老虎溝滑坡工程地質選線

丁茂林

(中鐵工程設計咨詢集團有限公司，北京 100055)

1 概述

山西中南部鐵路通道橫貫山西、河南、山東三省，本鐵路通道西起山西省呂梁市瓦塘，途徑呂梁、臨汾、長治、安陽、鶴壁、濮陽、濟寧市，接軌于兗日線曲阜北站，同時修建韓崗經泰安、萊蕪、臨沂至日照南的新通路。線路先后翻越呂梁山、太岳山、太行山及沂蒙山，跨越南同蒲、太焦、京廣、京九、京滬、膠新、兗日等國鐵干線，全長1 316.334 km。線路自洪洞北引出后，于DK351+695.5～DK357+312.5段經過太岳山山前臺地的老虎溝滑坡群，根據線位與老虎溝滑坡的位置關系，主要有三個不同的線路比較方案(見圖1)。

①滑坡中穿方案D1K353+470～D1K353+866正穿老虎溝滑坡，其中D1K353+470～D1K353+830段以隧道通過，D1K353+830～D1K353+850(長鏈后)以路基通過，D1K353+850～D1K353+866(長鏈后)以中橋通過;②下游繞避滑坡方案D2K位于老虎溝滑坡下游側，距老虎溝滑坡東南側邊緣310 m，通過與老虎溝滑坡預留安全距離通過;③上游繞避滑坡方案D3K位于老虎溝滑坡上游側，距老虎溝滑坡東北側邊緣130 m，對老虎溝滑坡完全繞避。

圖1 老虎溝滑坡群與各比較方案平面示意

2 自然特征

2.1 地形地貌

老虎溝滑坡位于太岳山山前沖洪積臺地與臨汾盆地的交界部位，地勢起伏較大，且沖溝發育，地面高程620～830 m，相對高差可達210 m，沖溝內地形陡峻。

2.2 地層巖性

區域內地層巖性相對較多，表層為第四系上更新統砂質黃土，第四系中更新統黏質黃土，上第三系粉質黏土、粉細砂，下伏基巖為三疊系上統延長組砂巖、泥巖，中統銅川組砂巖、凝灰巖，以及由斷層構造形成的壓碎巖。

(1)第四系上更新統(Q3)

①砂質黃土(Q3al):主要分布于地表，灰黃色為主，土質較均勻，孔隙度較大，垂直節理發育，土質疏松，松散－稍密，干燥。

(2)第四系中更新統(Q2)

②黏質黃土(Q2pl):主要分布于表層砂質黃土之下，桔黃色為主，土質較均勻，可見少量的鈣質結核，硬塑－堅硬。

(3)上第三系(N2)

③1粉質黏土(N2):棕紅色為主，土質不均，夾有大量的粉細砂，局部含礫，可見大量的黑色鐵錳質結核，堅硬。

③2粉細砂(N2):紫紅色為主，成分主要以石英、長石等為主，砂質不均，夾有大量的黏粒，局部夾少量礫石，潮濕—飽和，中密—密實。

(4)三疊系上統延長組(T3y1)

④1砂巖:淺黃色、灰黃色為主，主要成分以長石為主，細粒結構，薄層狀構造，巖質較堅硬，巖體較完整，風化層厚約4～8 m。

對于協同設計來說，主要是指多個專業的設計人員集中在統一的系統平臺中，借助數據共享協同促進設計項目的順利完成。加強三維CAD基礎平臺的構建，使各專業加強統一的三維數據模型設計平臺的應用，如地質、水工以及工藝等專業，進而實現數據共享的目標，將上下游各個專業之間的數據整合在一起。多專業協同設計具有較強的便利性和準確性，可以促進工程設計質量的提升，順應CAD領域的技術發展趨勢。

④2泥巖:青灰色、紫紅色為主，泥質結構，薄層狀構造，巖質較軟，巖體較破碎。

(5)三疊系中統銅川組(Tt22)

⑤1砂巖:肉紅色、淺黃色為主，主要成分以長石為主，細中粒結構，中層狀構造，局部夾有薄層黃綠色頁巖，巖質較堅硬，巖體較完整，風化層厚約3～7 m。

⑤2凝灰巖:粉紅色、紫紅色為主，細粒結構，薄層狀構造，遇水后迅速崩解，風化后呈紅色、紫色、灰白色彩色黏土狀。

(6)壓碎巖

主要分布于斷層構造帶內，原巖為三疊系上統延長組砂巖、泥巖，顏色以原巖顏色為主，主要呈灰黃色、青灰色、紫紅色，巖體呈碎塊狀，裂隙內有泥鈣質充填，巖體易碎。

2.3 地質構造

該區域處于浮山大斷裂的西側邊緣，受此影響，地質構造發育。老虎溝內主要的地質構造有F1正斷層，斷層寬度變化較大，約45～150 m，斷層帶物質主要以壓碎巖(原巖為砂巖)為主，局部可見斷層角礫。斷層整體走向與老虎溝斜交，南側產狀約N29°E/78°N，延伸至老虎溝滑坡群西南側邊界后，斷層走向朝東側扭轉，產狀大體變為N65°E/78°N，繼續朝北東東方向延伸，延伸至西池村西側被上第三系、第四系地層完全覆蓋。同時，在花池溝南側，發育有一f1－1次生正斷層，斷層帶寬度約50 m，斷層帶物質主要以壓碎巖(原巖為砂巖)為主，斷層產狀為N60°W/85°N;物探測試查明南側發育f1－2次生斷層，由于表層被第四系覆蓋，斷層性質不明。

2.4 水文地質

3 不良地質與特殊巖土

3.1 不良地質

(1)滑坡

老虎溝滑坡位于位于F1斷層北側、老虎溝右側，在平面上呈一簸箕形(見圖2)。滑坡長約600 m，寬約450 m，滑坡體厚度變化較大，根據已鉆鉆孔HMGSZHP1號孔揭示，厚度間于5～40 m，滑坡區域內地勢東北高、西南低，滑坡主體滑向為 S50°W(230°)，為一受F1斷層構造帶影響、沿三疊系泥巖軟弱層滑動的基巖順層滑坡。滑坡后緣可見明顯的地表拉裂縫、串球狀黃土陷穴，地形呈明顯的圈椅狀構造，且滑坡呈嵌套式多級滑動。受F1斷層構造的影響，滑坡可分面明顯的兩個主滑部分，滑坡體內又局部發育有小方量的次級滑坡，構成了一大規模的滑坡群。滑坡后緣為第四系黏質黃土，前緣土體被沖蝕，裸露基巖，局部基巖由于受滑坡影響，出現明顯的基巖反翹現象;同時，在滑坡群內又伴生有小規模的次生切層滑坡。

(2)淺表層溜坍

區域內表層地層主要第四系上更新統砂質黃土，砂質黃土孔隙度較大，垂直節理裂隙發育，在下部臨空的情況下淺表層產生錯動，形成小規模的溜坍。該段線路主要以隧道工程通過，淺表層溜坍對工程影響較小。各溜坍具體分布見圖3。

圖2 老虎溝滑坡群全貌

(3)黃土陷穴

黃土陷穴主要形成在滑坡的后緣，由于受滑坡拉裂縫的影響，滑坡后緣的圈椅狀構造處往往地勢相對較低，降水時雨水在此匯聚，并沿滑坡形成的拉裂縫下滲。隨著時間的推移，在長期雨水下滲處黃土區形成局部下陷的洞穴，區域內在滑坡后緣處均有分布。

3.2 特殊巖土

(1)濕陷性黃土

區域內特殊巖土主要為濕陷性黃土，具濕陷性，根據相鄰區域內取樣實驗，黃土自重濕陷系數δzs=0.01～0.022，濕陷系數 δs=0.01～0.05，屬于Ⅱ級中等非自重濕陷性場地類型。

(2)膨脹巖

隧道出口段出露有三疊系中統銅川組凝灰巖，遇水迅速崩解、軟化，且具膨脹性，工程性質極差，對隧道工程影響較大。

4 各方案工程地質與水文地質條件及問題

盡管三方案相距較近，但由于受斷層、滑坡影響，三方案通過區域內的巖性、構造和不良地質差異較大，因此，分別從工程地質和水文地質條件等方面對三方案做出詳細評估。

圖3 老虎溝滑坡群不良地質體分布示意

4.1 滑坡中穿方案D1K

滑坡中穿方案D1K通過地層巖性相對較為單一，主要為三疊系上統砂泥巖，線路與F1斷層相交于D1K353+700～DK353+840之間(130 m)，D1K353+700～D1K353+830以紅木溝隧道通過該斷層，隧道通過該段巖性主要為壓碎巖，局部為斷層角礫、泥礫。同時，HMGSZ－HP1號孔揭示，該段地下水位埋深較淺(19.5 m)，D1K353+700～D1K353+830段通過地層主要為水位以下的斷層破碎帶，工程性質差，且隧道設計、施工風險大。同時，D1K正穿老虎溝滑坡D1K353+470～D1K353+866(D1K353+859.7=D1K353+840長鏈)，由于該滑坡方量巨大(長×寬×厚=600 m×450 m×5－40 m)，工程上基本上無處理的可能性，建議對此滑坡進行繞避。綜合而言:D1K通過區域內地層巖性較差，且D1K353+700～D1K353+830段位于地下水位以于的斷層破碎帶內，工程地質和水文地質條件差。

4.2 下游繞避滑坡方案D2K

下游繞避滑坡方案D2K通過的地層主要為三疊系上統延長組砂泥巖，上第三系粉質黏土、粉細砂層，線路與F1斷層相交于D2K354+120－D2K354+250之間。經調查發現，下伏三疊系基巖與上覆上第三系地層為不整合接觸關系，推測F1斷層形成于三疊系與上第三系之間;經鉆探、物探測試驗證，隧道洞身在D2K354+100－D2K354+800全位于上第三系地層中，而F1斷層帶位于上第三系地層的下部，對工程影響較小，見圖4。

D2K方案位于滑坡的下游側，離滑坡群最近距離為310 m，距離較遠，同時，溝心在該段縱坡小，相對高差為6 m，滑坡對D2K方案影響較小;且本次鉆探過程中鉆孔未見地下水。綜合而言:D2K方案通過區域內巖性主要以第三系粉質黏土、粉細砂層，三疊系砂泥巖為主，斷層構造、地下水以及滑坡對該方案均影響較小，工程地質與水文地質條件相對較好。

圖4 D2K兩屆莊隧道進口段與F1斷層接觸關系示意

4.3 上游繞避滑坡方案D3K

上游繞避滑坡方案D3K方案通過地層主要以三疊系上統延長組砂泥巖，中統銅川組砂泥巖、凝灰巖為主，線路與F1斷層相交于D3K353+665～D3K353+915之間，與F2斷層相交于D3K354+056～D3K354+136之間。受構造的影響，巖性主要為壓碎巖，局部為斷層角礫、泥礫，圍巖工程性質差;同時F1斷層上升盤翼所夾三疊系中統銅川組凝灰巖，遇水崩解、軟化迅速，工程性質很差。受斷層構造的影響，區域內泉點較發育，老虎溝、張家莊西側沖溝內均發現有泉水出露。本次調查發現，老虎溝內常年流水，主要為斷層帶內泉水補給，且水量較大。D3K方案在該段以隧道形式通過，位于地下水位以下的D3K353+665－D3K353+915、D3K354+056－D3K354+136斷層破碎帶，F1斷層上升盤翼隧道出口段的凝灰巖工程性質很差，隧道設計、施工風險大。同時，山體表層沖溝發育，局部仍發育有少量的小滑坡、崩塌，對該方案仍有一定的潛在風險。綜合而言:滑坡北側方案D3K工程地質和水文地質條件差。

5 各方案工程地質條件綜合評價及比選意見

根據以上詳細論述，現分別從工程地質、水文地質條件、不良地質和特殊巖土影響程度、工程風險作出相應對比分析，見表1。

表1 老虎溝滑坡各方案比較

通過對工程地質、水文地質條件、不良地質和特殊巖土影響程度、工程風險等方面的評估，綜合考慮斷層、滑坡、斷層富水對隧道工程的影響等多方面的因素后，在預留與老虎溝滑坡足夠的安全距離條件下，老虎溝滑坡南側方案優勢較明顯，因此，推薦 D2K方案做為貫通方案。

6 結束語

老虎溝滑坡工程地質選線，在充分利用既有工程地質、水文地質資料的基礎上，合理布置了鉆探、物探等勘探措施，對該區域內的滑坡、斷層等不良地質進行了較合理的綜合分析，選取工程地質條件相對較優的下游繞避滑坡方案D2K作為推薦方案。不良地質條件下的鐵路選線，應綜合考慮多方面可能帶來的影響，使線路方案趨于安全合理、經濟科學。

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