鐵路工程中不良地質(zhì)勘察方法研究

辛 星

（中國(guó)鐵路設(shè)計(jì)集團(tuán)有限公司，天津 300308）

1 滑坡和錯(cuò)落

1.1 地質(zhì)特點(diǎn)概述

滑坡一般表現(xiàn)為山坡呈現(xiàn)出明顯的“U”形地貌，后壁相對(duì)陡峭，坡面呈臺(tái)階狀，山坡前端向河床延伸，兩側(cè)地層出現(xiàn)擾動(dòng)和錯(cuò)位狀態(tài)。錯(cuò)落相對(duì)滑坡而言，其坡面呈現(xiàn)出更加明顯的高差，坡體更加陡峭，其結(jié)構(gòu)存在垂直下落的傾向。

1.2 勘察方法

（1）鉆探。對(duì)規(guī)模相對(duì)較大的滑坡或錯(cuò)落，鉆探是比較常用的勘察手段。其勘察目的在于，查明出現(xiàn)滑坡（錯(cuò)落）體的位置、深度以及地層組成等，明確與滑坡（錯(cuò)落）緊密聯(lián)系的地下含水層的分布情況、水的來(lái)源、運(yùn)用狀態(tài)等。

（2）挖探。挖探根據(jù)具體的方式不同，可分為井探、硐探、坑探、槽探等多種。通過(guò)對(duì)地層地質(zhì)情況進(jìn)行直觀的查驗(yàn)，研究巖石的具體性質(zhì)，可以明確地層分布情況，進(jìn)而明確滑坡（錯(cuò)位）的具體范圍及擴(kuò)展方向。探坑和探槽兩種挖探方式，一般會(huì)對(duì)滑坡（錯(cuò)位）邊緣的地質(zhì)物質(zhì)和滑坡剪口端進(jìn)行檢查。由于探坑、探槽能夠使地層充分暴露出來(lái)，因此十分便于區(qū)分滑動(dòng)地層，進(jìn)而對(duì)滑動(dòng)帶位置及分布進(jìn)行界定。

（3）地球物理勘探。地球物理勘探根據(jù)具體方式的不同，可分為電法勘探、地質(zhì)雷達(dá)勘探、聲波探測(cè)等。其工作原理在于根據(jù)地下不同地層中各類物質(zhì)的物理特性來(lái)分析地下構(gòu)造特征。由于受多種因素的影響，滑坡（錯(cuò)落）地球物理勘探結(jié)果往往存在一定的誤差，因此在具體地質(zhì)勘察過(guò)程中，要將鉆探、挖探等方法統(tǒng)籌起來(lái)使用，通過(guò)互相補(bǔ)充，達(dá)到最大限度降低勘察成本、確保精準(zhǔn)度的效果。

2 危巖、落石和崩塌

2.1 地質(zhì)特點(diǎn)概述

危巖指由于落差較大的陡坡產(chǎn)生了松動(dòng)、位移、變形、裂縫并隨時(shí)可能由于重力作用向下墜落的巖體。落石指一些脫離原位置，在重力作用下下墜的巖體。崩塌指落差較大的陡坡在內(nèi)力或外力作用下，急劇向下滾落的地質(zhì)現(xiàn)象。

2.2 勘察方法

由于危巖、落石和崩塌常常處于落差和高度都非常大的陡坡、峭壁等位置，采取鉆探勘察方法難度系數(shù)高、危險(xiǎn)性大，且需要投入較大成本，因此，對(duì)危巖、落石和崩塌的勘察不宜采用其他不良地質(zhì)通用的勘察方式，應(yīng)把勘察重點(diǎn)放在查明具有典型性的危巖巖體以及規(guī)模界限上。具體的勘察方法應(yīng)根據(jù)該不良地質(zhì)的具體表現(xiàn)來(lái)確定。比如，對(duì)危巖、落石和崩塌界限清晰的，可通過(guò)地質(zhì)調(diào)查的手段來(lái)查明，一般不再采取勘察地質(zhì)實(shí)體的辦法；對(duì)需要查明其后部卸荷裂隙位置的，可以結(jié)合實(shí)際情況采取一定規(guī)模的挖探方法；對(duì)規(guī)模較大、單一通過(guò)挖探方法不易查清卸荷裂隙位置的，可采取水平鉆孔的方法；在確定危巖、落石和崩塌涉及范圍時(shí)，可在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行落石實(shí)驗(yàn)。在整個(gè)勘察過(guò)程中，具備條件的可充分運(yùn)用無(wú)人機(jī)測(cè)量、三維激光掃描等手段，提高勘察的效率和精準(zhǔn)度。

3 巖堆

3.1 地質(zhì)特點(diǎn)概述

巖堆的形成與危巖、落石和崩塌等不良地質(zhì)條件有著密切的聯(lián)系，其產(chǎn)生原因是陡峭山坡上的巖體崩塌之后，由于受到重力作用，堆積在了山坡底部較為平緩的位置，形成松散的堆積實(shí)體。其內(nèi)部結(jié)構(gòu)較為疏松，一般由大小碎巖構(gòu)成，泥沙含量較低，膠結(jié)情況較少出現(xiàn)。

3.2 勘察方法

由于巖堆密度較低、結(jié)構(gòu)較為松散、整體穩(wěn)定性較差，往往容易對(duì)鐵路工程的穩(wěn)定性造成較大影響，極有可能誘發(fā)滑坡等現(xiàn)象。因此，對(duì)巖堆的勘察，可參照滑坡的勘察方法處理。在具體勘探方法的使用上，應(yīng)綜合地球物理勘探、鉆探、坑探等多種勘探方法，查明巖堆的密實(shí)性、物理結(jié)構(gòu)、巖堆形態(tài)以及巖堆基底的穩(wěn)定性。在勘探點(diǎn)的選擇上，應(yīng)根據(jù)整治項(xiàng)目建立在軸線斷面上，深度應(yīng)到達(dá)巖堆基底穩(wěn)定的地層3m以上，并且要確保深度高于巖堆最大巖體直徑的1.5倍。在進(jìn)行鉆探的過(guò)程中，應(yīng)同步檢查巖堆層的含水量大小，以及巖堆以下的地下水位，出現(xiàn)軟弱夾層時(shí)應(yīng)采取樣本進(jìn)行物理力學(xué)實(shí)驗(yàn)。

4 泥石流

4.1 地質(zhì)特點(diǎn)概述

泥石流指在山勢(shì)較為陡峻或坡度較大的山坡地帶，由于降水原因（如大規(guī)模的集中降雨、冰雪融水等），大量石塊、土層被裹挾起來(lái)，形成流量大、流速快、沖擊力強(qiáng)、給下游造成嚴(yán)重危害的洪流。在鐵路工程施工過(guò)程中，難以避免通過(guò)高山或陡坡地帶，勢(shì)必會(huì)受到泥石流的威脅。因此，加強(qiáng)對(duì)泥石流的勘察十分重要。

4.2 勘察方法

因?yàn)槟嗍鞯陌l(fā)生與滑坡、危巖、落石和崩塌等不良地質(zhì)有著緊密的聯(lián)系和較為一致的地質(zhì)特點(diǎn)，所以對(duì)泥石流地區(qū)進(jìn)行勘察時(shí)，也應(yīng)綜合采取地球物理勘探、鉆探、坑探等多種勘探方法?？辈斓闹饕繕?biāo)任務(wù)是查清泥石流沉積區(qū)域堆積實(shí)體的組成成分、實(shí)體厚度以及泥石流內(nèi)部形態(tài)。在勘察過(guò)程中，應(yīng)重點(diǎn)注意以下兩個(gè)方面的內(nèi)容。（1）勘察泥石流堆積物深度時(shí)，應(yīng)將鉆層延伸至泥石流堆積物基底以下的巖土層內(nèi)，深度大于3m以上，且應(yīng)大于堆積物中最大石塊直徑的1.5倍。（2）進(jìn)行泥石流工點(diǎn)地質(zhì)試驗(yàn)時(shí)，應(yīng)重點(diǎn)把握好三個(gè)部分：①提取具有代表性的土樣查明泥石流流體密度和進(jìn)行顆粒分析時(shí)，要在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行，防止外部環(huán)境干擾發(fā)生變化。②對(duì)大型泥石流溝進(jìn)行勘察時(shí)，要在補(bǔ)給區(qū)采集土樣進(jìn)行自然含水率和自然密度等試驗(yàn)，根據(jù)實(shí)際需要可對(duì)泥石流堆積物進(jìn)行取樣，土樣做黏度和靜切力試驗(yàn)。在這一過(guò)程中，應(yīng)特別注意，對(duì)泥石流堆積物進(jìn)行取樣時(shí)，要從典型的、具有代表性的地點(diǎn)選取。③土樣做黏度和靜切力試驗(yàn)時(shí)，可離開(kāi)現(xiàn)場(chǎng)在室內(nèi)進(jìn)行。

5 風(fēng)沙

5.1 地質(zhì)特點(diǎn)概述

鐵路工程線路設(shè)計(jì)過(guò)程中，不可避免地涉及戈壁、沙漠區(qū)域。這一類區(qū)域往往覆蓋厚實(shí)的砂粒、石塊等，在風(fēng)力的作用下，通過(guò)風(fēng)蝕、沙埋等作用，侵蝕鐵路路基、掩埋鐵路軌道，給鐵路運(yùn)行造成威脅。

5.2 勘察方法

（1）遙感勘察。依托現(xiàn)代科技手段，可以實(shí)現(xiàn)航空遙感勘察，通過(guò)遙感儀器傳輸?shù)膱D像進(jìn)行勘察和判定，能夠直觀了解風(fēng)沙活動(dòng)的范圍、運(yùn)動(dòng)特點(diǎn)及發(fā)展趨勢(shì)。另外，通過(guò)對(duì)不同時(shí)期內(nèi)該區(qū)域遙感的圖像，還可以測(cè)量出沙丘的運(yùn)動(dòng)軌跡和移動(dòng)速度，為科學(xué)設(shè)計(jì)鐵路線路和建設(shè)方案提供重要參考。

（2）地質(zhì)調(diào)繪。通過(guò)細(xì)致精確的地質(zhì)調(diào)繪，在相關(guān)區(qū)域地形圖上進(jìn)行標(biāo)注和繪制，可以直觀地反映出該區(qū)域風(fēng)沙活動(dòng)和演進(jìn)的特點(diǎn)，從而推算出風(fēng)沙活動(dòng)的總體趨勢(shì)，有效規(guī)避風(fēng)沙在鐵路工程線路設(shè)計(jì)中帶來(lái)的不良影響?，F(xiàn)場(chǎng)勘察除了要把風(fēng)沙作為勘察對(duì)象外，還要把區(qū)域內(nèi)的砂土層作為重點(diǎn)勘察對(duì)象。通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)勘察，能夠確定砂土層的緊密和厚實(shí)情況，從而確定其作為地基所能達(dá)到的承載能力。風(fēng)沙地區(qū)的勘察方法，應(yīng)綜合采取地球物理勘探、觸探、挖探等勘察方法，其要點(diǎn)主要如下：放射性測(cè)井、彈性波法等適合地球物理勘探；無(wú)泵反循環(huán)鉆進(jìn)方法適合較為松軟的砂層；沖擊鉆進(jìn)等方法適合較大砂石地層。在選擇勘察地點(diǎn)時(shí)，應(yīng)遵循以下原則：在風(fēng)沙較弱區(qū)域，應(yīng)沿鐵路設(shè)計(jì)線設(shè)置勘察地點(diǎn)；在風(fēng)沙強(qiáng)烈、活動(dòng)頻繁區(qū)域或地基下地層結(jié)構(gòu)復(fù)雜區(qū)域，應(yīng)根據(jù)橫截面來(lái)布置勘察地點(diǎn)；勘察地點(diǎn)之間的間隔應(yīng)根據(jù)風(fēng)沙活動(dòng)情況以及鐵路工程建設(shè)特點(diǎn)來(lái)確定。

6 巖溶

6.1 地質(zhì)特點(diǎn)概述

巖溶是巖石長(zhǎng)時(shí)間經(jīng)受地下水或地表水的侵蝕，而發(fā)生的一種物理和化學(xué)現(xiàn)象。其構(gòu)造上具有明顯的特殊性，一般具有一定程度的地下水或地表水徑流，同時(shí)還存在溶洞等形態(tài)，使得地質(zhì)構(gòu)造存在極大的不穩(wěn)定性，給施工造成了極大的安全和質(zhì)量隱患。

6.2 勘察方法

對(duì)巖溶這種不良地質(zhì)的勘察，應(yīng)采取綜合物探的方法。在勘察點(diǎn)安排鉆孔時(shí)，應(yīng)著重了解以下內(nèi)容：一是巖溶地層的厚度；二是巖溶發(fā)育階段，據(jù)此界定含水量高的區(qū)域；三是探定規(guī)模較大的巖溶洞穴的深度和分布情況，摸清暗河的流量、流速、流向等指標(biāo)。

7 人為坑洞

7.1 地質(zhì)特點(diǎn)概述

人為坑洞指由于人類生產(chǎn)、生活活動(dòng)而形成的坑洞，也是不良地質(zhì)的一種表現(xiàn)形式，主要包括人類采挖的礦區(qū)、窯洞，以及古墓、采土洞等各類地下工程，等等。人為坑洞的存在，破壞了地層原有的結(jié)構(gòu)，加劇了不穩(wěn)定性，使得原地層在外部環(huán)境的作用下發(fā)生變形、坍塌。

7.2 勘察方法

對(duì)人為坑洞的勘察，應(yīng)根據(jù)當(dāng)?shù)氐牡匦?、地質(zhì)條件綜合采取方式方法。其勘察要點(diǎn)如下：一是重點(diǎn)了解坑洞的內(nèi)部構(gòu)成，坍塌及進(jìn)水情況，有害氣體組成成分及密度，暗流、暗河等的位置狀態(tài)等；二是對(duì)一些無(wú)法掌握坑洞位置規(guī)律，進(jìn)入坑洞進(jìn)行直接查看或存在一定危險(xiǎn)性或無(wú)法進(jìn)入的，可以采取地質(zhì)雷電、彈性波法等進(jìn)行綜合勘探，并根據(jù)物探的情況，有針對(duì)性地進(jìn)行鉆探，從而保障勘探的精準(zhǔn)性；三是在進(jìn)行鉆探時(shí)，應(yīng)確保鉆探的深度大于坑洞底部地層2m以上。

8 水岸坍塌

8.1 地質(zhì)特點(diǎn)概述

水岸坍塌指湖邊、水庫(kù)等處的土層，由于長(zhǎng)期受水的浸泡和沖擊，導(dǎo)致土層發(fā)生坍塌。在實(shí)施鐵路工程時(shí)，鐵路應(yīng)盡量避免靠近水岸坍塌區(qū)域。

8.2 勘察方法

在對(duì)水岸坍塌區(qū)域進(jìn)行勘察時(shí)，應(yīng)綜合采取鉆（坑）探、地球物理勘探、原位測(cè)試等相結(jié)合的勘察方法，查明水岸的地層情況、受水侵蝕情況以及坍塌范圍等，勘察深度應(yīng)保持在水岸相對(duì)穩(wěn)定的土層坡腳線以下。

9 結(jié)束語(yǔ)

總之，不良地質(zhì)對(duì)鐵路工程的建設(shè)質(zhì)量會(huì)產(chǎn)生巨大影響，不僅會(huì)增加工程建設(shè)和管理難度，還會(huì)威脅鐵路運(yùn)行的安全。因此，應(yīng)準(zhǔn)確認(rèn)識(shí)鐵路工程建設(shè)中常見(jiàn)的不良地質(zhì)，并采取科學(xué)的勘察方法，為鐵路工程的順利實(shí)施提供可靠保障。