晉煤集團西區自營地方鐵路危巖發育機制分析

郭曉軍 申曉月

(1.中鐵工程設計咨詢集團有限公司太原設計院，山西太原 030009；2.河南省濮陽光電產業技術研究院，河南濮陽 457000)

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晉煤集團西區自營地方鐵路危巖發育機制分析

郭曉軍1申曉月2

(1.中鐵工程設計咨詢集團有限公司太原設計院，山西太原 030009；2.河南省濮陽光電產業技術研究院，河南濮陽 457000)

晉煤集團西區自營地方鐵路經過基巖邊坡處局部危巖體發育，給鐵路施工及其運行帶來較大的安全隱患。通過調查分析線址區危巖體的變形破壞特征，發現線址區邊坡危巖體發育具有一定的規律。分析并總結線址區邊坡崩塌破壞的形成原因和破壞機制，根據不同的工程情況，提出相應的治理對策。

砂泥巖 崩塌 破壞機制 防治對策

該鐵路起點位于長治市長子縣，向南經過高平市，終點位于晉城市鄭莊鎮，線路全長約62.5 km，大致呈南北走向。本線主要服務于晉城礦區煤炭外運，通過在建山西中南部鐵路、嘉南鐵路至侯月線，形成一條橫貫晉城礦區南北的煤炭集運通道。

線路所處地貌屬晉東中南部侵蝕山地與黃土丘陵區，由于地質構造及河流的切割、剝蝕、侵蝕作用，該地區地形起伏變化較大，地勢高差懸殊。線址區高邊坡巖性主要為厚層砂巖夾泥巖或泥巖、砂巖互層，巖層呈近水平層狀結構，在本區分布廣泛。砂巖的抗風化能力要遠大于泥巖，對于由砂巖、泥巖形成的邊坡，差異風化現象比較明顯，泥巖由于抗風化能力弱，容易被剝蝕，形成巖腔。上部砂巖受不利結構面的控制，產生崩塌的可能性大。當線路必須以深路塹通過時，邊坡的穩定性對鐵路安全施工以及正常運營影響非常大，必須做好邊坡的防護工程。

1 邊坡崩塌的形成原因

1.1 地形條件

斜坡形成崩塌必須具備高、陡兩個條件。調查研究表明，規模比較大的崩塌，斜坡坡度大多數介于55°～75°之間，且一般大于45°、高度大于20 m。另外，斜坡的坡面形狀對崩塌的影響較大，一般來說上緩下陡的凸形邊坡和凹凸不平的陡坡更容易發生崩塌。

1.2 巖性條件

巖性對崩塌的形成起到至關重要的作用。巖性比較堅硬，巖體比較完整，巖層傾向路基，邊坡高陡，就有可能產生大規模崩塌；軟硬巖互層，因差異風化，坡面凹凸不平，易產生崩塌落石，下部軟巖遭受侵蝕，有可能產生大規模崩塌。

線址區的地層巖性主要為黃綠色砂巖、紫紅色泥巖、砂泥巖互層，巖層產狀90～119°∠4～12°、240～260°∠6～11°、160～190°∠8～13°。一般來說砂巖出露的地段大多形成陡崖或陡坡(見圖1)，而泥巖出露的地段大多形成平臺或緩坡(見圖2)。

圖1 CK26+420(砂巖地段)

泥巖遇水后易膨脹、崩解，失水收縮干裂，干、濕交替的變化極易引起泥巖碎裂崩解；野外現場調查發現，由于泥巖抗風化能力極弱，邊坡一旦開挖暴露，會在較短時間內風化剝落，并堆積于坡腳(見圖3)。砂巖強度較大，抗風化能力較強，由于砂泥巖的差異風化作用，砂巖的下部常常形成巖腔或空洞(見圖4)。

圖3 CK14+360(泥巖邊坡)

圖4 CK17+870(砂巖邊坡)

1.3 構造條件

地質構造對崩塌的形成同樣具有控制作用，與區域構造線平行的路段、斷裂交匯路段、褶皺核部，往往是崩塌易發路段；結構面發育、完整性差的巖體，尤其是當巖體內發育的軟弱結構面傾向路基時，被切割的不穩定巖塊更容易發生崩塌。

1.4 其他條件

地震，融雪降雨，地表水的沖刷、浸泡，晝夜溫差變化等自然因素，以及不合理的邊坡開挖、強烈的機械振動等人類活動，都可能促使巖體產生崩塌。

2 邊坡崩塌的破壞機制

2.1 傾倒-崩塌

直立的邊坡巖體，在其本身重力，裂隙充水產生的靜水壓力、震動力等的共同作用下，如果傾覆力矩大于抗傾覆力矩，巖體就會沿其底部發生轉動，從而使危巖體失穩。危巖體由于自身重力產生的彎矩，會向臨空方向傾倒，而此時危巖體的內側開始出現裂隙。受降雨的影響，裂隙會充滿水，從而產生較大的靜水壓力。厚層砂巖塊體下的軟弱層不斷風化剝落，底部的有效支撐面積減小，重心不斷外移，其穩定性逐漸降低。在靜水壓力、凍融、震動的共同影響下，底部支撐面不足以支撐塊體時就會發生傾倒-崩塌(見圖5)。

圖5 傾倒崩塌破壞

2.2 塑流-拉裂-崩塌

此類型的崩塌主要發育在下部為軟弱層(帶)的軟弱基座形斜坡中。下部軟層泥巖在上部厚層砂巖體壓力作用下，軟巖層會發生向臨空方向的塑流擠出，隨著下部軟層被不斷的擠出，上覆的砂巖體被拉裂，巖體不斷外移、下沉，如果巖體的重心移出坡外就會發生崩塌。另外，巖體內側裂縫由于降水的入滲會產生較大的靜、動水壓力，地下水對軟弱面的浸濕、軟化作用，都是影響巖體發生塑流-拉裂-崩塌的重要因素(見圖6)。

圖6 塑流-拉裂破壞

2.3 懸臂-拉裂-崩塌

線址區邊坡由軟硬相間的砂、泥巖組成，由于差異風化作用或者河流的沖蝕、掏蝕作用，上部砂巖就會在斜坡上突現出來。突出的砂巖體本身發育有構造、風化節理，在自重力的作用下，巖體裂隙慢慢擴展，一旦巖體鎖固段裂縫貫通，巖體會突然崩落。懸臂-拉裂型崩塌現象在線址區砂泥互層的陡坡中較為常見(見圖7)。

圖7 懸臂-拉裂破壞

2.4 錯斷-崩塌

這類變形主要發育在較陡傾的層狀體硬質巖體中，在巨厚層狀砂巖巖體中較為常見。陡坡邊緣的危巖，臨空面比較多，其后緣剪切面會慢慢擴展，當剪應力大于危巖體與母巖鎖固段的抗剪強度時，發生錯斷-崩塌(見圖8)。

圖8 錯斷式崩塌

3 崩塌防治對策

結合現場勘察情況及工程特點，并結合相關規范的要求，針對不同的崩塌破壞類型，提出與之對應的防治對策。

3.1 傾倒型崩塌

此類邊坡的防治主要是放緩邊坡(刷坡)。刷坡須注意：如崩塌點位于邊緣接觸帶、構造破碎帶、節理裂隙極度發育的陡坡地帶，一般不宜刷坡。刷方邊坡高度不宜大于30～40 m，否則會給后期運營養護帶來困難。其次刷坡應在施工階段進行，不能留在運營階段進行，以免對行車發生干擾。刷坡有困難時可對危巖體進行支撐，可在危巖體下面修支柱、支垛、支墩、支擋墻或用錨索錨桿等支撐穩固危巖體。

3.2 塑流-拉裂型崩塌

此類崩塌一般采用多種方法相結合的方式進行處理：對坡表可采用護面措施；對緩邊坡可采用護坡或噴漿、抹面；對陡坡可采用護墻；對危巖體可結合采用錨桿或肋板墻加固處理等措施。

3.3 懸臂-拉裂型崩塌

懸臂-拉裂型崩塌破壞主要是由于差異風化作用或者河流的沖蝕、掏蝕作用形成的巖腔或空洞引起，支護時須將懸空的危巖體先進行清除，然后再結合錨噴支護，或者可用片石填補空洞，鑲嵌、灌漿、水泥砂漿勾縫、錨栓等方法對整個坡體進予以加固。

3.4 錯斷型崩塌

錯斷型崩塌危巖塊體一般較大，可采取錨桿加固巖體，或將危巖體清除。

4 結論

線址區邊坡崩塌破壞類型可分為傾倒-崩塌、塑流-拉裂-崩塌、懸臂-拉裂-崩塌以及錯斷-崩塌。給出各類崩塌形成的簡單示意圖，針對線址區不同的崩塌類型給出了相應的防治對策。

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An Analysis of the Development Mechanism of the Dangerous Rock Mass in the Self-support local Railway in the Western Part of Shanxi Coal Group

GUO Xiaojun SHEN Xiaoyue

2016-09-08

郭曉軍(1986—)，男，2011年畢業于成都理工大學地質工程專業，工學碩士，工程師。

1672-7479(2016)06-0023-03

P642.21

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