寶蘭鐵路某隧道出口黃土滑坡成因分析及治理措施

周曉光

(中鐵第一勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司，陜西西安　710043)

The Cause Analysis and Control Measures of Tunnel Loess Landslide in Baolan Railway

ZHOU Xiaoguang

寶蘭鐵路某隧道出口黃土滑坡成因分析及治理措施

周曉光

(中鐵第一勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司，陜西西安710043)

The Cause Analysis and Control Measures of Tunnel Loess Landslide in Baolan Railway

ZHOU Xiaoguang

摘要對寶蘭鐵路某隧道出口巨型滑坡進(jìn)行分析研究：該滑坡為黃土自身特征、大氣降水、人工開挖坡腳等因素綜合作用而導(dǎo)致的自然災(zāi)害，采用上部清方下部反壓，增設(shè)排水溝等一系列治理措施。

關(guān)鍵詞鐵路工程黃土滑坡滑坡治理

我國是世界上黃土分布最廣、黃土厚度最大的國家，黃土滑坡成為黃土地區(qū)最為嚴(yán)重的地質(zhì)災(zāi)害[1]。黃土地區(qū)鐵路工程同樣受到黃土滑坡的影響和威脅，2014年8月在建寶蘭鐵路某隧道出口突然發(fā)生滑坡，滑坡寬約150 m，高約116 m，主軸長約130 m，滑坡體厚約10～20 m，塌方量約15～20萬m3，屬中厚層巨型滑坡[2]，滑坡體一側(cè)將隧道出口掩埋。該滑坡的發(fā)生再次凸顯黃土地區(qū)鐵路工程中預(yù)防和監(jiān)測黃土滑坡工作的重要性。

1地質(zhì)條件

1.1　地形地貌

滑坡位于甘肅黃土高原西部黃土梁峁區(qū)，為黃土高原經(jīng)長期侵蝕、沖積、洪積形成的山川地貌，梁峁山坡坡度在40°～50°之間，相對高差達(dá)100 m以上；山坡植被稀疏，風(fēng)積黃土質(zhì)地疏松，易受流水侵蝕，斜坡半山腰以下為當(dāng)?shù)卮u廠取土而形成的高陡邊坡。

圖1　滑坡平面示意

1.2　地層巖性

滑坡區(qū)地層巖性上部為第四系上更新統(tǒng)風(fēng)積砂質(zhì)黃土，厚度20～40 m，土質(zhì)均一，土體較疏松，垂直節(jié)理及陷穴發(fā)育；下部為第四系中更新統(tǒng)風(fēng)積黏質(zhì)黃土，厚度>30 m，局部含姜石。

1.3　水文地質(zhì)

地下水相對貧乏，局部有黃土孔隙裂隙水，賦存于第四系上、中更新統(tǒng)黃土中，古土壤層構(gòu)成相對隔水層；黃土孔隙、裂隙潛水多呈不連續(xù)狀分布，富水性較弱，季節(jié)性變化大，水位埋藏變化大，受大氣降水補(bǔ)給。

1.4　氣象及水文

本區(qū)屬中溫帶半干旱大陸型氣候區(qū)，其特點(diǎn)是旱季長、雨季短，雨量較少但集中，年蒸發(fā)量遠(yuǎn)大于年降雨量。根據(jù)氣象站近50年資料統(tǒng)計(jì)，年平均降雨量395.3 mm，年最大降水量607.3 mm，月最大降水量207 mm，日最大降水量98.1 mm。

2滑坡成因

2.1　黃土自身特征

滑坡體主要物質(zhì)為砂質(zhì)黃土，黃土本身其結(jié)構(gòu)疏松、多孔隙、垂直節(jié)理發(fā)育、遇水易崩解、透水性較好，具有濕陷性和軟化性，地表多見黃土陷穴，所有這些特征構(gòu)成了黃土滑坡產(chǎn)生的靜態(tài)背景[3]。

2.2　大氣降水

黃土地區(qū)降雨量雖小但卻集中，多暴雨和淋雨。黃土滑坡空間上多發(fā)生在降雨量高的區(qū)域，時(shí)間上多集中在雨季[4]，從圖2、圖3中可見，近兩年年降雨量較往年有所增加，且年內(nèi)降雨主要集中在5～9月份，尤其是7～8月份?；掳l(fā)生在8月16日，從表1可見黃土滑坡相對于降雨有一定的滯后效應(yīng)[5]。大氣降水對滑坡形成機(jī)理是一個(gè)非線性的物理、化學(xué)及力學(xué)效應(yīng)過程，主要表現(xiàn)在改變黃土土體成分組成，破壞土體結(jié)構(gòu)，減小土體凝聚力，降低黃土力學(xué)強(qiáng)度，增加坡體重力、靜動(dòng)水壓，從而影響坡體穩(wěn)定性[6-8]。

圖3　近年各月降雨量對比統(tǒng)計(jì)

2.3　地下水

滑坡與地下水有關(guān)，絕大多數(shù)滑坡都是沿著飽含地下水的軟弱面發(fā)生的。土質(zhì)邊坡受地下水浸潤泡透后，一方面土質(zhì)變軟，另一方面沿節(jié)理面產(chǎn)生表層泥化，形成厚度很薄的黏粒層，正是這些黏粒薄層在滑坡的發(fā)育中起到?jīng)Q定性作用。它能使巖土體抗剪強(qiáng)度降低；另外，地下水使孔隙水壓力增高，產(chǎn)生浮托力、動(dòng)水壓力，這些都會(huì)使巖土體抗剪強(qiáng)度降低，且容易形成軟弱面，從而形成滑坡。

表1　當(dāng)?shù)卦聝?nèi)天氣統(tǒng)計(jì)

2.4　人工開挖坡腳

不合理的人類工程經(jīng)濟(jì)活動(dòng)對滑坡的產(chǎn)生起到加劇作用，該黃土滑坡形成的主要原因之一就是坡腳常年取土制磚，開挖切削坡腳形成高陡邊坡，造成斜坡前緣卸載，使得整個(gè)斜坡在坡腳處應(yīng)力集中，破壞了已有的應(yīng)力平衡，原穩(wěn)定狀態(tài)受到極大影響。

3綜合評價(jià)

2009年勘察調(diào)查時(shí)，斜坡腳下有穩(wěn)定平臺(tái)，地表未見裂縫，其處于穩(wěn)定狀態(tài)。隧道洞軸位置位于滑坡的右下角，滑坡發(fā)生時(shí)隧道施工500多m，并已施做好二次襯砌，隧道施工時(shí)地表未出現(xiàn)裂縫，洞內(nèi)沉降變形很小，在正常范圍內(nèi)，故隧道施工未構(gòu)成滑坡發(fā)生的誘導(dǎo)因素。

該滑坡成因主要為黃土斜坡土體結(jié)構(gòu)疏松，節(jié)理裂隙及陷穴發(fā)育，不利結(jié)構(gòu)面易于貫通，磚廠常年取土形成高陡邊坡，并長期處于臨空狀態(tài)，加之近幾年降雨量明顯增多，且多集中在8月份，從而導(dǎo)致山體滑坡，屬突發(fā)性自然災(zāi)害。

4治理措施

經(jīng)過滑坡穩(wěn)定性計(jì)算，綜合考慮邊坡高度及隧道洞口處理措施等綜合因素，邊坡治理措施采用清方和反壓相結(jié)合[9]。

(1)滑坡前緣高程+30 m以上的滑坡體全部清除，邊坡按每級(jí)8.0 m高度，坡率采用1∶0.75～1∶1，每三級(jí)設(shè)置一處6～8 m寬大平臺(tái)，其余平臺(tái)4 m寬。每級(jí)邊坡平臺(tái)均設(shè)置梯形截水溝。邊坡采用帶截水槽的拱形骨架或孔窗式護(hù)墻進(jìn)行防護(hù)。

(2)滑坡前緣高程+30 m以下滑坡體采用反壓，坡率1∶2，并設(shè)5 m寬平臺(tái)，坡腳設(shè)置3 m高混凝土擋土墻。反壓邊坡、平臺(tái)及頂部種植灌木進(jìn)行防護(hù)。刷方土用于其反壓，土體采用分層碾壓密實(shí)。

(3)滑坡體外緣50 m范圍內(nèi)黃土陷穴采用三七灰土夯填密實(shí)。

(4)沿滑坡體兩側(cè)自然山體分別設(shè)置排水溝。

滑坡主軸治理方案如圖4所示。

圖4　滑坡主軸治理方案

5結(jié)論

(1)黃土滑坡是黃土地區(qū)最為常見的地質(zhì)災(zāi)害，該滑坡為黃土自身特征、大氣降水、人工開挖坡腳等因素綜合作用而導(dǎo)致的自然災(zāi)害。

(2)從滑坡形成機(jī)理方面講，各種因素通過改變其應(yīng)力狀態(tài)，或者改變其強(qiáng)度，從而破壞了原有的平衡，發(fā)生滑坡。

(3)加強(qiáng)黃土邊坡防排水系統(tǒng)，邊坡平臺(tái)及坡頂應(yīng)設(shè)截水溝，防止地表水下滲加劇土體破壞及裂隙的進(jìn)一步發(fā)育是極其重要的。

(4)重視工程影響范圍內(nèi)的長期監(jiān)測，建立完整的地質(zhì)災(zāi)害預(yù)防管理體系[3]，做好黃土地區(qū)滑坡的預(yù)測預(yù)報(bào)工作。

參考文獻(xiàn)

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[5]張茂省，李同錄.黃土滑坡誘發(fā)因素及其形成機(jī)理研究[J].工程地質(zhì)學(xué)報(bào)，2011，19(4):530-540

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[7]丁宏偉，李莉，等.大氣降水對黃土滑坡的影響和控制[J].甘肅地質(zhì)，2012，22(1):55-60

[8]黎志恒.蘭州黃土滑坡與地表水入滲變形關(guān)系分析[J].甘肅科學(xué)學(xué)報(bào)，2003，15(專輯):131-134

[9]中鐵第一勘察設(shè)計(jì)院.寶蘭鐵路洪亮營隧道地質(zhì)災(zāi)害評估及整治報(bào)告[R].西安:中鐵第一勘察設(shè)計(jì)院，2014

中圖分類號(hào)：P64

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

文章編號(hào)：1672-7479(2015)03-0043-03

作者簡介：周曉光(1983—)，男，2009年畢業(yè)于長安大學(xué)水文與水資源工程專業(yè)，工學(xué)碩士，工程師。

收稿日期：2015-03-17