雷山空鐵主要工程地質問題及地質選線

張 健

(中鐵第六勘察設計院集團有限公司，天津 300000)

1 工程概況

雷山空鐵旅游示范線工程位于貴州省黔東南自治州雷山縣。本線為單線懸掛式軌道交通，車輛采用新能源空鐵列車，采用2列編組+電池車。線路起于西江千戶苗寨西門，終點止于烏東苗寨，線路全長24.4 km。其中，“一期工程”線路起于黃里坳，終點止于烏東苗寨，本段線路長7.9 km，主要沿黃烏公路外側敷設，局部段落位于溝壑、陡坡邊緣。

空鐵所經區(qū)域山巒起伏，溝壑縱橫，地形起伏變化大。沿線復雜的地形、巖體破碎、危巖崩塌、滑坡、順層等不良地質極為發(fā)育，工程地質問題制約空鐵選線與重大工程設置的可行性。筆者在2016年—2017年多次現場調查與勘測的基礎上，對擬建雷山空鐵旅游示范線的主要工程地質問題進行分析，開展綜合地質選線研究。

2 區(qū)域地質環(huán)境

2.1 沿線地形地貌特征

擬建工程區(qū)為低中山區(qū)，屬雷公山系，區(qū)內山峰林立，溝谷侵蝕切割強烈，呈V字形發(fā)育，地形起伏較大，橋址區(qū)內絕對高程介于1 071.07 m～1 141.0 m之間，相對高差79.93 m。沿線地表植被茂盛，線路平行于黃烏四級公路敷設，路塹邊坡陡峭。

2.2 地層巖性

沿線地層由上而下為第四系全新統(tǒng)殘坡積層，下伏元古界上板溪群番招組沉積巖層，主要巖性為砂巖、頁巖。測區(qū)廣泛分布第四系全新統(tǒng)人工堆積層，由修建既有公路的棄土、棄渣組成，結構松散，最大填土厚度約20 m，易順坡滑塌。

2.3 地質構造

測區(qū)內主要發(fā)育有一條西江斷層，位于設計線路右側約25 m～100 m，斷層產狀305°∠50°，破碎帶寬10 m～15 m，造成區(qū)域內巖體節(jié)理裂隙發(fā)育，巖體破碎，對路塹邊坡工程影響較大。

2.4 區(qū)域氣象及水文特征

本區(qū)氣候屬北亞熱帶季風濕潤氣候區(qū)，境內山巒起伏，溝壑縱橫，風景秀麗。區(qū)域內巴拉河和朗利河均屬沅江水系，為一向北西干流清水江匯流的樹枝狀水系。區(qū)內河流下蝕作用強烈，為典型的山區(qū)河流地貌類型，其特點是各種形態(tài)的跌水現象較為發(fā)育，寬谷與峽谷沿河交替分布。

2.5 不良地質及特殊巖土分布特征

沿線受地形地貌、地質構造、地層巖性及修路挖方等影響，崩塌落石及危巖、順層邊坡、差異風化、滑坡、大面積人工填土等地質災害及特殊土極為發(fā)育，嚴重地制約空鐵選線與重大工程設置的可行性。

3 主要工程地質問題

3.1 崩塌落石及危巖

崩塌落石及危巖的分布區(qū)域主要有兩塊：既有公路左側人工邊坡及其上自然斜坡和右側自然斜坡(部分右側坡為人工邊坡)。沿線基巖從巖性上分類均為砂巖，以青灰色砂巖為主，局部夾有1 m～5 m不等灰黃色砂巖，這兩種砂巖在硬度上差異較大，存在軟硬不均現象，呈強～中風化，節(jié)理裂隙較發(fā)育，巖體相對較為破碎。形成原因可分為兩大類：一是人工邊坡開挖后，坡體內原有的力學平衡狀態(tài)被打破，在開挖影響區(qū)內，應力發(fā)生變化，坡體由表及里的不同位置產生不同的位移，局部區(qū)域位移過大沿著巖層層面及節(jié)理裂隙面發(fā)生崩塌落石散落在邊坡上，局部地段在原邊坡上形成凌空的危巖；二是沿線兩種砂巖在硬度上差異較大，抗風化能力不同，通常灰黃色砂巖風化后在上部地層壓力下順坡滾落，同時造成上部巖層底部失穩(wěn)，上部青灰色砂巖則沿著層面或者節(jié)理裂隙面整體崩塌而下，形成落石散落在斜坡上，或者形成崩塌堆積體分布于公路兩側斜坡上。

崩塌散落在兩側邊坡上的落石，直徑一般為0.5 m～3 m不等，最大可達十幾米，這些崩塌落石在自然狀態(tài)下處于基本穩(wěn)定或欠穩(wěn)定狀態(tài)，施工過程中一旦人為破壞原有狀態(tài)，必然形成二次崩塌；另一方面左側公路人工邊坡及其上自然斜坡上的落石雖距離本工程在空間上有一定距離，但對本工程的安全運營影響極大。

3.2 順層邊坡

順層邊坡現象主要分布于既有公路左側人工邊坡，在修建既有黃烏公路時為求方便簡單，公路線位基本行進在巖石邊坡的等高線上，局部段落線位走向與巖層走向平行或呈小角度交叉，邊坡開挖后，形成新的臨空面，改變了原有坡體內地應力的平衡狀態(tài)并使之釋放，坡體前緣的卸荷使得坡體內巖層的節(jié)理裂隙松弛，張開，地表水更易滲入坡體內，使得坡體內軟弱夾層進一步軟化，整個坡體順著層面向臨空面發(fā)生順層垮塌。

3.3 差異風化

沿線地層巖性以砂巖、頁巖夾泥巖為主，存在軟硬不均，差異風化現象，可以明顯看到局部路塹邊坡出露基巖成強風化與全風化的條帶狀分布；鉆探揭示局部段落內中風化巖面起伏較大，部分鉆孔揭示在強風化砂巖層中夾有全風化的砂巖層，這些現象對樁基持力層的選擇帶來一定困難，容易引起持力層的誤判。

3.4 滑坡

陽茍滑坡的里程位置為DK3+470～DK3+580，位于陽茍村對面山坡上，滑坡整體上形態(tài)呈“圈椅形”(見圖1)，滑坡為同類基巖面的巖體滑坡。滑坡的主滑方向為126°，沿線路長約110 m，寬約130 m，平面面積約22 100 m2，滑坡體最大厚度為31.7 m，平均厚度約15 m，滑坡體總體積約331 500 m3，屬于巨型中深層巖體滑坡，潛在滑動面傾角0°～30°。表層覆蓋第四系全新統(tǒng)滑坡堆積粉質黏土層，下伏上板溪群盤招組全～弱風化砂巖夾泥巖。地表水主要為溝谷山間水，勘測期間，沖溝內的水流寬度一般為0.5 m～1.5 m；地下水主要為第四系孔隙潛水及基巖裂隙水，含水層厚度根據土層厚度及地形起伏變化較大，富水性較弱，無承壓性。勘測期間，鉆探揭示橋址區(qū)內地下穩(wěn)定水位埋深一般0.0 m～10.9 m，位于陡峭斜坡及山間沖溝兩側的鉆孔穩(wěn)定水位埋深較大。路塹邊坡處發(fā)現兩處泉眼，流量約0.05 L/s～0.1 L/s。該段巖石節(jié)理很發(fā)育，巖體較破碎，巖層傾向順坡，地下水浸入結構面，在上覆土體的牽引下沿結構面開裂，容易產生變形、滑動。

3.5 大面積人工棄土

人工填土成分主要為粉土、黏性土，局部夾有碎石及塊石(見圖2)，一般為松散～稍密，主要由修建既有公路的棄土、棄渣組成，厚度一般為3 m～10 m，最大厚度達20 m，堆填時間1年～6年不等。主要分布于道路右側斜坡地段及沿線沖溝內，其中DK3+780～DK3+930，DK4+070～DK4+140等9處段落填土厚度較大。具有結構松散，壓縮性高，欠固結，承載力低，自穩(wěn)能力差，工程特性差等特性，易發(fā)生側向失穩(wěn)引起工程滑坡。

4 地質選線總體原則

雷山空鐵穿越復雜的地形，沿線巖體破碎、高位危巖落石、崩塌、滑坡及大面積棄土等不良地質發(fā)育，嚴重地制約了空鐵選線與重大工程設置的可行性。勘測和設計過程中，在大面積區(qū)域地質調繪的基礎上，主要遵循以下復雜地質山區(qū)選線總體原則：

1)測區(qū)內構造復雜，區(qū)域深大斷裂發(fā)育，山坡陡峭，沿線巖體非常破碎，線路宜選擇從巖性單一且?guī)r體完整性較好的地段通過；應繞避山坡高陡且?guī)r層受結構面切割嚴重、危巖密集分布、有可能發(fā)生較大規(guī)模崩塌或治理難度很大的危巖落石、崩塌等地段，并且線路不應長距離沿不穩(wěn)定的陡崖或邊坡敷設。2)線路所經區(qū)域崩塌、滑坡較發(fā)育，且局部段落沖刷嚴重，應考慮內移做隧道方案，當做隧道方案困難時，可考慮外移設橋通過，進行橫斷面選線，綜合研究比選。3)區(qū)域內地形復雜，溝壑深切，線路應盡量減少高陡邊坡。順層地段線路挖方切坡不宜過高，避免產生工程滑坡。4)線路應繞避巨型、大型(古)滑坡，當線路通過穩(wěn)定的滑坡體時，不宜在其上部填方或下部挖方。5)線路不應與大斷裂平行，且不宜切割松散堆積體或風化破碎巖的坡腳，特別是地下水發(fā)育的地段。6)線路應選擇在填土分布較窄、厚度較薄、基底穩(wěn)定、橫斷面平緩的地段通過，且宜選擇在棄渣場的溝谷上游通過，避免渣堆滑坡、渣土泥石流等不良地質發(fā)生。

5 分段方案比選與分析

1)陽茍滑坡段落為DK3+470～DK3+580，擬建陽茍車站中心里程為DK3+520，滑坡沿線路長約110 m，寬約130 m。在勘察期間對陽茍滑坡的調查與勘探非常重視，采用調繪、物探、鉆探，輔以原位測試以及室內土工試驗等綜合勘探方法，詳細查明了場區(qū)的工程地質、水文地質條件，取得了詳盡的工程地質資料。該工點地質調繪反復經歷兩個多月，鉆探共12孔，高精度瞬變電磁法共5個斷面，編制有多種比例尺的地質平面圖、滑坡軸向斷面圖、基巖等高線圖、地下水流向及等水位線圖、物探成果圖、地質報告等。

測區(qū)為剝蝕低中山區(qū)地貌，地形高低起伏較大，植被覆蓋一般，開辟有農田，自然坡度10°～40°，滑坡表層覆蓋第四系全新統(tǒng)滑坡堆積粉質黏土層，下伏上板溪群盤招組全～弱風化砂巖夾泥巖。地表水主要為溝谷山間水，地下水主要為第四系孔隙潛水及基巖裂隙水，含水層厚度根據土層厚度及地形起伏變化較大，路塹邊坡處發(fā)現兩處泉眼。

根據調查和勘探結果分析，滑坡整體上形態(tài)呈“圈椅形”，滑坡為同類基巖面的巖體滑坡，滑坡的主滑方向為126°，目前處于較穩(wěn)定狀態(tài)。該段巖石節(jié)理很發(fā)育，巖體較破碎，抗風化能力差，風化剝蝕后形成較厚坡殘積土層，下伏砂巖風化強烈，巖層傾向順坡，地下水浸入結構面，在上覆土體的牽引下沿結構面開裂，容易產生變形、滑動。在受施工干擾、地下水浸入后有極易再次滑動的可能，因此，仍有潛在危害，并影響到車站地基、橋梁樁基和邊坡的穩(wěn)定性。

經過方案分析比選，鑒于滑坡處于較穩(wěn)定狀態(tài)，但仍存在滑動的可能，陽茍車站宜避開滑坡體范圍設置，線路在滑坡體下方以大跨度橋梁形式通過，遵循不宜在滑坡體上部填方或下部挖方的原則，確保滑坡體穩(wěn)定條件不受破壞，實現方案安全可靠、經濟合理。

2)線路里程DK2+610～DK3+160段落山坡高陡且?guī)r層受結構面切割嚴重、危巖密集分布、有可能發(fā)生較大規(guī)模崩塌或治理難度很大的危巖落石、崩塌等不良地質災害。經過地質橫斷面選線，考慮內移做隧道方案為宜，隧道應盡可能靠向山里，在穩(wěn)定地層內通過，遵循“早進洞、晚出洞”的原則，避免高仰坡和出洞口高邊坡。

3)DK0+000～DK0+190,DK3+780～DK3+930,DK4+070～DK4+140等多處段落有大面積人工棄土，主要由修建既有公路的棄土、棄渣組成，厚度一般為3 m～10 m，最大厚度達20 m，堆填時間1年～6年不等。具有結構松散，壓縮性高，欠固結，承載力低，自穩(wěn)能力差，工程特性差等特性，易發(fā)生側向失穩(wěn)引起工程滑坡。

勘測與設計期間非常重視大面積棄土段落的線路和建筑物位置選擇，主要選擇填土穩(wěn)定性較好或穩(wěn)定性雖然較差，但經過采取措施后即能保證穩(wěn)定的地段通過。經過調查、鉆探、物探、原位測試等綜合勘察手段，重點查明大面積棄土地段的工程地質條件，尤其位于斜坡段落上的棄土穩(wěn)定性。經過詳細勘察及方案比選，確定了車輛基地及線路在斜坡、溝谷上游棄土分布較窄、厚度較薄、基底橫坡較小的位置設置，避免渣堆滑坡、渣土泥石流等不良地質對本工程的影響。

6 結語

雷山空鐵沿線地形復雜、巖體破碎、危巖崩塌、滑坡、順層等不良地質極為發(fā)育，工程地質問題制約空鐵選線與重大工程設置的可行性。經過多次現場調查與勘測的基礎上，對擬建工程的主要工程地質問題進行分析，提出了雷山空鐵地質選線的總體原則，并得出以下結論：

1)陽茍滑坡處于較穩(wěn)定狀態(tài)，但在受施工干擾或水體浸入等影響，仍存在滑動的可能，陽茍車站宜避開滑坡體范圍設置，線路在滑坡體下方以大跨度橋梁形式通過，遵循不宜在滑坡體上部填方或下部挖方的原則，確保滑坡體穩(wěn)定條件不受破壞，實現方案安全可靠、經濟合理。2)沿線存在多處危巖落石、崩塌等不良地質災害，線路里程DK2+610～DK3+160段落山坡高陡且?guī)r層受結構面切割嚴重、危巖密集分布、有可能發(fā)生較大規(guī)模崩塌或治理難度很大，考慮內移做隧道方案為宜，隧道應盡可能靠向山里，在穩(wěn)定地層內通過，遵循“早進洞、晚出洞”的原則，避免高仰坡和出洞口高邊坡。3)本線宜繞避堆填厚度大、未經處理且松散的大面積人工棄土地段，車輛基地及線路選擇在斜坡、溝谷上游棄土分布較窄、厚度較薄、基底橫坡較小的位置設置，避免渣堆滑坡、渣土泥石流等不良地質對本工程的影響。