雷山空鐵主要工程地質(zhì)問(wèn)題及地質(zhì)選線(xiàn)

張 健

(中鐵第六勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司，天津 300000)

1 工程概況

雷山空鐵旅游示范線(xiàn)工程位于貴州省黔東南自治州雷山縣。本線(xiàn)為單線(xiàn)懸掛式軌道交通，車(chē)輛采用新能源空鐵列車(chē)，采用2列編組+電池車(chē)。線(xiàn)路起于西江千戶(hù)苗寨西門(mén)，終點(diǎn)止于烏東苗寨，線(xiàn)路全長(zhǎng)24.4 km。其中，“一期工程”線(xiàn)路起于黃里坳，終點(diǎn)止于烏東苗寨，本段線(xiàn)路長(zhǎng)7.9 km，主要沿黃烏公路外側(cè)敷設(shè)，局部段落位于溝壑、陡坡邊緣。

空鐵所經(jīng)區(qū)域山巒起伏，溝壑縱橫，地形起伏變化大。沿線(xiàn)復(fù)雜的地形、巖體破碎、危巖崩塌、滑坡、順層等不良地質(zhì)極為發(fā)育，工程地質(zhì)問(wèn)題制約空鐵選線(xiàn)與重大工程設(shè)置的可行性。筆者在2016年—2017年多次現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查與勘測(cè)的基礎(chǔ)上，對(duì)擬建雷山空鐵旅游示范線(xiàn)的主要工程地質(zhì)問(wèn)題進(jìn)行分析，開(kāi)展綜合地質(zhì)選線(xiàn)研究。

2 區(qū)域地質(zhì)環(huán)境

2.1 沿線(xiàn)地形地貌特征

擬建工程區(qū)為低中山區(qū)，屬雷公山系，區(qū)內(nèi)山峰林立，溝谷侵蝕切割強(qiáng)烈，呈V字形發(fā)育，地形起伏較大，橋址區(qū)內(nèi)絕對(duì)高程介于1 071.07 m～1 141.0 m之間，相對(duì)高差79.93 m。沿線(xiàn)地表植被茂盛，線(xiàn)路平行于黃烏四級(jí)公路敷設(shè)，路塹邊坡陡峭。

2.2 地層巖性

沿線(xiàn)地層由上而下為第四系全新統(tǒng)殘坡積層，下伏元古界上板溪群番招組沉積巖層，主要巖性為砂巖、頁(yè)巖。測(cè)區(qū)廣泛分布第四系全新統(tǒng)人工堆積層，由修建既有公路的棄土、棄渣組成，結(jié)構(gòu)松散，最大填土厚度約20 m，易順坡滑塌。

2.3 地質(zhì)構(gòu)造

測(cè)區(qū)內(nèi)主要發(fā)育有一條西江斷層，位于設(shè)計(jì)線(xiàn)路右側(cè)約25 m～100 m，斷層產(chǎn)狀305°∠50°，破碎帶寬10 m～15 m，造成區(qū)域內(nèi)巖體節(jié)理裂隙發(fā)育，巖體破碎，對(duì)路塹邊坡工程影響較大。

2.4 區(qū)域氣象及水文特征

本區(qū)氣候?qū)俦眮啛釒Ъ撅L(fēng)濕潤(rùn)氣候區(qū)，境內(nèi)山巒起伏，溝壑縱橫，風(fēng)景秀麗。區(qū)域內(nèi)巴拉河和朗利河均屬沅江水系，為一向北西干流清水江匯流的樹(shù)枝狀水系。區(qū)內(nèi)河流下蝕作用強(qiáng)烈，為典型的山區(qū)河流地貌類(lèi)型，其特點(diǎn)是各種形態(tài)的跌水現(xiàn)象較為發(fā)育，寬谷與峽谷沿河交替分布。

2.5 不良地質(zhì)及特殊巖土分布特征

沿線(xiàn)受地形地貌、地質(zhì)構(gòu)造、地層巖性及修路挖方等影響，崩塌落石及危巖、順層邊坡、差異風(fēng)化、滑坡、大面積人工填土等地質(zhì)災(zāi)害及特殊土極為發(fā)育，嚴(yán)重地制約空鐵選線(xiàn)與重大工程設(shè)置的可行性。

3 主要工程地質(zhì)問(wèn)題

3.1 崩塌落石及危巖

崩塌落石及危巖的分布區(qū)域主要有兩塊：既有公路左側(cè)人工邊坡及其上自然斜坡和右側(cè)自然斜坡(部分右側(cè)坡為人工邊坡)。沿線(xiàn)基巖從巖性上分類(lèi)均為砂巖，以青灰色砂巖為主，局部夾有1 m～5 m不等灰黃色砂巖，這兩種砂巖在硬度上差異較大，存在軟硬不均現(xiàn)象，呈強(qiáng)～中風(fēng)化，節(jié)理裂隙較發(fā)育，巖體相對(duì)較為破碎。形成原因可分為兩大類(lèi)：一是人工邊坡開(kāi)挖后，坡體內(nèi)原有的力學(xué)平衡狀態(tài)被打破，在開(kāi)挖影響區(qū)內(nèi)，應(yīng)力發(fā)生變化，坡體由表及里的不同位置產(chǎn)生不同的位移，局部區(qū)域位移過(guò)大沿著巖層層面及節(jié)理裂隙面發(fā)生崩塌落石散落在邊坡上，局部地段在原邊坡上形成凌空的危巖；二是沿線(xiàn)兩種砂巖在硬度上差異較大，抗風(fēng)化能力不同，通常灰黃色砂巖風(fēng)化后在上部地層壓力下順坡滾落，同時(shí)造成上部巖層底部失穩(wěn)，上部青灰色砂巖則沿著層面或者節(jié)理裂隙面整體崩塌而下，形成落石散落在斜坡上，或者形成崩塌堆積體分布于公路兩側(cè)斜坡上。

崩塌散落在兩側(cè)邊坡上的落石，直徑一般為0.5 m～3 m不等，最大可達(dá)十幾米，這些崩塌落石在自然狀態(tài)下處于基本穩(wěn)定或欠穩(wěn)定狀態(tài)，施工過(guò)程中一旦人為破壞原有狀態(tài)，必然形成二次崩塌；另一方面左側(cè)公路人工邊坡及其上自然斜坡上的落石雖距離本工程在空間上有一定距離，但對(duì)本工程的安全運(yùn)營(yíng)影響極大。

3.2 順層邊坡

順層邊坡現(xiàn)象主要分布于既有公路左側(cè)人工邊坡，在修建既有黃烏公路時(shí)為求方便簡(jiǎn)單，公路線(xiàn)位基本行進(jìn)在巖石邊坡的等高線(xiàn)上，局部段落線(xiàn)位走向與巖層走向平行或呈小角度交叉，邊坡開(kāi)挖后，形成新的臨空面，改變了原有坡體內(nèi)地應(yīng)力的平衡狀態(tài)并使之釋放，坡體前緣的卸荷使得坡體內(nèi)巖層的節(jié)理裂隙松弛，張開(kāi)，地表水更易滲入坡體內(nèi)，使得坡體內(nèi)軟弱夾層進(jìn)一步軟化，整個(gè)坡體順著層面向臨空面發(fā)生順層垮塌。

3.3 差異風(fēng)化

沿線(xiàn)地層巖性以砂巖、頁(yè)巖夾泥巖為主，存在軟硬不均，差異風(fēng)化現(xiàn)象，可以明顯看到局部路塹邊坡出露基巖成強(qiáng)風(fēng)化與全風(fēng)化的條帶狀分布；鉆探揭示局部段落內(nèi)中風(fēng)化巖面起伏較大，部分鉆孔揭示在強(qiáng)風(fēng)化砂巖層中夾有全風(fēng)化的砂巖層，這些現(xiàn)象對(duì)樁基持力層的選擇帶來(lái)一定困難，容易引起持力層的誤判。

3.4 滑坡

陽(yáng)茍滑坡的里程位置為DK3+470～DK3+580，位于陽(yáng)茍村對(duì)面山坡上，滑坡整體上形態(tài)呈“圈椅形”(見(jiàn)圖1)，滑坡為同類(lèi)基巖面的巖體滑坡?；碌闹骰较?yàn)?26°，沿線(xiàn)路長(zhǎng)約110 m，寬約130 m，平面面積約22 100 m2，滑坡體最大厚度為31.7 m，平均厚度約15 m，滑坡體總體積約331 500 m3，屬于巨型中深層巖體滑坡，潛在滑動(dòng)面傾角0°～30°。表層覆蓋第四系全新統(tǒng)滑坡堆積粉質(zhì)黏土層，下伏上板溪群盤(pán)招組全～弱風(fēng)化砂巖夾泥巖。地表水主要為溝谷山間水，勘測(cè)期間，沖溝內(nèi)的水流寬度一般為0.5 m～1.5 m；地下水主要為第四系孔隙潛水及基巖裂隙水，含水層厚度根據(jù)土層厚度及地形起伏變化較大，富水性較弱，無(wú)承壓性?？睖y(cè)期間，鉆探揭示橋址區(qū)內(nèi)地下穩(wěn)定水位埋深一般0.0 m～10.9 m，位于陡峭斜坡及山間沖溝兩側(cè)的鉆孔穩(wěn)定水位埋深較大。路塹邊坡處發(fā)現(xiàn)兩處泉眼，流量約0.05 L/s～0.1 L/s。該段巖石節(jié)理很發(fā)育，巖體較破碎，巖層傾向順坡，地下水浸入結(jié)構(gòu)面，在上覆土體的牽引下沿結(jié)構(gòu)面開(kāi)裂，容易產(chǎn)生變形、滑動(dòng)。

3.5 大面積人工棄土

人工填土成分主要為粉土、黏性土，局部夾有碎石及塊石(見(jiàn)圖2)，一般為松散～稍密，主要由修建既有公路的棄土、棄渣組成，厚度一般為3 m～10 m，最大厚度達(dá)20 m，堆填時(shí)間1年～6年不等。主要分布于道路右側(cè)斜坡地段及沿線(xiàn)沖溝內(nèi)，其中DK3+780～DK3+930，DK4+070～DK4+140等9處段落填土厚度較大。具有結(jié)構(gòu)松散，壓縮性高，欠固結(jié)，承載力低，自穩(wěn)能力差，工程特性差等特性，易發(fā)生側(cè)向失穩(wěn)引起工程滑坡。

4 地質(zhì)選線(xiàn)總體原則

雷山空鐵穿越復(fù)雜的地形，沿線(xiàn)巖體破碎、高位危巖落石、崩塌、滑坡及大面積棄土等不良地質(zhì)發(fā)育，嚴(yán)重地制約了空鐵選線(xiàn)與重大工程設(shè)置的可行性。勘測(cè)和設(shè)計(jì)過(guò)程中，在大面積區(qū)域地質(zhì)調(diào)繪的基礎(chǔ)上，主要遵循以下復(fù)雜地質(zhì)山區(qū)選線(xiàn)總體原則：

1)測(cè)區(qū)內(nèi)構(gòu)造復(fù)雜，區(qū)域深大斷裂發(fā)育，山坡陡峭，沿線(xiàn)巖體非常破碎，線(xiàn)路宜選擇從巖性單一且?guī)r體完整性較好的地段通過(guò)；應(yīng)繞避山坡高陡且?guī)r層受結(jié)構(gòu)面切割嚴(yán)重、危巖密集分布、有可能發(fā)生較大規(guī)模崩塌或治理難度很大的危巖落石、崩塌等地段，并且線(xiàn)路不應(yīng)長(zhǎng)距離沿不穩(wěn)定的陡崖或邊坡敷設(shè)。2)線(xiàn)路所經(jīng)區(qū)域崩塌、滑坡較發(fā)育，且局部段落沖刷嚴(yán)重，應(yīng)考慮內(nèi)移做隧道方案，當(dāng)做隧道方案困難時(shí)，可考慮外移設(shè)橋通過(guò)，進(jìn)行橫斷面選線(xiàn)，綜合研究比選。3)區(qū)域內(nèi)地形復(fù)雜，溝壑深切，線(xiàn)路應(yīng)盡量減少高陡邊坡。順層地段線(xiàn)路挖方切坡不宜過(guò)高，避免產(chǎn)生工程滑坡。4)線(xiàn)路應(yīng)繞避巨型、大型(古)滑坡，當(dāng)線(xiàn)路通過(guò)穩(wěn)定的滑坡體時(shí)，不宜在其上部填方或下部挖方。5)線(xiàn)路不應(yīng)與大斷裂平行，且不宜切割松散堆積體或風(fēng)化破碎巖的坡腳，特別是地下水發(fā)育的地段。6)線(xiàn)路應(yīng)選擇在填土分布較窄、厚度較薄、基底穩(wěn)定、橫斷面平緩的地段通過(guò)，且宜選擇在棄渣場(chǎng)的溝谷上游通過(guò)，避免渣堆滑坡、渣土泥石流等不良地質(zhì)發(fā)生。

5 分段方案比選與分析

1)陽(yáng)茍滑坡段落為DK3+470～DK3+580，擬建陽(yáng)茍車(chē)站中心里程為DK3+520，滑坡沿線(xiàn)路長(zhǎng)約110 m，寬約130 m。在勘察期間對(duì)陽(yáng)茍滑坡的調(diào)查與勘探非常重視，采用調(diào)繪、物探、鉆探，輔以原位測(cè)試以及室內(nèi)土工試驗(yàn)等綜合勘探方法，詳細(xì)查明了場(chǎng)區(qū)的工程地質(zhì)、水文地質(zhì)條件，取得了詳盡的工程地質(zhì)資料。該工點(diǎn)地質(zhì)調(diào)繪反復(fù)經(jīng)歷兩個(gè)多月，鉆探共12孔，高精度瞬變電磁法共5個(gè)斷面，編制有多種比例尺的地質(zhì)平面圖、滑坡軸向斷面圖、基巖等高線(xiàn)圖、地下水流向及等水位線(xiàn)圖、物探成果圖、地質(zhì)報(bào)告等。

測(cè)區(qū)為剝蝕低中山區(qū)地貌，地形高低起伏較大，植被覆蓋一般，開(kāi)辟有農(nóng)田，自然坡度10°～40°，滑坡表層覆蓋第四系全新統(tǒng)滑坡堆積粉質(zhì)黏土層，下伏上板溪群盤(pán)招組全～弱風(fēng)化砂巖夾泥巖。地表水主要為溝谷山間水，地下水主要為第四系孔隙潛水及基巖裂隙水，含水層厚度根據(jù)土層厚度及地形起伏變化較大，路塹邊坡處發(fā)現(xiàn)兩處泉眼。

根據(jù)調(diào)查和勘探結(jié)果分析，滑坡整體上形態(tài)呈“圈椅形”，滑坡為同類(lèi)基巖面的巖體滑坡，滑坡的主滑方向?yàn)?26°，目前處于較穩(wěn)定狀態(tài)。該段巖石節(jié)理很發(fā)育，巖體較破碎，抗風(fēng)化能力差，風(fēng)化剝蝕后形成較厚坡殘積土層，下伏砂巖風(fēng)化強(qiáng)烈，巖層傾向順坡，地下水浸入結(jié)構(gòu)面，在上覆土體的牽引下沿結(jié)構(gòu)面開(kāi)裂，容易產(chǎn)生變形、滑動(dòng)。在受施工干擾、地下水浸入后有極易再次滑動(dòng)的可能，因此，仍有潛在危害，并影響到車(chē)站地基、橋梁樁基和邊坡的穩(wěn)定性。

經(jīng)過(guò)方案分析比選，鑒于滑坡處于較穩(wěn)定狀態(tài)，但仍存在滑動(dòng)的可能，陽(yáng)茍車(chē)站宜避開(kāi)滑坡體范圍設(shè)置，線(xiàn)路在滑坡體下方以大跨度橋梁形式通過(guò)，遵循不宜在滑坡體上部填方或下部挖方的原則，確保滑坡體穩(wěn)定條件不受破壞，實(shí)現(xiàn)方案安全可靠、經(jīng)濟(jì)合理。

2)線(xiàn)路里程DK2+610～DK3+160段落山坡高陡且?guī)r層受結(jié)構(gòu)面切割嚴(yán)重、危巖密集分布、有可能發(fā)生較大規(guī)模崩塌或治理難度很大的危巖落石、崩塌等不良地質(zhì)災(zāi)害。經(jīng)過(guò)地質(zhì)橫斷面選線(xiàn)，考慮內(nèi)移做隧道方案為宜，隧道應(yīng)盡可能靠向山里，在穩(wěn)定地層內(nèi)通過(guò)，遵循“早進(jìn)洞、晚出洞”的原則，避免高仰坡和出洞口高邊坡。

3)DK0+000～DK0+190,DK3+780～DK3+930,DK4+070～DK4+140等多處段落有大面積人工棄土，主要由修建既有公路的棄土、棄渣組成，厚度一般為3 m～10 m，最大厚度達(dá)20 m，堆填時(shí)間1年～6年不等。具有結(jié)構(gòu)松散，壓縮性高，欠固結(jié)，承載力低，自穩(wěn)能力差，工程特性差等特性，易發(fā)生側(cè)向失穩(wěn)引起工程滑坡。

勘測(cè)與設(shè)計(jì)期間非常重視大面積棄土段落的線(xiàn)路和建筑物位置選擇，主要選擇填土穩(wěn)定性較好或穩(wěn)定性雖然較差，但經(jīng)過(guò)采取措施后即能保證穩(wěn)定的地段通過(guò)。經(jīng)過(guò)調(diào)查、鉆探、物探、原位測(cè)試等綜合勘察手段，重點(diǎn)查明大面積棄土地段的工程地質(zhì)條件，尤其位于斜坡段落上的棄土穩(wěn)定性。經(jīng)過(guò)詳細(xì)勘察及方案比選，確定了車(chē)輛基地及線(xiàn)路在斜坡、溝谷上游棄土分布較窄、厚度較薄、基底橫坡較小的位置設(shè)置，避免渣堆滑坡、渣土泥石流等不良地質(zhì)對(duì)本工程的影響。

6 結(jié)語(yǔ)

雷山空鐵沿線(xiàn)地形復(fù)雜、巖體破碎、危巖崩塌、滑坡、順層等不良地質(zhì)極為發(fā)育，工程地質(zhì)問(wèn)題制約空鐵選線(xiàn)與重大工程設(shè)置的可行性。經(jīng)過(guò)多次現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查與勘測(cè)的基礎(chǔ)上，對(duì)擬建工程的主要工程地質(zhì)問(wèn)題進(jìn)行分析，提出了雷山空鐵地質(zhì)選線(xiàn)的總體原則，并得出以下結(jié)論：

1)陽(yáng)茍滑坡處于較穩(wěn)定狀態(tài)，但在受施工干擾或水體浸入等影響，仍存在滑動(dòng)的可能，陽(yáng)茍車(chē)站宜避開(kāi)滑坡體范圍設(shè)置，線(xiàn)路在滑坡體下方以大跨度橋梁形式通過(guò)，遵循不宜在滑坡體上部填方或下部挖方的原則，確?；麦w穩(wěn)定條件不受破壞，實(shí)現(xiàn)方案安全可靠、經(jīng)濟(jì)合理。2)沿線(xiàn)存在多處危巖落石、崩塌等不良地質(zhì)災(zāi)害，線(xiàn)路里程DK2+610～DK3+160段落山坡高陡且?guī)r層受結(jié)構(gòu)面切割嚴(yán)重、危巖密集分布、有可能發(fā)生較大規(guī)模崩塌或治理難度很大，考慮內(nèi)移做隧道方案為宜，隧道應(yīng)盡可能靠向山里，在穩(wěn)定地層內(nèi)通過(guò)，遵循“早進(jìn)洞、晚出洞”的原則，避免高仰坡和出洞口高邊坡。3)本線(xiàn)宜繞避堆填厚度大、未經(jīng)處理且松散的大面積人工棄土地段，車(chē)輛基地及線(xiàn)路選擇在斜坡、溝谷上游棄土分布較窄、厚度較薄、基底橫坡較小的位置設(shè)置，避免渣堆滑坡、渣土泥石流等不良地質(zhì)對(duì)本工程的影響。