關(guān)于鐵路路塹邊坡區(qū)域地質(zhì)災(zāi)害防治的思考

王先龍

(南廣鐵路有限責(zé)任公司，南寧　530022)

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關(guān)于鐵路路塹邊坡區(qū)域地質(zhì)災(zāi)害防治的思考

王先龍

(南廣鐵路有限責(zé)任公司，南寧530022)

摘要：區(qū)域地質(zhì)災(zāi)害是鐵路工程建設(shè)和運(yùn)營不可避免的工程難題。通過介紹南廣鐵路梧州段路塹邊坡區(qū)域地質(zhì)災(zāi)害防治的基本情況、項目地質(zhì)災(zāi)害危險性評估成果以及相關(guān)區(qū)域地質(zhì)災(zāi)害防治研究現(xiàn)狀，分析從區(qū)域地質(zhì)災(zāi)害防治角度開展鐵路路塹邊坡設(shè)計的重要性和必要性，提出將區(qū)域地質(zhì)災(zāi)害防治貫穿路塹邊坡工程整個壽命周期的觀點(diǎn)，從設(shè)計、施工、運(yùn)營維護(hù)的角度指出區(qū)域地質(zhì)災(zāi)害防治的基本思路。

關(guān)鍵詞：鐵路；區(qū)域地質(zhì)災(zāi)害；路塹邊坡

高速鐵路建設(shè)以來，路基地基處理、填料質(zhì)量、工后沉降控制及其施工組織安排等得到了各方的高度重視，路堤邊坡發(fā)生病害的現(xiàn)象基本得以消除，但對路塹邊坡相對重視不夠，特別是工程條件比較復(fù)雜或容易發(fā)生崩塌、工程滑坡等區(qū)域地質(zhì)災(zāi)害地段。盡管業(yè)界已經(jīng)認(rèn)識到，在勘察設(shè)計階段如何盡量降低不良地質(zhì)對工程的影響，對鐵路工程的施工及運(yùn)營安全具有非常重要的意義[1]；在不良地質(zhì)時宜“地質(zhì)選線”比選線路方案時對地質(zhì)因素考慮最多[2]；有關(guān)人員針對川藏鐵路選線問題指出在調(diào)查擬建川藏鐵路沿線主要地質(zhì)災(zāi)害及分析其特征的基礎(chǔ)上，從地質(zhì)角度研究其選線原則[3]，但是，對于區(qū)域地質(zhì)災(zāi)害潛在風(fēng)險的預(yù)防未引起足夠的重視。南廣鐵路桂平至肇慶段，尤其是梧州段路塹邊坡工程施工中發(fā)生的區(qū)域地質(zhì)災(zāi)害就非常典型，從區(qū)域地質(zhì)災(zāi)害防治的角度對鐵路路塹邊坡設(shè)計方案進(jìn)行思考和總結(jié)，對工程建設(shè)、運(yùn)營維護(hù)和所在地區(qū)類似工程建設(shè)將具有重要的意義。

1工程概況

南寧至廣州高速鐵路跨越桂、粵兩省區(qū)，是《國家鐵路中長期規(guī)劃》的重要項目之一，是廣州至昆明高速鐵路通道的組成部分，是連接我國西南與華南的快捷大通道。項目于2009年全面開工，于2014年12月26日建成并開通運(yùn)營，取得了良好的社會經(jīng)濟(jì)效益，已經(jīng)成為兩廣地區(qū)的經(jīng)濟(jì)大動脈。其中桂平至肇慶東段地貌以低山丘陵、低丘臺地和山間谷地為主，總體地勢是西北高東南低；屬典型的亞熱帶季風(fēng)氣候，年平均氣溫21℃左右，年降雨量1300～1700 mm，最大日降雨量200～270 mm；地震動峰值加速度0.05g，反應(yīng)譜特征周期為0.35 s，基本烈度為Ⅵ度；出露地層從新至老分別為第四系、白堊系、三疊系、石炭系、泥盆系、志留系、奧陶系、寒武系，出露地層巖性以紫紅色粉砂巖、全風(fēng)化花崗巖為主，上覆薄層含礫黏性土，侵入巖以酸性巖為主，風(fēng)化強(qiáng)烈，風(fēng)化殼厚達(dá)數(shù)十米，符合軟巖在工程環(huán)境各種因素作用下，呈現(xiàn)軟弱或松散破碎的自然性狀產(chǎn)生顯著變形或流動[4]的特性，屬于軟質(zhì)巖層或土層；不良地質(zhì)主要有崩塌(圖1)、滑坡和坡面泥石流等；地下水以第四系孔隙(潛)水為主，靠大氣降水和地表水補(bǔ)給，季節(jié)性變化大。全段線路總長284.92 km，路基工程長116.25 km，占40.8%，其中深路塹(邊坡高度大于15 m )61處，長7.66 km，最深邊坡高度達(dá)49.5 m，順層邊坡47處，長8.72 km。深路塹和順層邊坡主要分布在梧州市藤縣、蒼梧縣境內(nèi)，路塹邊坡支護(hù)工程是南廣鐵路梧州境內(nèi)的重點(diǎn)和難點(diǎn)工程。

圖1　梧州境內(nèi)既有崩塌災(zāi)害

1.1原設(shè)計方案

(1)對于非順層軟質(zhì)巖及土質(zhì)邊坡，當(dāng)邊坡高度不超過20 m時，分級設(shè)置M7.5漿砌片石拱型截水骨架護(hù)坡，級高按10 m控制，坡率為1∶1.25；當(dāng)邊坡高度大于20 m時，在坡底設(shè)一級重力式或樁板式擋土墻，墻高控制在8 m，其上分級設(shè)置M7.5漿砌片石拱型截水骨架護(hù)坡，級高按10 m控制，坡率1∶1.25～1∶1.5；對地質(zhì)條件較差的邊坡，采用加錨桿(長6～12 m)的混凝土框架代替M7.5漿砌片石骨架；分級平臺寬度2 m，用M7.5漿砌片石封閉并設(shè)置截水溝；骨架護(hù)坡主骨架厚0.6 m，間距3.0 m，骨架內(nèi)植草及灌木；塹頂外5 m設(shè)C25混凝土預(yù)制梯形天溝。

(2)對于順層邊坡，當(dāng)巖層走向與線路走向夾角大于40°時，原則上不考慮順層影響，按一般路塹設(shè)計，邊坡放緩一級并適當(dāng)加強(qiáng)邊坡防護(hù)；對于無軟弱夾層硬質(zhì)巖邊坡，當(dāng)巖層視傾角小于15°時，也不考慮順層的影響，按一般路塹設(shè)計；當(dāng)巖層視傾角大于35°時，采用順層清方；當(dāng)巖層視傾角介于15°～35°時，根據(jù)順層清方量及巖層間軟弱夾層情況采取抗滑或預(yù)加固措施。

1.2地質(zhì)災(zāi)害情況

工程開工后，路基土石方集中安排在2009～2010年的旱季施工，至2010年雨季之前，路塹邊坡開挖及上邊坡防護(hù)施工基本完成，但綠色植物防護(hù)體系及永久性排水系統(tǒng)尚未形成。雨季來臨后，梧州地區(qū)成型的路塹邊坡普遍發(fā)生了崩塌及工程滑坡等地質(zhì)災(zāi)害，相鄰的廣東云浮地區(qū)雖然也存在路塹高邊坡，但并未發(fā)生同類災(zāi)害。崩塌主要表現(xiàn)為一、二級邊坡表層及骨架的下切滑塌(圖2)，滑坡主要表現(xiàn)為線路右側(cè)順層滑塌(圖3)，甚至出現(xiàn)破壞樁或擋土墻的情況。至2010年9月，累計發(fā)生明顯的崩塌9處、工程滑坡6處。調(diào)查發(fā)現(xiàn)，同期梧州境內(nèi)南梧高速公路、馬梧高速公路既有路塹邊坡也發(fā)生了類似災(zāi)害。經(jīng)分析，發(fā)生地質(zhì)災(zāi)害的地層主要是白堊系下統(tǒng)粉砂巖地層或寒武系全風(fēng)化花崗巖地層，雖然存在局部邊坡開挖工藝不合理、綠色防護(hù)及排水系統(tǒng)沒有及時形成等誘發(fā)因素，但強(qiáng)降雨及特有的地層巖性和地質(zhì)構(gòu)造是主要原因，表現(xiàn)出明顯的地域特征。

圖2　邊坡下切滑塌

圖3　工程滑坡

1.3補(bǔ)強(qiáng)設(shè)計情況

2010年10月，經(jīng)對全段路塹邊坡地質(zhì)災(zāi)害進(jìn)行排查、補(bǔ)充勘察和研究，對梧州段路塹邊坡設(shè)計制定了補(bǔ)強(qiáng)措施，結(jié)合大錨桿(長度8 m)加固路塹順層邊坡，施工工藝簡單，可與錨固樁等措施配合使用，對地形、地質(zhì)條件的適應(yīng)性強(qiáng)[5]的特點(diǎn)，主要采用了分層穩(wěn)定施工及坡腳的預(yù)加固處理[6]技術(shù)。

(1)對于非順層軟質(zhì)巖及土質(zhì)路塹邊坡，在坡底設(shè)一級重力式擋土墻，墻高控制在8 m，新設(shè)擋墻高度控制在5 m，墻頂和墻底均設(shè)4.0 m寬平臺，用M7.5漿砌片石封閉，上級邊坡坡率1∶1. 5～1∶1.75，分級高度按10 m控制，部分工點(diǎn)為8 m或6 m，一級與二級邊坡采用加錨桿(長12 m)的混凝土框架防護(hù)，三級及以上邊坡采用M7.5漿砌片石拱型截水骨架防護(hù)，其余措施同原設(shè)計。詳見圖4。

圖4　非順層軟質(zhì)巖及土質(zhì)邊坡補(bǔ)強(qiáng)設(shè)計橫斷面(單位：m)

(2)對于順層邊坡：按滑坡檢算邊坡穩(wěn)定性，滑體抗剪強(qiáng)度指標(biāo)取c=10 kPa、φ=12°～18°。根據(jù)檢算結(jié)果，一般情況下設(shè)一級重力式或樁板式擋土墻，個別工點(diǎn)采用了預(yù)應(yīng)力錨索樁，墻高按8 m控制，墻頂設(shè)4.0～10 m寬平臺，用M7.5漿砌片石封閉，上級邊坡坡率1∶1. 5～1∶2，分級高度按8 m控制，一級與二級邊坡采用加錨桿(長12 m)的混凝土框架防護(hù)，三級及以上邊坡采用M7.5漿砌片石拱型截水骨架防護(hù)，在樁頂墻頂設(shè)位移觀測點(diǎn)進(jìn)行觀測，在框架及平臺上設(shè)邊坡變形觀測樁；其余措施同原設(shè)計；詳見圖5。

圖5　順層邊坡支護(hù)補(bǔ)強(qiáng)設(shè)計橫斷面(單位：m)

1.4運(yùn)營后邊坡狀況

按照上述補(bǔ)強(qiáng)方案，梧州段路基邊坡支護(hù)工程于2011年底基本完成，于2013年底通過靜態(tài)驗收，于2014年4月開始初期運(yùn)營，截至目前已經(jīng)過4個雨季考驗。2015年底排查表明路塹邊坡支擋結(jié)構(gòu)未發(fā)現(xiàn)變形及開裂的現(xiàn)象，邊坡也未發(fā)生崩塌災(zāi)害，零星存在骨架斷裂、外鼓，平臺和排水溝不均勻沉降等現(xiàn)象?？傮w上邊坡保持穩(wěn)定。在施工組織設(shè)計時靠前安排路塹邊坡支護(hù)工程施工，根據(jù)區(qū)域地質(zhì)災(zāi)害的發(fā)生情況及時采取補(bǔ)強(qiáng)整治措施，對于預(yù)防區(qū)域性地質(zhì)災(zāi)害起到了重要作用。

2地質(zhì)災(zāi)害評價情況

區(qū)域地質(zhì)災(zāi)害評價是指在一定的面積范圍內(nèi)，根據(jù)區(qū)域地質(zhì)條件背景，地質(zhì)災(zāi)害觸發(fā)因素及人類活動狀況，對區(qū)域地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生的空間、時間和可能造成的危害、損失所做出的各種分析與判斷[7]。南廣鐵路于2007年啟動項目前期工作，在可行性研究階段開展了地質(zhì)災(zāi)害危險性評估工作。評估成果明確地指出了梧州地區(qū)地質(zhì)災(zāi)害的區(qū)域特征并預(yù)測了鐵路邊坡發(fā)生地質(zhì)災(zāi)害的風(fēng)險，但未引起重視。

2.1地質(zhì)災(zāi)害總體評價

通過對線路兩側(cè)各1 000 m的區(qū)域進(jìn)行調(diào)查，在基本查明環(huán)境地質(zhì)條件、現(xiàn)狀地質(zhì)災(zāi)害發(fā)育特征的基礎(chǔ)上，對地質(zhì)災(zāi)害的危險性進(jìn)行評估。評估結(jié)果表明，南廣鐵路桂平至肇慶段所在區(qū)域地質(zhì)環(huán)境條件復(fù)雜程度屬于復(fù)雜類型，地質(zhì)災(zāi)害危險性評估級別屬于一級。

2.2區(qū)域地質(zhì)災(zāi)害特征[8]

評估報告指出，評估區(qū)地質(zhì)災(zāi)害主要為崩塌和滑坡。調(diào)查共發(fā)現(xiàn)崩塌60處(土質(zhì)49處，巖質(zhì)11處)，滑坡31處，集中分布在桂平市以及梧州市藤縣及蒼梧縣。崩塌主要分布于白堊系粉砂巖夾頁巖、泥巖中及地形坡度在50°～70°的邊坡上，以滑移式破壞為主，由不適當(dāng)?shù)倪吰麻_挖(人為因素，18處)和自然因素(降雨、地形、地層巖性，42處)引發(fā)，降雨與崩塌的發(fā)生有著非常密切的關(guān)系?；掳l(fā)生在中山、低山丘陵間，主要分布在梧州境內(nèi)，其引發(fā)因素以人類工程活動不適當(dāng)?shù)男袨橐蛩亍⒆匀灰蛩丶娑兄?/p>

評估報告預(yù)測，鐵路工程挖方高度小于10 m的路段，地質(zhì)災(zāi)害以小型滑坡、崩塌為主，崩塌、滑坡體積30～3 000 m3，危害程度小，危險性?。煌诜礁叨?0～15 m(土質(zhì)或軟巖邊坡)、15～20 m(硬質(zhì)巖邊坡)的路段，亦以小型滑坡、崩塌為主，崩塌、滑坡體積一般為30～3 000 m3，但在順層地段可能會出現(xiàn)中型滑坡，體積大于10萬m3，危害程度小～中等，危險性小～中等；挖方高度大于15 m路段，以中小型滑坡、崩塌為主，但在順層地段若不采取適宜的坡率和可靠的支護(hù)措施，可能會出現(xiàn)大型滑坡，危險性中等～大。

2.3地質(zhì)災(zāi)害防治措施及建議

對于某一特定區(qū)域而言，地質(zhì)災(zāi)害往往具有群發(fā)性和若干災(zāi)種伴生性兩個基本特征。充分認(rèn)識地質(zhì)災(zāi)害的區(qū)域性規(guī)律，對于地質(zhì)災(zāi)害的預(yù)測分析、危險性評價、防治決策都將起到重要作用。地質(zhì)災(zāi)害的區(qū)域性規(guī)律是一種宏觀規(guī)律，掌握了這一規(guī)律，將使我們在地質(zhì)災(zāi)害防治工作中決策更合理、評價更科學(xué)、治理更有效[9]。結(jié)合地質(zhì)災(zāi)害評估結(jié)論，可對南廣鐵路梧州段崩塌及滑坡地質(zhì)災(zāi)害防治提出以下措施及建議。

(1)對于軟巖或全風(fēng)化地層，鐵路選線應(yīng)盡量避免高填深挖，避免“剝山皮”，路塹邊坡高度一般控制在15 m以內(nèi)，邊坡采用臺階式，并根據(jù)實際情況選擇合理的坡率、邊坡高度或平臺寬度。

(2)陡坡地段采用支擋措施?？筛鶕?jù)技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較采取擋土墻、抗滑樁、錨拉樁和預(yù)應(yīng)力錨索等加固措施，有效降低邊坡高度。當(dāng)邊坡的下滑力很大時，多采用抗滑樁和預(yù)應(yīng)力錨索；當(dāng)邊坡較高較陡時，宜選用預(yù)應(yīng)力錨索加固。對于順層優(yōu)先采用清方方案，其次采用預(yù)應(yīng)力錨固等抗滑措施。施工中要嚴(yán)格遵循“分級開挖、分級支護(hù)”的原則。

(3)邊坡采用窗式護(hù)面墻以及拱形骨架、人字骨架等嵌固邊坡植物防護(hù)方式；對上部強(qiáng)風(fēng)化巖質(zhì)邊坡可采用坡面錨索加固，下部中風(fēng)化及弱風(fēng)化砂巖邊坡采用錨網(wǎng)噴護(hù)；對于坡頂或坡面水采取截水溝和平臺水溝將水截住排出。

(4)對邊坡失穩(wěn)危險性較大的邊坡，在施工及運(yùn)營初期進(jìn)行變形監(jiān)測和預(yù)警。

這些措施和建議若得到采納，區(qū)域地質(zhì)災(zāi)害的防治就更為主動和有效。

3梧州地區(qū)地質(zhì)災(zāi)害預(yù)防研究

廣西梧州市是典型的山城，是地質(zhì)災(zāi)害的易發(fā)地區(qū)，城區(qū)內(nèi)的臨山地段每逢雨季都有不同規(guī)模的崩塌、滑坡等地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生，尤其是 2006 年 6 月 8 日，梧州市遭受了40年以來的最大暴雨襲擊，引發(fā)了點(diǎn)多面廣、危害性極大的崩塌、滑坡、坡面泥石流等地質(zhì)災(zāi)害[10]。6月 8日這 一 天，全市區(qū)共發(fā)生地質(zhì)災(zāi)238處，其中滑坡138處，崩塌36處，坡面泥石流64處[11]，造成了巨大的損失。近年來，廣西壯族自治區(qū)和梧州市國土、交通等有關(guān)部門對于梧州市區(qū)的地質(zhì)災(zāi)害的認(rèn)識和預(yù)防也組織開展了大量的研究和工程實踐工作。針對梧州市出露的地層及其巖性特點(diǎn)，李桃等通過對收集到的梧州市100多個地質(zhì)災(zāi)害治理工程實例的數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計分析，得出了梧州市砂巖( 碎屑巖 )和花崗巖兩種地區(qū)滑坡體地質(zhì)災(zāi)害治理設(shè)計有關(guān)參數(shù)的推薦值，為今后梧州市及類似地區(qū)的滑坡治理提供參考[12]；陳贊頤等通過建立砂巖和花崗巖兩個滑坡巖土模型，結(jié)合梧州市滑坡實際情況分析指出，在滑坡推力小于1 000 kN/m時，使用抗滑樁更經(jīng)濟(jì)。當(dāng)滑坡推力超過1 000 kN/m時，樁錨結(jié)構(gòu)優(yōu)勢會逐步明顯。用同樣尺寸的剖面計算，花崗巖地區(qū)的滑坡推力都高于砂巖地區(qū)；在等量滑坡推力作用下，花崗巖地區(qū)的抗滑樁嵌固段比砂巖地區(qū)長， 即花崗巖地區(qū)的抗滑樁造價更高。當(dāng)滑坡推力在3 000 kN/m左右甚至更高的時候，在使用錨索的情況下樁徑大都超過了3 m，可考慮設(shè)置雙排抗滑樁[13]。上述意見基本與補(bǔ)強(qiáng)設(shè)計原則相符。可見，對于不熟悉梧州市區(qū)域地質(zhì)特征的設(shè)計、施工等單位，收集和借鑒區(qū)域地質(zhì)災(zāi)害防治研究成果和工程經(jīng)驗具有重要意義。

4結(jié)論

通常情況下，由于受環(huán)境(生產(chǎn)活動、降雨等)的影響較大，區(qū)域地質(zhì)災(zāi)害的危害性具有不確定性，鐵路選線應(yīng)盡量繞避區(qū)域地質(zhì)災(zāi)害。不可避免要穿越不良地質(zhì)區(qū)時，要結(jié)合地質(zhì)災(zāi)害危險性評價成果，全面查清這些災(zāi)害的分布和危害，深入研究其特征，進(jìn)而提出切實可行的防治措施[14]，應(yīng)將區(qū)域地質(zhì)災(zāi)害的防治貫穿鐵路路塹邊坡支護(hù)工程的整個壽命周期，從勘察設(shè)計之初，就應(yīng)主動采取措施將其危害控制在可接受范圍之內(nèi)?；舅悸啡缦隆?/p>

(1)項目地質(zhì)災(zāi)害危險性評估報告及業(yè)內(nèi)區(qū)域地質(zhì)災(zāi)害防治研究成果和工程案例對于區(qū)域地質(zhì)災(zāi)害的認(rèn)識和預(yù)防具有重要的參考和借鑒意見。比如，從區(qū)域上對滑坡進(jìn)行風(fēng)險評價、實施風(fēng)險管理已經(jīng)成為滑坡災(zāi)害防治領(lǐng)域的共識[15]。設(shè)計、施工以及運(yùn)營部門要予以高度重視。

(2)路塹邊坡支護(hù)設(shè)計應(yīng)優(yōu)先從區(qū)域地質(zhì)災(zāi)害防治角度考慮，設(shè)計部門要有針對性提出勘察方案和工程措施，并提出施工要求及運(yùn)營期維護(hù)方案。

(3)施工組織設(shè)計時要靠前安排路塹邊坡支護(hù)工程，以盡早形成排水體系和防護(hù)體系并經(jīng)受完整雨季的考驗，使得地質(zhì)災(zāi)害盡可能在施工期得到整治。

(4)運(yùn)營期間要制定巡查及維修制度，并嚴(yán)格執(zhí)行。同時，易發(fā)生區(qū)域地質(zhì)災(zāi)害區(qū)段通常存在交通不便、地形起伏、氣候惡劣的情況，運(yùn)營期人工監(jiān)測或預(yù)警的難度比較大，有必要研究依托現(xiàn)代信息技術(shù)的邊坡變形觀測及地質(zhì)災(zāi)害預(yù)警系統(tǒng)。

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收稿日期：2016-03-25； 修回日期：2016-04-18

作者簡介：王先龍(1974—)，男，高級工程師，1997年畢業(yè)于西南交通大學(xué)土木工程學(xué)院鐵道工程專業(yè)，工程碩士，主要從事鐵路建設(shè)管理及路基工程設(shè)計與研究工作。E-mail：liangzhouwxl@163.com。

文章編號：1004-2954(2016)07-0047-04

中圖分類號：U213.1+3

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

DOI:10.13238/j.issn.1004-2954.2016.07.011

Reflection on Regional Geological Disaster Prevention of Railway Cutting Slope

WANG Xian-long

(Nanning-Guangzhou Railway Co.， Ltd.， Nanning 530022， China)

Abstract：Regional geological disaster is an inevitable problem in railway engineering construction and operation. With reference to the basic conditions in regional geological disaster prevention of the cutting slope and the project geological disaster risk assessment of Wuzhou section on Nanning～Guangzhou railway and the practices in geological disaster prevention of related regions， this paper analyzes the importance and necessity of cutting slope design in perspective of regional geological disaster prevention and control， puts forward the concept of continuing the regional geological disaster prevention throughout the whole project life， and points out the fundamentals of regional geological disaster prevention and control in the design， construction and maintenance.

Key words：Railway; Regional Geological disaster; Cutting slope