精伊霍鐵路北天山中山區滑坡成因及治理淺析

黃 杰

(中鐵第一勘察設計院集團有限公司, 陜西西安 710043)

精伊霍鐵路從精河站與北疆鐵路分離,蜿蜒向西南穿越天山西北支的博羅霍洛山進入伊犁河谷,終點在霍爾果斯口岸。是我國新疆烏魯木齊以西的重要鐵路干線,對連接中亞各國,促進邊境口岸貿易具有深遠意義。該線1958年曾經草測,1994年正式進行了可行性研究,1997年到2004年對現場反復勘察論證,形成了較完善的線路方案后,于2004年底動工修建,歷經六年,目前已全線貫通。

2010年1月底日,新疆發生特大雪災,積雪最大厚度達1 m,雪災對剛剛建成的精伊霍鐵路造成了大量的病害,其中比較嚴重的為DK173及DK178處滑坡。此兩處滑坡前緣已延至路基,對線路的安全運營造成嚴重威脅,亟待治理。

1 自然地理

1.1 地形地貌

該段位于北天山南麓丘陵區,沿北天山南麓呈近東西向長條狀分布,沿河谷兩側由一系列的渾圓狀山丘組成,高程800～1 300 m,相對高差小于200 m,多為低矮的山丘,山坡較緩,呈弧形展布,南北波狀起伏,東西溝梁相間,溝谷發育,草本植物茂密。

1.2 氣候條件

本區屬中溫帶干旱氣候區,降水量及氣溫隨高程的變化較大,一般每升高100 m,降水量增加39～42 mm,而氣溫則下降0.7 ℃。極端最高氣溫30 ℃,最低氣溫-32 ℃,年平均降水量300 mm左右,日照強烈,極端天氣較多。季節性凍土深達200 cm。

2 地層巖性

2.1 DK173滑坡處地層

砂質黃土(Q3eol3)：淺黃色,厚0～7 m,稍密,具Ⅲ級自重濕陷性,γ=19 kN/m3,φ=24.2°。

砂巖(PSs):分為兩層,表層7 m厚為紫色,泥鈣質膠結,以泥質膠結為主。層理產狀N72°E/20°S,層厚0.1～0.3 m。主要發育兩組節理：J1層理產狀為N15°W/75°N ,間距8～15 cm；J2層理產狀為N45°/70°N, 間距20 cm。全-強風化,風化后呈碎屑或塊狀,γ=22 kN/m3。

表層泥鈣質膠結砂巖下為鐵鈣質膠結砂巖,鐵褐色-暗紅色,中厚層狀構造,變晶結構,局部可見柱狀斑晶,巖質堅硬,γ=23 kN/m3。

2.2 DK178滑坡處地層

砂巖 (PSs):褐黃色,厚4～6 m,鐵硅質膠結,變晶結構,中厚層狀構造,層理產狀N70°E/30°S。層厚0.2～0.3 m,巖質堅硬,局部夾薄層泥巖,主要發育四組節理。

J1:N10°E/77°/N,張性,平直,間距0.2～0.4 m,延伸大于5 m。

J2：N40°E/85°/S,密閉,平直,間距0.2～0.5 m,延伸大于1 m。

J3：N20°E/75°/N,張性,平直,間距0.3～1.0 m,延伸大于3 m。

J4：N77°E/67°/N,密張,平直,間距0.1～0.3 m,延伸大于5 m。

3 水文地質

3.1 地表水

該區地表沖溝發育,地表水多以片流方式向沖溝匯集。DK173處發育一沖溝,溝寬約1 m,溝內有常年流水,水質清澈,水量不大；DK178處地表水不發育。

3.2 地下水

圖1 DK173滑坡主軸斷面(單位：m)

DK173處地下水主要為孔隙潛水及基巖裂隙水。孔隙潛水主要為賦存于第四系黃土層孔隙中,埋深較淺,主要受大氣降水補給；基巖裂隙水賦存于二疊系砂巖層中,二疊系砂巖表層風化嚴重,節理發育,巖體破碎,而下層完整砂巖又是天然隔水層,故風化基巖層中裂隙水較為發育。因節理多密閉,故地下水連通性差,泉水稀少。

4 滑坡概況

4.1 DK173滑坡

(1)滑坡形態

該滑坡位于DK173+442～DK173+490段路塹右側,邊坡高8～11 m,邊坡坡率1∶1.5。該滑坡圈椅狀滑坡地形十分明顯,主軸長約41 m,寬48 m,前緣突起呈舌狀，兩側拉張裂縫呈圓弧狀,深1.5～2.5 m,寬2 m,前緣拉張裂縫寬0.5～1 m,相對高差17 m。滑坡后緣形成長15 m、寬6～7 m的滑坡洼地。

(2)滑坡變形和危害

該段路塹2008年施工完畢后,右側設有底寬1 m,深1.5 m的梯形水溝,側溝邊坡坡率1∶1.5,另設有3 m寬的側溝平臺。竣工后,邊坡一直完好,沒有出現開裂變形現象。

2010年2月7日出現開裂變形,很快產生滑坡。滑坡將天溝垂直下錯2.5 m,水平位移3 m,并將防風雪柵欄懸空、拉倒。滑坡舌將DK173+451.3～DK173+478.5段3 m寬的側溝平臺及底寬1 m、深1.5 m漿砌片石梯形側溝連同溝底推翻后緊貼路基,路基起到了抗滑作用。

(3)滑坡性質

該滑坡是雪害引起的典型順層、巖質、中淺層滑坡。據鉆探揭示,滑體厚度2.7～8.5 m ,滑床位于全風化的二疊系砂巖內，滑坡體物質主要為黃土及塊石土,塊石成分為二疊系砂巖。滑面等滑坡形態詳見圖1。

4.2 DK178滑坡

(1)滑坡形態

精伊霍線DK178滑坡主軸長約78.4 m,寬約41 m,表層巖體破碎,呈塊狀及砂礫狀堆積于坡面,無明顯后緣。

(2)滑坡變形和危害

精伊霍線DK177+965～DK178+040段為一山嘴,線路DK177+790～DK178+030段以挖方通過,中心挖方深度為0～4 m,邊坡高15 m左右；DK178+030～DK178+047段以填方通過,填方高度0～4 m。右側山坡自然坡度為26°，兩年來邊坡穩定,未出現異常。2010年3月5日，DK178+003～K178+044段開始出現裂縫,蠕動、下滑,最后形成主軸與線路呈70°角的滑坡。滑坡上拉張裂縫發育,縫寬10～20 cm,深0.5～2 m。巖塊呈波浪起伏的松散狀,由蠕動變為下滑,滑坡舌越過3 m寬的側溝平臺后停積在DK178+015～DK178+032(長17 m)的側溝內。

(3)滑坡性質

該滑坡為典型的順層、巖質、淺層滑坡,滑體物質為砂巖塊石,厚約4～8 m,滑面等具體形態見圖2。

說明：本斷面與線路小里程方向的水平夾角為90°

5 滑坡成因分析

5.1 內因

(1)基巖順層

DK173滑坡處,砂巖產狀N72°E/20°S,線路走向N45°E,即巖層走向與線路夾角27°,山坡自然坡度約16°～20°。

DK178滑坡處線路的走向為N87°W,巖層走向N70°E/30°S，與線路的夾角為23°。

(2)節理

DK173處主要發育兩組節理,DK178滑坡處主要發育四組節理,部分節理輕微切層,使坡面巖體被分割,應力狀態發生變化。

節理發育使地表水下滲至巖體,浸泡軟弱巖層,形成軟弱面。

(3)軟弱滑動面

DK173處坡面表層為薄層砂質黃土,下伏二疊系砂巖。此處砂巖風化嚴重,表層全風化成角礫狀,滲水性強。砂質黃土與全風化砂巖因雪水下滲飽和后經反復凍融,沿下伏的砂巖風化軟弱帶下滑。

DK178滑坡處山坡表層為褐黃鐵鈣質膠結二疊系砂巖,其下有厚度為3.7 m的泥鈣質膠結強風化砂巖夾泥巖,在其頂面和底部夾有5～7 cm的全風化紫紅色泥巖,本次滑動就是發生在上部鐵鈣質膠結的砂巖與下部分地為5～7 cm之間的泥巖面。

(4)砂巖隔水

表層巖、土體滲水性較強,而二疊系弱風化砂巖隔水性較好,以致表層巖、土體含水量大。

5.2 外因

(1)雪災

由于遭受60年一遇的大雪、積雪厚度達1 m以上,雪水難以盡快排出,下滲后土體自重增大,并浸泡軟弱帶。

(2)防排水措施不完善

兩處坡面刷坡后均未作任何防護工程,坡面排水能力一般。

(3)工程切層

右側排水溝施工后,有輕微切層現象,導致坡腳應力發生改變。

6 治理措施建議

為保證施工及運營安全,建議滑坡前緣采取反壓措施,以提高滑體穩定性。

采用抗滑樁加固,并露出一定高度。在抗滑樁之間加設擋板或砌筑擋土墻。為了徹底消除隱患，最好在設置抗滑樁的同時，對右側邊坡60 m內的土體進行分級清方減載。

DK173滑坡處完善補強邊坡排水系統。

DK178滑坡處設置平臺截水溝,并完善排水系統。

DK178滑坡處設置被動防護網攔截落石。

7 結束語

選線中應對基巖順層問題引起重視,地質調查時,及時查明沿線的基巖順層段落,選線時應避免走大范圍通過基巖順層山坡。

如線路走在基巖順層山坡坡腳,應避免進行大的挖方工程,以免切層,造成坡面不穩。

對于基巖順層的路塹邊坡,應采取合理的刷坡坡率,并對坡面進行防護,設堆土平臺,于邊坡坡腳采取支擋措施。

做好坡面的防、排水工作。

如果路塹邊坡較高,應設多級平臺。

[1]鐵一院.精伊霍鐵路初步設計文件地質勘察第四篇[R].西安：鐵道第一勘察設計院，2006

[2]鐵一院.鐵路工程地質手冊.北京：中國鐵道出版社，1999