復雜山區鐵路順層滑坡體整治技術

蔡煥華

(滬昆客專湖南公司，湖南長沙 410008)

山區鐵路選線難度大，經常出現鐵路線路走向與巖層走向并行的情況，從而導致線路布置在順層邊坡區域。通常條件下，當山坡地層構造線與線路走向夾角小于45 °且巖層傾角在12～45 °范圍，必須對順層邊坡穩定性進行分析并做防護設計。尤其是當順層側邊坡較高時，因下滑力大而引起邊坡不穩定性風險增大，須根據其巖性特征、滑動邊界條件和邊坡坡率等因素，利用反算、試驗以及工程地質類比法綜合分析確定層面物理力學參數和加固防護措施，以保證邊坡穩定。

1 工程簡況與滑坡實況

1.1 工程概述

黔張常鐵路位于渝鄂湘交界地帶，自西向東穿越武陵山區，區域地質條件與宜萬鐵路類似，屬揚子地臺鄂黔臺褶帶，沿線地質構造復雜，地形地貌多變，高陡邊坡較多，是典型的復雜山區鐵路。線路大多走行于中山、低山區，所處的地形地貌、地質構造、巖土體工程地質類型、大氣降水、人類工程經濟活動等條件，有利于多種不良地質發育。其路基工點類型主要有路堤、路塹邊坡防護、陡坡路堤、浸水路堤、松軟土路堤、低路堤、巖溶(洞穴)路基、危巖落石、順層路塹等。

1.2 山體滑坡過程及其發展趨勢

線路路塹2015年9月～2017年3月間施工開挖至接近路基面設計標高，2017年5月23日巡查發現路基面和左側路塹邊坡防護結構出現裂縫。2017年6月13日，該段左側山體產生滑坡，左側山體呈整體狀向線路右側坍滑，滑坡體前緣(路塹底部)向線路右側位移6～9 m、上抬約12 m，左側一級坡面消失，二級、三級、四級邊坡整體下沉6～7 m，滑坡體滑移至右側坡面后呈堆積狀。滑坡體前緣、后緣、山頂裂縫、滑體前沿堆積體整體前移現場如圖1、圖2所示。

圖1 線路附近滑坡體現狀

圖2 滑坡體前緣

2 滑坡區域勘探調查

在南方強降雨雨季期，為防止次生災害發生，進行現場調查、補充測繪及鉆探工作，對滑坡平面圖0.2 km2范圍的測繪，并對滑坡主軸與5個輔助斷面、4個垂直主軸斷面、20個橫斷面和19 孔勘探測量工作。根據測量及鉆孔揭示，滑坡體主軸長約380 m，滑面高差約90 m，滑坡體平面范圍為48 000 m2，估算滑坡體總體積約100×104m3，屬于中層大型基巖滑坡。開展了HPEM高精度瞬變電磁法物探測試，探明了滑體范圍、滑面位置，掌握了滑帶物理力學參數，Ⅰ-Ⅰ主軸斷面圖如圖3所示。

圖3 Ⅰ-Ⅰ主軸斷面(單位：m)

結果表明，滑坡范圍有多個拉裂帶，主要有大里程側面拉裂帶、山頂拉裂帶、后緣拉裂帶、右側拉裂帶。

3 滑坡原因分析

結合現有邊坡工程技術[1-3]，對滑坡原因進行分析。

3.1 誘發因素

滑坡體所在區域位于田坪界背斜南東翼，為一單斜構造，巖層產狀為N45～60°E/10～15°S，與線路夾角為40～58°。根據現場探明該山頂附近(滑坡后緣)巖層傾角較陡(13～15°)，中段緩坡地段較緩(10°左右)，路基及兩側位置變陡(13°左右)，且巖體X型垂直節理發育,節理面局部為泥質充填，巖體碎塊狀,具有散體結構特征，地表水易沿節理下滲。

湖南常德地區每年4～9 月屬于雨季，特別是2017年5月以來，受厄爾尼諾現象影響，降雨量較往年偏多，降雨強度超歷史記錄，附近自動監測資料顯示5月、6月降雨較多，其中降雨天數達44 d，強降雨(強度為大到暴雨)天數有25 d，加之地表植被茂密，給地表水下滲形成了持續性補給源。

3.2 地質因素

該滑坡體主滑方向為巖層傾向方向，為S20 °～25 °E之間，與線路方向夾角約45～50 °。主要受垂直節理控制，滑坡體總體平面形態呈現分區域分段的特點，以錯臺坎位置(定義為F1裂縫)為界，將整個滑坡體分為Ⅰ號原生蠕動體、Ⅱ號擠壓式滑動體、Ⅲ號和Ⅳ號坍塌體(主要為滑坡產生后，形成臨空面，巖體沿節理及裂縫產生坍塌)。另外，地表下伏白堊系基巖構造節理發育，風化嚴重，在長時間飽水狀態下，雨水沿節理面下滲，進入砂泥巖層間形成軟弱面,滑帶及上部鉆芯取樣如圖4所示。

3.3 認知因素

根據勘察定測和補勘資料均表明該段巖層產狀為N45～60 °E/10～15 °S，與線路夾角為40～58 °，總體上是以10～13 °傾角傾向線路右側，經專家會論證該段屬于緩傾角斜向順層，對于地質復雜山區應參照順層邊坡進行支擋防護設計。在建設項目勘察設計階段，由于該段不屬于順層界定的原則條件范圍，邊坡支擋措施未按順層進行處理，擋護措施偏弱，在各種復雜因素共同作用下最終產生滑塌，是對復雜山區地層結構認識深度不夠帶來的設計認知風險。

4 滑坡體整治

借鑒以往經驗[4-5]，對滑坡進行治理。

4.1 整治方案比選

通過對補充勘察資料反復進行分析，重點研究了大清方方案、清方結合單排樁方案以及清方結合兩排樁方案等四個處理方案見表1。

表1 整治方案比選

經過計算，綜合考慮后期運營安全、運營維護以及現場實施條件和經濟技術因素，采用沿滑面順層大清方方案，具體如圖5所示。

圖5 Ⅰ—Ⅰ滑坡主軸斷面整治方案

4.2 主要處治措施

(1)沿Ⅰ—Ⅰ′滑坡主軸斷面清方卸載。

(2)于左側距離線路9.5 m 處設置10 根抗滑樁。

(3)沿線路方向于抗滑樁兩端邊坡設置錨桿框架梁。

(4)對外圍既有防護設施整治。

(5)后期變形監測。

4.3 整治效果

按照施工方案實施，進展順利，未發生二次滑塌和次生災害問題，保證了雨季施工期間人員設備機械的安全；根據監測結果，滑塌體及周邊地層保持穩定，未出現位移沉降劇變情況，位移收斂平穩；工程驗收，支擋結構合理，防護措施到位，安全運營有保證。

5 結論

順層邊坡對線路危害性較大，一旦發生滑坡地質災害，處理難度大，整治費用高，需要引起工程建設者足夠重視。選線階段盡量規避此類地質段落，條件允許盡可能采取小挖小填方案；勘察設計階段應對此類地段進行詳勘，查明地層巖性、巖層走向與線路走向關系、調查清楚當地水文特征和地貌情況，對順層滑坡災害作出預判；專業設計階段應詳細核實巖層物理力學指標，尤其對軟質巖石(特別是白堊系、志留系泥巖、砂巖、頁巖)段落順層的產狀、節理、裂隙、層間的物理力學參數等地質條件，進行邊坡穩定性分析檢算，最小穩定性安全系數應為1.15～1.25，否則應加強支擋防護措施，可采取順層面清方、樁板墻、預應力錨索樁板墻、預應力錨索格梁等綜合加固防護方案。

緩傾角斜向順層在設計階段應引起重視，一般情況對處于順層界定指標邊界附近的地層地質容易忽視，往往按照一般路基邊坡防護進行設計，在工程實施階段由于各種誘發因素引起滑坡，特別是在運營階段，此類地質在極端天氣條件下極易發生大規模滑塌，造成嚴重后果，應在設計階段進行規避。