寶蘭客運專線王家墩滑坡勘察及地質選線

王 旭

(中鐵第一勘察設計院集團有限公司,陜西西安 710043)

新建鐵路寶雞至蘭州客運專線是中國“四縱四橫”客運專線網的重要組成部分,也是連接鄭州至寶雞客運專線、蘭新鐵路第二雙線的國家干線鐵路。沿線通過地貌單元多樣,地質情況復雜多變,不良地質極為發育。鐵路通過天水市秦安縣時，受站位、客運專線技術標準及地形控制須通過王家墩巨型古滑坡群，線路以隧道形式通過。查明該滑坡的分布范圍、結構特性、穩定程度、地下水活動情況及其與線路的關系,對地質選線具有重要的意義。本文重點闡述對王家墩滑坡的勘察及秦安隧道地質選線。

1 工程概況

王家墩滑坡地處天禮盆地低山丘陵區西北部、秦安縣城北側葫蘆河西岸。葫蘆河在秦安縣城形成秦安小盆地,王家墩滑坡處于該盆地北側邊緣,自然山坡高陡,地面高程1 210～1 710 m,沖溝發育,相對高差200～500 m。王家墩滑坡體自西側山頂附近發育,滑體體長約2.7 km,寬度1.8 km,厚度60～90 m,呈長條狀,滑體前端已覆蓋在一級階地上,目前滑體自然坡度10°～20°,滑體上多已被辟為耕地,種有大量果樹。受秦安站位、客運專線技術標準及地形控制,隧道無法繞避王家墩滑坡。

2 滑坡工程地質特征

2.1 滑坡地層結構

沿線地層分布受地質構造單元控制,鉆孔揭示王家墩滑坡附近主要出露的地層有第四系松散沉積層、第三系泥巖、華力西期花崗巖等。

王家墩滑坡滑帶位于第三系泥巖中,滑體前端(舌部)在一、二級階地形成堆積體。

一級階地地層結構為：表層為滑體(黏質黃土、泥巖)堆積層,厚5～15 m不等；其下為一級階地沖積黏質黃土、粉質黏土等,厚3～5 m；下部普遍分布一層沖積砂層、細圓礫土等,厚1～6 m；底部為第三系泥巖和花崗巖,其中花崗巖只在滑坡區北側局部有出露。基巖頂面高程一般在1 200～1 210 m。

二級階地地層結構為：表層為滑體(黏質黃土、泥巖)堆積層,厚度差異大,5～60 m不等,滑體物質以泥巖為主,間雜黏質黃土,相互揉皺明顯,泥巖中可見較多擦痕、摩擦鏡面等；其下為二級階地沖積粉質黏土,厚度差異較大(5～40 m),該粉質黏土以青灰色為主,未見擦痕、摩擦鏡面,屬靜水沉積產物；二級階地下部普遍發育一層沖積砂層、細圓礫土等,厚1～10 m；底部為第三系泥巖,泥巖頂面高程一般在1 220～1 230 m。

根據鉆探揭示,滑坡區三級階地殘留的范圍較小,勘探揭示其地層結構與二級階地很類似,砂礫層厚度一般2～5 m,基座基巖面高程約為1 242 m。

王家墩滑坡分區平面如圖1所示。

圖1 王家墩滑坡分區平面

2.2 滑坡區地質構造特征

王家墩滑坡在區域構造上地處祁呂弧形褶皺帶和隴西系旋卷構造的復合部位,位于天(水)禮(縣)盆地的北部,構造較為發育,特別是晚第三紀以來,區內新構造運動較為活躍,表現為地震活動頻繁，河谷兩岸高階地發育，現代河流侵蝕、下切明顯。其主要構造線一般為近東西、北西向發育。

2.3 滑坡區水文地質特征

區內發育的最大河流為葫蘆河,為渭河的一級支流,屬黃河水系,常年有水,但近年也出現過短期斷流現象。

區內地下水主要分為松散層孔隙潛水、碎屑巖類孔隙裂隙水兩種類型。滑坡體內松散層孔隙水的含水層具有不連續和不均勻的特點,埋藏條件復雜,呈不連續的點、片狀分布,水量不大,富水程度主要受滑坡地貌形態所控制。地下水具氯鹽及化學侵蝕。

滑坡區地表泉水點主要分布在滑坡后緣(有三處),為下降泉,水量一般在0.5～1 m3/d,被當地村民作為飲用水源使用；滑體前緣有連續分布,平面上呈扇形區域,出露高程一般在1 250～1 320 m附近,地表能形成積水點的主要有8處,水量一般在0.5～2 m3/d,被當地村民作為澆地用水使用。

3 滑坡特征

通過地質調查,根據滑體地貌特征、次生滑坡發育特征,將滑坡分為3個大區,10個小區,并確定3條滑坡主軸,沿滑坡主軸及與線路相關部分布置鉆孔,研究滑坡特征。

其中Ⅰ區為初次滑動后形成的相對穩定區域,其整體呈臺地狀,但周邊發育次生滑坡；Ⅱ區為Ⅰ期滑坡體的再次滑動后形成的區域,斜坡地帶次生滑坡很發育,支離破碎,多期次滑坡連續發生；Ⅲ區為古滑坡堆積體及與線路方案有關的次生滑坡(如圖2所示)。

圖2 王家墩滑坡主軸剖面示意

3.1 滑坡分區特征及穩定性評價

(1)Ⅰ區

Ⅰ-1區：位于滑坡區最后緣,地貌上呈一弧形洼地,為王家墩滑坡初次滑動后形成,后期改造輕微。該區域長約500 m,寬約1 000 m,滑體厚約50 m,滑床位于風化泥巖中,滑體物質主要為黏質黃土和風化泥巖,滑坡后緣有殘留的圈椅狀地貌。滑體坡面平緩,滑坡前緣并有較長的臺地反壓,抗滑地段較長,滑體長期剝蝕,平緩順直,土體也經長期壓密,前緣陡坎直立。滑坡體有村民長期居住,房屋也未產生裂縫,村民種植的高大喬木也生長良好,該區穩定性較好。

Ⅰ-2區：位于滑坡區中部,地貌上呈相對平緩的臺地狀,該滑塊前緣、側緣高陡,發育有多處次生滑坡。該區域長約1 400 m,寬約500 m,滑體厚約70 m,滑床位于風化泥巖中,滑體物質主要為黏質黃土和風化泥巖。前緣陡緩交界處生長大量的蘆葦等喜水植物,有8處泉水呈扇形分布,出水量較小,一般約0.5～2 m3/d。

該區為古滑坡體,滑體坡面平緩,滑坡前緣壓在二、三級階地上,前緣高陡,地下水發育,滑體周圍長期剝蝕,發育多處次生滑坡,該區穩定性較差。

(2)Ⅱ區

Ⅱ-1區：位于滑坡主軸南側,為王家墩滑坡初次滑動后滑體的再滑動。該區域長約2 000 m,寬約1 000 m,滑體物質以風化泥巖為主,厚10～30 m,滑床位于風化泥巖中,滑體上沖溝發育,次生小滑坡密集。周邊剝蝕嚴重，后期滑動明顯,幾乎無抗滑地段,滑體長期剝蝕,支離破碎,該區穩定性較差。

從Ⅱ號主軸剖面分析,當采用黏質黃土的剪切指標φ=20°、C=20 kPa；滑帶土泥巖在可塑狀態下的殘剪(峰值)指標,φ=11°,C=20 kPa；黃土天然容重γ=1 800 kN/m3；第三系泥巖天然容重γ=2 100 kN/m3。滑坡穩定性系數K=1.2。

Ⅱ-2區：位于Ⅱ-1區下游端,為Ⅱ-1區滑塊的滑體物質的堆積區,滑體物質堆積在一、二級階地上,地貌上呈后高前低扇形隆起,類似于洪積扇地貌。該區域長約800 m,寬約500 m,堆積體物質以黏質黃土、風化泥巖為主,厚度差異較大,一般厚度10～40 m,最大厚度超過80 m。屬穩定的古滑坡滑體堆積區。

Ⅱ-3區：位于王家墩滑坡的北側,為王家墩滑坡初次滑動后滑體再滑動,呈弧形斜坡地貌。該區域長約1 000 m,寬約1 800 m,滑床位于風化泥巖中,滑體物質以黏質黃土和風化泥巖為主,滑體厚度一般10～30 m。地貌上該區滑坡后壁陡直,其前緣堆積于沖溝內,形成明顯的滑坡堆積體,滑體上沖溝發育,支離破碎,次生小滑坡密集,陷穴發育。該滑坡區次生滑動明顯,剝蝕嚴重,穩定性較差。

(3)Ⅲ區

Ⅲ-1區：位于Ⅰ-2區前緣南側部分,為Ⅰ-2區前緣滑體的再次滑動形成的次生滑坡。Ⅰ-2區前緣高陡,滑體物質堆積厚度大,地下水較發育,生長大量的蘆葦。該區域長約250 m,寬約300 m,堆積體物質以黏質黃土、粉質黏土為主,厚度差異較大,一般厚度10～40 m。前緣可見到有新近滑動跡象,屬不穩定的次生滑坡。

Ⅲ-2區：位于Ⅰ-2區前緣東南側部分。Ⅰ-2區前緣在該范圍高陡,山腰附近地下水較發育,溝谷和坡面上生長有較多的蘆葦。該區域長約300 m,寬約160 m,滑體物質以黏質黃土、粉質黏土為主,受后期改造,大部分滑體以泥石流形式排出溝口。前緣可見到有新近滑動跡象,屬不穩定的次生滑坡。

Ⅲ-3區：位于Ⅰ-2區前緣東側部分。Ⅰ-2區前緣在該范圍主要堆積于二級階地上,該區域長約440 m,寬約100 m,呈長條形,滑體物質以黏質黃土、粉質黏土為主,根據調查該體在1978年夏季又出現了較大滑動,前緣沖出溝口,壓沒了十幾間民房,但根據剖面檢算,目前處于穩定狀態。

Ⅲ-4區：位于Ⅰ-2區前緣東北側部分。Ⅰ-2區前緣在該范圍堆積于三級階地上。該區域長約300 m,寬約150 m,滑體物質以黏質黃土、風化泥巖為主,滑坡規模較小,滑體堆積于一、二級階地上,滑坡規模較小,處于基本穩定狀態。

Ⅲ-5區：位于Ⅰ-2區前緣北側部分,該區域長約800 m,寬約200 m,呈不規則的條形,堆積體物質以黏質黃土、風化泥巖為主,主要滑動方向為向溝心的滑動,后緣陡直,前緣占壓溝谷,其特征類似于錯落體,滑坡體坡面較平緩,出現再次滑動的可能性很小。

3.2 滑坡形成的原因分析

(1)特殊的地層結構

秦安附近新生代地層極其發育,第三、第四系廣布于地表,第四系地層以黏質黃土、砂質黃土為主,質地疏松多孔,垂直節理發育,透水性好,濕陷性強,其下部的第三系泥巖隔水性好,風化嚴重,由于經受長期剝蝕也很不平整,因此在黃土和泥巖界面或泥巖風化層中容易形成滑動面。

(2)特殊的地質構造位置

王家墩滑坡區位于天(水)禮(縣)盆地的北部,構造較為發育,特別是晚第三紀以來,區內新構造運動較為活躍,使黃土與第三系泥巖接觸面起伏不平,從地貌上形成了不穩定的斜坡地貌,黃土梁峁被侵蝕切割,形成陡坡深溝,加之該時期地震活動頻繁,使山體失去平衡,導致滑坡的發生。

(3)地震活動頻繁

根據國家地震局劃分的地震區帶,天水—秦安屬青藏高原東北部地震區的天水—蘭州地震帶,為強度大、頻度高的地震帶。區內斷裂及褶皺均較發育,尤其是晚第四紀以來斷裂活動顯著,在有史料記載以來,區內發生的最大地震震級達8.2級。

(4)地下水及集中降雨

地表調查發現,滑坡區后緣和前緣共有八處泉水出露點,雖水量不大,但四季不干；鉆探揭示,鉆孔中的水呈不連續的點、片狀分布,未形成連續的含水層,但在強降雨等因素的影響下,淺表黃土指向沖溝的局部滑動的可能性較大。據收集的氣象資料,秦安縣年平均降雨量為448.8 mm,年最大713.1 mm,一次最大94.1 mm,連續17 d。但在歷史上,依據《天水市志》氣象性自然災害的記載“秦州大雨傾盆,山水泛濫,沖入城內,淹沒農舍”的現象也時有發生。

4 結論及工程地質選線建議

王家墩滑坡為一巨型切層古滑坡,滑坡發育范圍大,次生滑坡發育,整體處于基本穩定狀態,線路無法完全繞避時,工程地質選線時應繞避不穩定的地段,選擇在穩定的地段通過。

從滑坡穩定性分區看,Ⅰ-1區、Ⅱ-1區,位于滑坡體后緣,分布位置高,滑面所在高程大,工程選線基本不涉及這兩個區域。

Ⅰ-2區,前緣壓在二級階地上,二級階地基座高程約1 220 m,線路若由此區域通過,則須調整坡度,軌面高程應在1 220 m以下,并采取加固措施。

Ⅱ-2區,為滑坡體堆積區,類似于洪積扇,處于穩定狀態,線路方案可以選擇適當的位置通過。

Ⅱ-3區,位于斜坡地段,滑面高,下部泥巖厚度大,巖體完整,隧道可從滑面下部較深位置通過。

Ⅲ區為次生滑坡發育區。Ⅲ-1、2區穩定性較差,線路通過應采取防護措施；Ⅲ-3區,滑坡主軸基本垂直于線路走向,滑體堆積于一、二、三級階地,高程差異大,線路方案可選擇在三級階地下部通過,通過一、二級階地范圍應采取加固措施；Ⅲ-4、5區在高階地上發育,滑面位置較高,線路可選擇在滑面以下穩定的泥巖中通過。

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