關于鐵路路塹邊坡區域地質災害防治的思考

王先龍

(南廣鐵路有限責任公司，南寧　530022)

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關于鐵路路塹邊坡區域地質災害防治的思考

王先龍

(南廣鐵路有限責任公司，南寧530022)

摘要：區域地質災害是鐵路工程建設和運營不可避免的工程難題。通過介紹南廣鐵路梧州段路塹邊坡區域地質災害防治的基本情況、項目地質災害危險性評估成果以及相關區域地質災害防治研究現狀，分析從區域地質災害防治角度開展鐵路路塹邊坡設計的重要性和必要性，提出將區域地質災害防治貫穿路塹邊坡工程整個壽命周期的觀點，從設計、施工、運營維護的角度指出區域地質災害防治的基本思路。

關鍵詞：鐵路；區域地質災害；路塹邊坡

高速鐵路建設以來，路基地基處理、填料質量、工后沉降控制及其施工組織安排等得到了各方的高度重視，路堤邊坡發生病害的現象基本得以消除，但對路塹邊坡相對重視不夠，特別是工程條件比較復雜或容易發生崩塌、工程滑坡等區域地質災害地段。盡管業界已經認識到，在勘察設計階段如何盡量降低不良地質對工程的影響，對鐵路工程的施工及運營安全具有非常重要的意義[1]；在不良地質時宜“地質選線”比選線路方案時對地質因素考慮最多[2]；有關人員針對川藏鐵路選線問題指出在調查擬建川藏鐵路沿線主要地質災害及分析其特征的基礎上，從地質角度研究其選線原則[3]，但是，對于區域地質災害潛在風險的預防未引起足夠的重視。南廣鐵路桂平至肇慶段，尤其是梧州段路塹邊坡工程施工中發生的區域地質災害就非常典型，從區域地質災害防治的角度對鐵路路塹邊坡設計方案進行思考和總結，對工程建設、運營維護和所在地區類似工程建設將具有重要的意義。

1工程概況

南寧至廣州高速鐵路跨越桂、粵兩省區，是《國家鐵路中長期規劃》的重要項目之一，是廣州至昆明高速鐵路通道的組成部分，是連接我國西南與華南的快捷大通道。項目于2009年全面開工，于2014年12月26日建成并開通運營，取得了良好的社會經濟效益，已經成為兩廣地區的經濟大動脈。其中桂平至肇慶東段地貌以低山丘陵、低丘臺地和山間谷地為主，總體地勢是西北高東南低；屬典型的亞熱帶季風氣候，年平均氣溫21℃左右，年降雨量1300～1700 mm，最大日降雨量200～270 mm；地震動峰值加速度0.05g，反應譜特征周期為0.35 s，基本烈度為Ⅵ度；出露地層從新至老分別為第四系、白堊系、三疊系、石炭系、泥盆系、志留系、奧陶系、寒武系，出露地層巖性以紫紅色粉砂巖、全風化花崗巖為主，上覆薄層含礫黏性土，侵入巖以酸性巖為主，風化強烈，風化殼厚達數十米，符合軟巖在工程環境各種因素作用下，呈現軟弱或松散破碎的自然性狀產生顯著變形或流動[4]的特性，屬于軟質巖層或土層；不良地質主要有崩塌(圖1)、滑坡和坡面泥石流等；地下水以第四系孔隙(潛)水為主，靠大氣降水和地表水補給，季節性變化大。全段線路總長284.92 km，路基工程長116.25 km，占40.8%，其中深路塹(邊坡高度大于15 m )61處，長7.66 km，最深邊坡高度達49.5 m，順層邊坡47處，長8.72 km。深路塹和順層邊坡主要分布在梧州市藤縣、蒼梧縣境內，路塹邊坡支護工程是南廣鐵路梧州境內的重點和難點工程。

圖1　梧州境內既有崩塌災害

1.1原設計方案

(1)對于非順層軟質巖及土質邊坡，當邊坡高度不超過20 m時，分級設置M7.5漿砌片石拱型截水骨架護坡，級高按10 m控制，坡率為1∶1.25；當邊坡高度大于20 m時，在坡底設一級重力式或樁板式擋土墻，墻高控制在8 m，其上分級設置M7.5漿砌片石拱型截水骨架護坡，級高按10 m控制，坡率1∶1.25～1∶1.5；對地質條件較差的邊坡，采用加錨桿(長6～12 m)的混凝土框架代替M7.5漿砌片石骨架；分級平臺寬度2 m，用M7.5漿砌片石封閉并設置截水溝；骨架護坡主骨架厚0.6 m，間距3.0 m，骨架內植草及灌木；塹頂外5 m設C25混凝土預制梯形天溝。

(2)對于順層邊坡，當巖層走向與線路走向夾角大于40°時，原則上不考慮順層影響，按一般路塹設計，邊坡放緩一級并適當加強邊坡防護；對于無軟弱夾層硬質巖邊坡，當巖層視傾角小于15°時，也不考慮順層的影響，按一般路塹設計；當巖層視傾角大于35°時，采用順層清方；當巖層視傾角介于15°～35°時，根據順層清方量及巖層間軟弱夾層情況采取抗滑或預加固措施。

1.2地質災害情況

工程開工后，路基土石方集中安排在2009～2010年的旱季施工，至2010年雨季之前，路塹邊坡開挖及上邊坡防護施工基本完成，但綠色植物防護體系及永久性排水系統尚未形成。雨季來臨后，梧州地區成型的路塹邊坡普遍發生了崩塌及工程滑坡等地質災害，相鄰的廣東云浮地區雖然也存在路塹高邊坡，但并未發生同類災害。崩塌主要表現為一、二級邊坡表層及骨架的下切滑塌(圖2)，滑坡主要表現為線路右側順層滑塌(圖3)，甚至出現破壞樁或擋土墻的情況。至2010年9月，累計發生明顯的崩塌9處、工程滑坡6處。調查發現，同期梧州境內南梧高速公路、馬梧高速公路既有路塹邊坡也發生了類似災害。經分析，發生地質災害的地層主要是白堊系下統粉砂巖地層或寒武系全風化花崗巖地層，雖然存在局部邊坡開挖工藝不合理、綠色防護及排水系統沒有及時形成等誘發因素，但強降雨及特有的地層巖性和地質構造是主要原因，表現出明顯的地域特征。

圖2　邊坡下切滑塌

圖3　工程滑坡

1.3補強設計情況

2010年10月，經對全段路塹邊坡地質災害進行排查、補充勘察和研究，對梧州段路塹邊坡設計制定了補強措施，結合大錨桿(長度8 m)加固路塹順層邊坡，施工工藝簡單，可與錨固樁等措施配合使用，對地形、地質條件的適應性強[5]的特點，主要采用了分層穩定施工及坡腳的預加固處理[6]技術。

(1)對于非順層軟質巖及土質路塹邊坡，在坡底設一級重力式擋土墻，墻高控制在8 m，新設擋墻高度控制在5 m，墻頂和墻底均設4.0 m寬平臺，用M7.5漿砌片石封閉，上級邊坡坡率1∶1. 5～1∶1.75，分級高度按10 m控制，部分工點為8 m或6 m，一級與二級邊坡采用加錨桿(長12 m)的混凝土框架防護，三級及以上邊坡采用M7.5漿砌片石拱型截水骨架防護，其余措施同原設計。詳見圖4。

圖4　非順層軟質巖及土質邊坡補強設計橫斷面(單位：m)

(2)對于順層邊坡：按滑坡檢算邊坡穩定性，滑體抗剪強度指標取c=10 kPa、φ=12°～18°。根據檢算結果，一般情況下設一級重力式或樁板式擋土墻，個別工點采用了預應力錨索樁，墻高按8 m控制，墻頂設4.0～10 m寬平臺，用M7.5漿砌片石封閉，上級邊坡坡率1∶1. 5～1∶2，分級高度按8 m控制，一級與二級邊坡采用加錨桿(長12 m)的混凝土框架防護，三級及以上邊坡采用M7.5漿砌片石拱型截水骨架防護，在樁頂墻頂設位移觀測點進行觀測，在框架及平臺上設邊坡變形觀測樁；其余措施同原設計；詳見圖5。

圖5　順層邊坡支護補強設計橫斷面(單位：m)

1.4運營后邊坡狀況

按照上述補強方案，梧州段路基邊坡支護工程于2011年底基本完成，于2013年底通過靜態驗收，于2014年4月開始初期運營，截至目前已經過4個雨季考驗。2015年底排查表明路塹邊坡支擋結構未發現變形及開裂的現象，邊坡也未發生崩塌災害，零星存在骨架斷裂、外鼓，平臺和排水溝不均勻沉降等現象。總體上邊坡保持穩定。在施工組織設計時靠前安排路塹邊坡支護工程施工，根據區域地質災害的發生情況及時采取補強整治措施，對于預防區域性地質災害起到了重要作用。

2地質災害評價情況

區域地質災害評價是指在一定的面積范圍內，根據區域地質條件背景，地質災害觸發因素及人類活動狀況，對區域地質災害發生的空間、時間和可能造成的危害、損失所做出的各種分析與判斷[7]。南廣鐵路于2007年啟動項目前期工作，在可行性研究階段開展了地質災害危險性評估工作。評估成果明確地指出了梧州地區地質災害的區域特征并預測了鐵路邊坡發生地質災害的風險，但未引起重視。

2.1地質災害總體評價

通過對線路兩側各1 000 m的區域進行調查，在基本查明環境地質條件、現狀地質災害發育特征的基礎上，對地質災害的危險性進行評估。評估結果表明，南廣鐵路桂平至肇慶段所在區域地質環境條件復雜程度屬于復雜類型，地質災害危險性評估級別屬于一級。

2.2區域地質災害特征[8]

評估報告指出，評估區地質災害主要為崩塌和滑坡。調查共發現崩塌60處(土質49處，巖質11處)，滑坡31處，集中分布在桂平市以及梧州市藤縣及蒼梧縣。崩塌主要分布于白堊系粉砂巖夾頁巖、泥巖中及地形坡度在50°～70°的邊坡上，以滑移式破壞為主，由不適當的邊坡開挖(人為因素，18處)和自然因素(降雨、地形、地層巖性，42處)引發，降雨與崩塌的發生有著非常密切的關系。滑坡發生在中山、低山丘陵間，主要分布在梧州境內，其引發因素以人類工程活動不適當的行為因素、自然因素兼而有之。

評估報告預測，鐵路工程挖方高度小于10 m的路段，地質災害以小型滑坡、崩塌為主，崩塌、滑坡體積30～3 000 m3，危害程度小，危險性小；挖方高度10～15 m(土質或軟巖邊坡)、15～20 m(硬質巖邊坡)的路段，亦以小型滑坡、崩塌為主，崩塌、滑坡體積一般為30～3 000 m3，但在順層地段可能會出現中型滑坡，體積大于10萬m3，危害程度小～中等，危險性小～中等；挖方高度大于15 m路段，以中小型滑坡、崩塌為主，但在順層地段若不采取適宜的坡率和可靠的支護措施，可能會出現大型滑坡，危險性中等～大。

2.3地質災害防治措施及建議

對于某一特定區域而言，地質災害往往具有群發性和若干災種伴生性兩個基本特征。充分認識地質災害的區域性規律，對于地質災害的預測分析、危險性評價、防治決策都將起到重要作用。地質災害的區域性規律是一種宏觀規律，掌握了這一規律，將使我們在地質災害防治工作中決策更合理、評價更科學、治理更有效[9]。結合地質災害評估結論，可對南廣鐵路梧州段崩塌及滑坡地質災害防治提出以下措施及建議。

(1)對于軟巖或全風化地層，鐵路選線應盡量避免高填深挖，避免“剝山皮”，路塹邊坡高度一般控制在15 m以內，邊坡采用臺階式，并根據實際情況選擇合理的坡率、邊坡高度或平臺寬度。

(2)陡坡地段采用支擋措施。可根據技術經濟比較采取擋土墻、抗滑樁、錨拉樁和預應力錨索等加固措施，有效降低邊坡高度。當邊坡的下滑力很大時，多采用抗滑樁和預應力錨索；當邊坡較高較陡時，宜選用預應力錨索加固。對于順層優先采用清方方案，其次采用預應力錨固等抗滑措施。施工中要嚴格遵循“分級開挖、分級支護”的原則。

(3)邊坡采用窗式護面墻以及拱形骨架、人字骨架等嵌固邊坡植物防護方式；對上部強風化巖質邊坡可采用坡面錨索加固，下部中風化及弱風化砂巖邊坡采用錨網噴護；對于坡頂或坡面水采取截水溝和平臺水溝將水截住排出。

(4)對邊坡失穩危險性較大的邊坡，在施工及運營初期進行變形監測和預警。

這些措施和建議若得到采納，區域地質災害的防治就更為主動和有效。

3梧州地區地質災害預防研究

廣西梧州市是典型的山城，是地質災害的易發地區，城區內的臨山地段每逢雨季都有不同規模的崩塌、滑坡等地質災害發生，尤其是 2006 年 6 月 8 日，梧州市遭受了40年以來的最大暴雨襲擊，引發了點多面廣、危害性極大的崩塌、滑坡、坡面泥石流等地質災害[10]。6月 8日這 一 天，全市區共發生地質災238處，其中滑坡138處，崩塌36處，坡面泥石流64處[11]，造成了巨大的損失。近年來，廣西壯族自治區和梧州市國土、交通等有關部門對于梧州市區的地質災害的認識和預防也組織開展了大量的研究和工程實踐工作。針對梧州市出露的地層及其巖性特點，李桃等通過對收集到的梧州市100多個地質災害治理工程實例的數據進行統計分析，得出了梧州市砂巖( 碎屑巖 )和花崗巖兩種地區滑坡體地質災害治理設計有關參數的推薦值，為今后梧州市及類似地區的滑坡治理提供參考[12]；陳贊頤等通過建立砂巖和花崗巖兩個滑坡巖土模型，結合梧州市滑坡實際情況分析指出，在滑坡推力小于1 000 kN/m時，使用抗滑樁更經濟。當滑坡推力超過1 000 kN/m時，樁錨結構優勢會逐步明顯。用同樣尺寸的剖面計算，花崗巖地區的滑坡推力都高于砂巖地區；在等量滑坡推力作用下，花崗巖地區的抗滑樁嵌固段比砂巖地區長， 即花崗巖地區的抗滑樁造價更高。當滑坡推力在3 000 kN/m左右甚至更高的時候，在使用錨索的情況下樁徑大都超過了3 m，可考慮設置雙排抗滑樁[13]。上述意見基本與補強設計原則相符。可見，對于不熟悉梧州市區域地質特征的設計、施工等單位，收集和借鑒區域地質災害防治研究成果和工程經驗具有重要意義。

4結論

通常情況下，由于受環境(生產活動、降雨等)的影響較大，區域地質災害的危害性具有不確定性，鐵路選線應盡量繞避區域地質災害。不可避免要穿越不良地質區時，要結合地質災害危險性評價成果，全面查清這些災害的分布和危害，深入研究其特征，進而提出切實可行的防治措施[14]，應將區域地質災害的防治貫穿鐵路路塹邊坡支護工程的整個壽命周期，從勘察設計之初，就應主動采取措施將其危害控制在可接受范圍之內。基本思路如下。

(1)項目地質災害危險性評估報告及業內區域地質災害防治研究成果和工程案例對于區域地質災害的認識和預防具有重要的參考和借鑒意見。比如，從區域上對滑坡進行風險評價、實施風險管理已經成為滑坡災害防治領域的共識[15]。設計、施工以及運營部門要予以高度重視。

(2)路塹邊坡支護設計應優先從區域地質災害防治角度考慮，設計部門要有針對性提出勘察方案和工程措施，并提出施工要求及運營期維護方案。

(3)施工組織設計時要靠前安排路塹邊坡支護工程，以盡早形成排水體系和防護體系并經受完整雨季的考驗，使得地質災害盡可能在施工期得到整治。

(4)運營期間要制定巡查及維修制度，并嚴格執行。同時，易發生區域地質災害區段通常存在交通不便、地形起伏、氣候惡劣的情況，運營期人工監測或預警的難度比較大，有必要研究依托現代信息技術的邊坡變形觀測及地質災害預警系統。

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收稿日期：2016-03-25； 修回日期：2016-04-18

作者簡介：王先龍(1974—)，男，高級工程師，1997年畢業于西南交通大學土木工程學院鐵道工程專業，工程碩士，主要從事鐵路建設管理及路基工程設計與研究工作。E-mail：liangzhouwxl@163.com。

文章編號：1004-2954(2016)07-0047-04

中圖分類號：U213.1+3

文獻標識碼：A

DOI:10.13238/j.issn.1004-2954.2016.07.011

Reflection on Regional Geological Disaster Prevention of Railway Cutting Slope

WANG Xian-long

(Nanning-Guangzhou Railway Co.， Ltd.， Nanning 530022， China)

Abstract：Regional geological disaster is an inevitable problem in railway engineering construction and operation. With reference to the basic conditions in regional geological disaster prevention of the cutting slope and the project geological disaster risk assessment of Wuzhou section on Nanning～Guangzhou railway and the practices in geological disaster prevention of related regions， this paper analyzes the importance and necessity of cutting slope design in perspective of regional geological disaster prevention and control， puts forward the concept of continuing the regional geological disaster prevention throughout the whole project life， and points out the fundamentals of regional geological disaster prevention and control in the design， construction and maintenance.

Key words：Railway; Regional Geological disaster; Cutting slope