧地层分布特征及地层的连续性。
      (5) 在断层破碎带内及其上、下方分别采取岩石试样, 作岩石矿物鉴定, 比较各处岩石、矿物的变形、蚀变特征。
      (6) 观察岩芯样本中的裂隙特征, 如裂隙产状、擦痕、挤压镜面、糜棱岩化、断层泥、构造角砾等。
      (7) 测量断层带范围的汞气、氡气浓度, 并与无断层带位置汞气、氡气浓度进行比较。

3 断裂破碎带的特征
3.1 江泰路站场地的构造地质特征
      江泰路站内广三断裂破碎带的地质特征有地层的不连续、断层面的存在、地层及岩体的破碎、多期英安斑岩的侵入、构造角砾岩、构造挤压镜面、擦痕等等。
      ( 1) 地层不连续、断层面明显。在广州市轨道交通二、八号线延长线工程 b 标段初步勘察中, 两处钻孔揭露到岩浆岩, 经岩矿鉴定, 其中在 钻 孔 mbz2 - b045 ～050 ( 里 程 yck11 +396 ～yck12+250) 段的岩石为蚀变流纹质英安斑岩,而在钻孔 mbz2- b063～072 段 ( 属江泰路- 跃进村区间) 的岩石为英安斑岩, 同一套岩浆岩体在近1km 的线路范围内重复出现, 显然系属断裂构造错移所致。
从剖面图 b1- b1' ( 见图 2) 明显看出, k2s1的含砾砂岩的分布是断开的, 与英安斑岩有十分明显的断层接触面。断面南侧 ( 上盘) 为康乐段( k2s1) 棕红色的砂岩、含砾砂岩, 而断面北侧( 下盘) 多为紫红色的英安斑岩或构造破碎带。断面多有铁染或泥质充填, 面上的擦痕显示上盘下降、下盘上升, 具有正断层特征。
      ( 2) 构造角砾岩或构造破碎带: 本场地分布的破碎带有三种类型, 即含砾砂岩 (k2s1) 与英安斑岩 (λπ) 接 触破碎类型、英安斑岩 (λπ) 与粉砂质泥岩、泥灰岩 (k1b2) 接触破碎类型及粉砂质泥岩、泥灰岩 (k1b2) 内部破碎类型。
      ①于康乐段 (k2s1) 砂岩、含砾砂岩与英安斑岩 (λπ) 接触部位形成厚度不一的破碎带 ( 见于mbz3- jt- b1、b9 钻孔) , 破碎带内角砾由含砾砂岩、砂岩及英安斑岩组成, 角砾大小混杂, 泥质充填, 普遍发育近直立的接触面 (见图 3) , 接触面附近多有泥质充填, 部分砂岩角砾与英安斑岩角砾成条带状相互穿插或已无清晰界限。
      ②英安斑岩 ( λπ) 与广钢段 ( k1b2) 泥质粉砂岩、泥灰岩接触部位形成较厚的破碎带。破碎带上部角砾一般以紫红色的英安斑岩为主, 夹少量的泥质粉砂岩、泥灰岩角砾; 下部角砾一般以泥质粉砂岩为主, 发育构造挤压镜面, 局部夹有英安斑岩角砾或其底部夹英安斑岩细脉。
      ③英安斑岩 (λπ) 内的破碎带, 表现为角砾状英安斑岩, 在 mbz3-jt-b1 孔内夹有石英质圆砾,说明断裂也把附近的含砾砂岩的的成分带进其中。
      ④广钢段 (k1b2) 泥质粉砂岩、泥灰岩内部形成的构造角砾岩, 角砾大小混杂, 成分单一, 角砾及充填物已胶结, 具构造挤压镜面。

      (3)破碎带及其附近有多期的英安斑岩出露: 二期的灰黄色英安斑岩分布于埋深 9.60～11.30m处, 其下 ( 埋深 11.30～12.60m) 又见早期的英安斑岩成脉状分布。经岩矿鉴定, 其中在初勘钻孔mbz2- b045～050 的岩石为蚀变流纹质英安斑岩,而在钻孔 mbz2- b063～072 段 ( 属江泰路～跃进村区间) 的岩石为英安斑岩。

      ( 4) 断层上、下盘岩体完整性差别极大: 上盘的岩体呈完整～较完整, rqd 为 75～90; 下盘岩体呈破碎～极破碎状, 且有明显擦痕, rqd 一般为 0～15。
      ( 5) 岩石的薄片鉴定表明有构造破碎带的存在: 在 mbz3jt- b5 的英安斑岩 ( 定名为蚀变英安斑岩) 中取 3 块岩石作薄片鉴定, 鉴定结果表明,受后期的应力作用和风化作用的影响, 岩石碎裂和蚀变明显, 斑晶表面均已不同程度泥化, 而基质中的大部分长英质高岭石碳酸盐化明显, 而应力作用使斑晶长石沿解理面断开呈碎斑状, 石英裂理发育, 波状消光明显。
3.2 江泰站内断裂破碎带的其它特征
3.2.1 破碎带的电阻率及波速特征
      在 mbz3- jt- b1、b9、b10 等 3 个钻孔都做了声波及电阻率测试, 测试结果见表 1。测试结果表明: 构造破碎带与围岩的电阻率差异不大, 且均属于低阻地层; 构造破碎带及构造角砾岩的各项参数介于强风化岩层与中风化岩层之间, 接近于强风化岩层的各项参数。
3.2.2 破碎带的渗透性
      在钻孔 mbz3- jt- b5 的钻进过程中, 于孔深36.30～44.70m 见明显的漏水现象, 为了解破碎带的水文地质特征, 对 mbz3- jt- b1、b8 钻孔的破碎带进行了抽水试验。结果表明, 构造破碎带的渗透系数为 k=0.928～1.732m/d ( 见表 2) , 为中等透水地层, 比断层破碎带周围岩层的渗透性高( 据详勘资料, 强风化含砾砂岩、强风化英安斑岩、中风化含砾砂岩、中风化英安斑岩、微风化含砾砂岩的渗透系数分别为 0.100、0.200、0.700、0.700、0.020 m/d)。
3.2.3 破碎带的地温
     若破碎带内有热泉分布, 则可说明破碎带为全新活动断裂。在 mbz3- jt- b1、b7、b9、b10等 4 个钻孔作了孔内的地温测试, 结果表明, 破碎带内钻孔 (mbz3- jt- b1、b9、b10 ) 与破碎带外钻孔 (mbz3- jt- b7) 的地温并无差别。江泰路站及附近区间的地温没有异常。
3.2.4 破碎带的土壤氡浓度
      由于场地条件的限制, 在江泰路站及附近地区共布置了 15 个测点, 测试结果表明, 江泰路站场地土壤中氡浓度值范围在 5483.4～27513.2bq/m3,平均值为 13942.6bq/m3。在非断裂位置所测三点的平均值为 3014.3 bq/m3, 江泰路站位置的氡浓度平均值为非断裂位置氡浓度平均值的 4.6 倍。
3.3 热释光年龄测试结果
      本次广三断裂补充勘察中共取 8 件试样做热释光年龄测试, 测试结果见表 3。

4 结论及工程措施建议
4.1 结论
      ( 1) 断裂破碎带的规模和产状。根据勘察过程中揭露的破碎带的各种特征, 说明广三断裂于江泰路站位置通过。广三断裂于地铁二、八号线线延长线江泰路站的分布范围为右线里程 yck12+736.24 ～yck12 +756.02, 左 线 zck12 +744.28 ～zck12+762.26。江泰路站范围破碎带的规模和产状为: 破碎带在地面的视宽度约为 18.0～20.0m,走向为 see～nww ( 100～110°) , 倾向为 s190～200°w, 倾角 68～83°, 断层属高角度正断层, 具左旋扭动及挤压的性质。
      (2) 破碎带岩石呈半岩半土状, 含大量角砾,角砾大小混杂, 角砾间为泥质充填, 具有浸水易散的特征, 标准贯入试验实测击数为 65～70 击,强度与全风化岩或强风化岩相当。
      ( 3) 破碎带的透水性比周围岩层的大, 破碎带渗透系数 k=1.500m/d, 而一般全、强、中风化岩的渗透系数为 k<1.000m/d, 微风化岩渗透系数为 k<0.100m/d。
      ( 4) 构造破碎带及构造角砾岩的平均横波波速分别为 555.0 m/s、552 m/s, 平均纵波波速分别为 1416.3m/s、1468.0 m/s, 其波速介于强风化岩层与中风化岩层之间, 且与强风化岩层的波速值较为接近。
      ( 5) 破碎带内及其附近土壤氡的含量也比较高, 平均值为 3942.6bq/m3, 为非破碎带位置土壤氡含量的 2～5 倍。根据《民用建筑工程室内环境污染控制规范》 ( gb50325- 2001, 2006 版)4.2.3 规定, 在工程施工过程中可不采取防氡工程措施。
      (6) 破碎带南侧的围岩完整性较好, 北侧的围岩完整性极差。
      (7) 断裂带范围岩石、破碎带物质、矿物的年龄为 318300±19000 ( 年) ～817800±49000 ( 年) ,而 第 四 系 沉 积 层 年 龄 为 26800 ±1600 ( 年 ) ～28700±2100 (年), 相当于断层活动时间为早更新世晚期 (q13) ～中更新世中期 (q22) , 而非全新世活动断裂。
4.2 工程措施建议
      ( 1) 降低围岩类别: 车站主体结构基坑开挖的深度约 17～18m, 在深度 9.40～13.50m (即残积层顶面) 以下即可挖到破碎带, 破碎带具体的分布 范 围 为 右 线 里 程 yck12 +736.24 ～yck12 +756.02, 左线 zck12+744.28～zck12+762.26。断层破碎带范围及强风化英安斑岩的围岩类别应降低一级, 按ⅱ类 ( ⅴ级) 围岩使用。开挖时破碎带及强风化英安斑岩易产生坍塌, 故必须做好支护措施。
      ( 2) 做好止水排水措施: 破碎带透水性好,常易成为地下水活动通道, 也即发生透水现象、底涌现象, 由于破碎带有浸水易散的特性, 透水时易发生管涌现象, 对基坑的施工产生不利的影响。因此, 基坑开挖前必须做好支护和防水措施,尤其对破碎带应作重点支护和防水。在基坑底做好止水和排水措施, 防止坑底涌水给基坑施工带来的影响。
      (3) ⅴ号出入口土层加固措施: 车站的ⅴ号出入口有一段通道要穿过断裂破碎带, 具体的位置是在 mbz3- jt- b5 开始, 经由 mbz3- jt- b8,止于 mbz3- jt- b8、b7 之间, 地面视宽度约 10m。通道在该段的开挖深度应小于 17m, 施工时破碎带易造成坍塌、涌水等事故, 故必须重点支护,建议在施工前对 mbz3- jt- b5 至 mbz3- jt- b7 之间通道上、下一定范围内的土层进行处理加固。
      (4) 因破碎带南面的含砾砂岩 (k2s1) 岩体的完整性相对较好, 而北面 ( 断层下盘) 英安斑岩的完整性极差, 呈散体状～碎裂状结构, 英安斑岩的中、强、全风化岩层及残积土都有浸水易散的特点, 故基坑开挖时, 广三断裂破碎带范围及其北侧岩土层是重点的支护对象。
5 结语
      本文通过对断层破碎带特征的研究, 得出确定断层破碎带位置、产状、规模的方法, 并根据断层破碎带的特征及其对工程施工的影响程度,提出了工程施工措施建议, 对断层破碎带范围工程施工具有一定的指导意义。
 
参考文献
[1] gb50325- 2001 民用建筑工程室内环境污染控制规范 [s] .