山西中南部鐵路鹿家岔滑坡勘察與地質選線

楊旭 王倩

山西中南部鐵路瓦塘—臨縣段位于呂梁山西坡,黃河中游東岸。區內東高西低,受長期流水侵蝕切割,地形復雜,溝谷縱橫,多形成梁峁狀黃土丘陵地貌,靠近218省道方案CK48+750～CK50+100范圍內,連續分布3個性質相近的不良地質體——鹿家岔滑坡群。查明其性質、規模和穩定性,對于選線或制定工程處理措施具有重要的意義。

1 地質概況

1)地形地貌。鹿家岔滑坡群組位于山西興縣康寧鎮梁家溝村與鹿家岔村之間,地勢東高西低,坡腳為218省道,緊鄰南川河,高程在1 100 m～1 250 m之間,相對高差約150 m,山坡自然坡度為10°～20°,局部超過 30°。2)地層巖性。本區主要地層從老到新簡要分述如下:①中生界三疊系銅川組(T2t):為灰黃、灰紅色厚層、中厚層中粗、中細粒長石砂巖與灰綠、灰帶紫色薄層砂質泥巖、頁巖。②新生界第三系上新統(N2):為紫紅色、鮮紅色、褐紅色黏土夾數層鈣質結核層,并含有褐黃色鈣質膠結的砂礫層,與下伏三疊系銅川組(T2t)為平行不整合接觸關系。③新生界第四系下中更新統(Q1-2):為棕黃、桔紅色粉質黏土、粉土。厚度變化較大,從幾米到數十米分布不均。④新生界第四系上更新統(Q3):廣泛分布于黃土塬、梁、峁頂面及河溝兩側。一般為黃色、灰黃色、棕黃色新黃土,厚幾米至數十米不等。3)地質構造。區內地質構造簡單,表現為由東向西漸傾的單斜構造。地層以幾度至十幾度的傾角緩緩插入于西邊黃河底下,其間伴以平緩、走向南北或近南北、規模較小、平緩開闊的小褶曲。

2 勘察過程

本段鐵路勘察充分利用了遙感技術。從1/10 000比例航片上,可以明顯的看到鹿家岔滑坡坡面凹進,呈圈椅狀洼地,地面起伏不平,縱坡較緩,滑坡體側緣形成對接形沖溝。由遙感判釋,按滑坡進行工程地質勘察。現場測繪是不良地質勘察過程中的重要環節。通過1/10 000地質調繪以及加寬范圍的1/2 000測繪,查明了鹿家岔滑坡群的地形地貌特征、邊界形態、地層巖性、地質構造及水文地質條件。線路通過滑體斜坡地區。斜坡屬于順向斜坡結構類型,山坡呈明顯的圈椅狀地貌,坡面呈臺階狀,紫紅色黏土層以及砂巖有裂縫,上部土層充填下部裂縫,膠結層有斷裂,產狀也有變化,坡腳砂巖與紅色黏土層接觸處有少量水滲出;裂隙發育,坡腳巖層破碎,巖層傾角變化明顯(見圖 1)。調繪工作為確定滑坡的性質和穩定性分析評價打下了基礎。

3 滑坡體成因及穩定性分析

1)地層巖性及構造控制滑坡的分布格局。上部新黃土垂直裂隙發育,并具有大孔隙結構,能維持較陡的穩定邊坡;下部第三系紅黏土不具大孔隙結構,而具斜向裂隙、光滑裂面、團粒結構以及超壓密特性,具膨脹性,且這一層在此處沉積厚度較薄,對邊坡穩定不利;下伏三疊系砂泥巖,層理傾向南川河和218省道,構成傾向臨空面的順向坡,具典型的順層滑坡特征。地下水不斷滲透,軟化泥巖層,與紅黏土一起構成順層的軟弱夾層,為滑坡的產生創造了必要條件(見圖2)。

2)地表水和地下水的作用。南川河河水在山坡底部沖刷坡腳,滑坡前方失去支擋,不產生抗滑力;地表水沿滑坡側緣沖刷,形成沖溝,使滑坡兩側的摩擦力減小,增加了滑坡體滑動的可能性。地表水沿孔隙的滲入,由于不同地層滲透系數的差異,水量在紅土層底和泥巖層中不斷匯集,使紅土層裂隙面軟化、潛蝕,促使土體結構松散,水也使泥巖軟化,強度降低,同時,地下水沿順層面形成地下徑流,產生動水壓力,會加速山坡變形的發展。

滑坡穩定性分析及工程影響。根據調查資料,鹿家岔滑坡體后緣基本穩定,山體新黃土直立,坍塌現象不明顯,坡面緩坡臺地廣泛修建梯田,坡面植被發育。218省道2005年開通以來,坡體未發生滑動侵占道路現象,因此,滑坡目前處于相對穩定狀態,但由于地下水下滲以及前緣沖蝕減載作用,其長期穩定程度尚需要做進一步的穩定性研究。當鐵路從坡上通過,在工程外加荷載作用下,包括工程附加荷載、列車運營振動荷載等,以及對水文環境條件的改變,有可能破壞目前滑坡體的應力狀態,導致其失穩。

4 地質選線

可研階段前期確定的線路方案基本沿滑坡體中上部新黃土中以半挖半填的形式通過。該方案從地質角度對滑坡的穩定性和線路運營安全方面考慮基本不可行。隨著工作的深入,線路繞行三個連續滑坡,向東偏移300 m,在山體穩定區域以沖溝架橋、山脊挖方的形式通過。最終確定方案路基巖土體工程性質穩定,施工條件較好,橋臺可建造在穩定的基巖上,開挖邊坡左側有輕微順層現象,需放緩路塹邊坡并加強支護。

5 結語

1)通過調查測繪資料,鹿家岔不良地質體是一個具有相同性質和構造特征的三個連續滑坡組成的順層滑坡群。2)由于其規模浩大,又是三個連續滑坡,鐵路選線時采取繞避方案。3)第三系黏土層較薄且下伏三疊系砂泥巖互層的巖層,易在接觸面處積水,發生巖層軟化的現象,導致地層強度降低,順層的地方如失去支擋更加容易產生滑動,應在今后的工程中引起重視。

綜合地質勘探是復雜不良地質工點勘察的主要方法,地質調繪是綜合勘探的基礎,資料綜合分析及正確的判斷結論是整個工作的核心。在工程勘測的初期,充分利用既有資料,運用多手段、多途徑的方法對復雜不良地質工點做出準確判斷,在選線時進行必要的考慮,對節省勘察時間,后續工作的順利開展以及工程造價等問題都具有重大意義。從工程地質角度提出的繞避鹿家岔滑坡群的建議已被采納,該段線路往東移,在滑坡群以外通過。

[1] 鐵道第一勘測設計院.鐵路工程地質手冊[M].北京:中國鐵道出版社,1999.

[2] 王松齡,豐明海.滑坡區巖土工程勘察與整治[M].北京:中國鐵道出版社,2001.

[3] 梁龍標.武夷山鐵路獎口滑坡的形成與工程整治[J].山西建筑,2008,34(22):263-264.