晉煤集團西區(qū)自營地方鐵路危巖發(fā)育機制分析

郭曉軍 申曉月

(1.中鐵工程設(shè)計咨詢集團有限公司太原設(shè)計院，山西太原 030009；2.河南省濮陽光電產(chǎn)業(yè)技術(shù)研究院，河南濮陽 457000)

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晉煤集團西區(qū)自營地方鐵路危巖發(fā)育機制分析

郭曉軍1申曉月2

(1.中鐵工程設(shè)計咨詢集團有限公司太原設(shè)計院，山西太原 030009；2.河南省濮陽光電產(chǎn)業(yè)技術(shù)研究院，河南濮陽 457000)

晉煤集團西區(qū)自營地方鐵路經(jīng)過基巖邊坡處局部危巖體發(fā)育，給鐵路施工及其運行帶來較大的安全隱患。通過調(diào)查分析線址區(qū)危巖體的變形破壞特征，發(fā)現(xiàn)線址區(qū)邊坡危巖體發(fā)育具有一定的規(guī)律。分析并總結(jié)線址區(qū)邊坡崩塌破壞的形成原因和破壞機制，根據(jù)不同的工程情況，提出相應(yīng)的治理對策。

砂泥巖 崩塌 破壞機制 防治對策

該鐵路起點位于長治市長子縣，向南經(jīng)過高平市，終點位于晉城市鄭莊鎮(zhèn)，線路全長約62.5 km，大致呈南北走向。本線主要服務(wù)于晉城礦區(qū)煤炭外運，通過在建山西中南部鐵路、嘉南鐵路至侯月線，形成一條橫貫晉城礦區(qū)南北的煤炭集運通道。

線路所處地貌屬晉東中南部侵蝕山地與黃土丘陵區(qū)，由于地質(zhì)構(gòu)造及河流的切割、剝蝕、侵蝕作用，該地區(qū)地形起伏變化較大，地勢高差懸殊。線址區(qū)高邊坡巖性主要為厚層砂巖夾泥巖或泥巖、砂巖互層，巖層呈近水平層狀結(jié)構(gòu)，在本區(qū)分布廣泛。砂巖的抗風(fēng)化能力要遠大于泥巖，對于由砂巖、泥巖形成的邊坡，差異風(fēng)化現(xiàn)象比較明顯，泥巖由于抗風(fēng)化能力弱，容易被剝蝕，形成巖腔。上部砂巖受不利結(jié)構(gòu)面的控制，產(chǎn)生崩塌的可能性大。當線路必須以深路塹通過時，邊坡的穩(wěn)定性對鐵路安全施工以及正常運營影響非常大，必須做好邊坡的防護工程。

1 邊坡崩塌的形成原因

1.1 地形條件

斜坡形成崩塌必須具備高、陡兩個條件。調(diào)查研究表明，規(guī)模比較大的崩塌，斜坡坡度大多數(shù)介于55°～75°之間，且一般大于45°、高度大于20 m。另外，斜坡的坡面形狀對崩塌的影響較大，一般來說上緩下陡的凸形邊坡和凹凸不平的陡坡更容易發(fā)生崩塌。

1.2 巖性條件

巖性對崩塌的形成起到至關(guān)重要的作用。巖性比較堅硬，巖體比較完整，巖層傾向路基，邊坡高陡，就有可能產(chǎn)生大規(guī)模崩塌；軟硬巖互層，因差異風(fēng)化，坡面凹凸不平，易產(chǎn)生崩塌落石，下部軟巖遭受侵蝕，有可能產(chǎn)生大規(guī)模崩塌。

線址區(qū)的地層巖性主要為黃綠色砂巖、紫紅色泥巖、砂泥巖互層，巖層產(chǎn)狀90～119°∠4～12°、240～260°∠6～11°、160～190°∠8～13°。一般來說砂巖出露的地段大多形成陡崖或陡坡(見圖1)，而泥巖出露的地段大多形成平臺或緩坡(見圖2)。

圖1 CK26+420(砂巖地段)

泥巖遇水后易膨脹、崩解，失水收縮干裂，干、濕交替的變化極易引起泥巖碎裂崩解；野外現(xiàn)場調(diào)查發(fā)現(xiàn)，由于泥巖抗風(fēng)化能力極弱，邊坡一旦開挖暴露，會在較短時間內(nèi)風(fēng)化剝落，并堆積于坡腳(見圖3)。砂巖強度較大，抗風(fēng)化能力較強，由于砂泥巖的差異風(fēng)化作用，砂巖的下部常常形成巖腔或空洞(見圖4)。

圖3 CK14+360(泥巖邊坡)

圖4 CK17+870(砂巖邊坡)

1.3 構(gòu)造條件

地質(zhì)構(gòu)造對崩塌的形成同樣具有控制作用，與區(qū)域構(gòu)造線平行的路段、斷裂交匯路段、褶皺核部，往往是崩塌易發(fā)路段；結(jié)構(gòu)面發(fā)育、完整性差的巖體，尤其是當巖體內(nèi)發(fā)育的軟弱結(jié)構(gòu)面傾向路基時，被切割的不穩(wěn)定巖塊更容易發(fā)生崩塌。

1.4 其他條件

地震，融雪降雨，地表水的沖刷、浸泡，晝夜溫差變化等自然因素，以及不合理的邊坡開挖、強烈的機械振動等人類活動，都可能促使巖體產(chǎn)生崩塌。

2 邊坡崩塌的破壞機制

2.1 傾倒-崩塌

直立的邊坡巖體，在其本身重力，裂隙充水產(chǎn)生的靜水壓力、震動力等的共同作用下，如果傾覆力矩大于抗傾覆力矩，巖體就會沿其底部發(fā)生轉(zhuǎn)動，從而使危巖體失穩(wěn)。危巖體由于自身重力產(chǎn)生的彎矩，會向臨空方向傾倒，而此時危巖體的內(nèi)側(cè)開始出現(xiàn)裂隙。受降雨的影響，裂隙會充滿水，從而產(chǎn)生較大的靜水壓力。厚層砂巖塊體下的軟弱層不斷風(fēng)化剝落，底部的有效支撐面積減小，重心不斷外移，其穩(wěn)定性逐漸降低。在靜水壓力、凍融、震動的共同影響下，底部支撐面不足以支撐塊體時就會發(fā)生傾倒-崩塌(見圖5)。

圖5 傾倒崩塌破壞

2.2 塑流-拉裂-崩塌

此類型的崩塌主要發(fā)育在下部為軟弱層(帶)的軟弱基座形斜坡中。下部軟層泥巖在上部厚層砂巖體壓力作用下，軟巖層會發(fā)生向臨空方向的塑流擠出，隨著下部軟層被不斷的擠出，上覆的砂巖體被拉裂，巖體不斷外移、下沉，如果巖體的重心移出坡外就會發(fā)生崩塌。另外，巖體內(nèi)側(cè)裂縫由于降水的入滲會產(chǎn)生較大的靜、動水壓力，地下水對軟弱面的浸濕、軟化作用，都是影響巖體發(fā)生塑流-拉裂-崩塌的重要因素(見圖6)。

圖6 塑流-拉裂破壞

2.3 懸臂-拉裂-崩塌

線址區(qū)邊坡由軟硬相間的砂、泥巖組成，由于差異風(fēng)化作用或者河流的沖蝕、掏蝕作用，上部砂巖就會在斜坡上突現(xiàn)出來。突出的砂巖體本身發(fā)育有構(gòu)造、風(fēng)化節(jié)理，在自重力的作用下，巖體裂隙慢慢擴展，一旦巖體鎖固段裂縫貫通，巖體會突然崩落。懸臂-拉裂型崩塌現(xiàn)象在線址區(qū)砂泥互層的陡坡中較為常見(見圖7)。

圖7 懸臂-拉裂破壞

2.4 錯斷-崩塌

這類變形主要發(fā)育在較陡傾的層狀體硬質(zhì)巖體中，在巨厚層狀砂巖巖體中較為常見。陡坡邊緣的危巖，臨空面比較多，其后緣剪切面會慢慢擴展，當剪應(yīng)力大于危巖體與母巖鎖固段的抗剪強度時，發(fā)生錯斷-崩塌(見圖8)。

圖8 錯斷式崩塌

3 崩塌防治對策

結(jié)合現(xiàn)場勘察情況及工程特點，并結(jié)合相關(guān)規(guī)范的要求，針對不同的崩塌破壞類型，提出與之對應(yīng)的防治對策。

3.1 傾倒型崩塌

此類邊坡的防治主要是放緩邊坡(刷坡)。刷坡須注意：如崩塌點位于邊緣接觸帶、構(gòu)造破碎帶、節(jié)理裂隙極度發(fā)育的陡坡地帶，一般不宜刷坡。刷方邊坡高度不宜大于30～40 m，否則會給后期運營養(yǎng)護帶來困難。其次刷坡應(yīng)在施工階段進行，不能留在運營階段進行，以免對行車發(fā)生干擾。刷坡有困難時可對危巖體進行支撐，可在危巖體下面修支柱、支垛、支墩、支擋墻或用錨索錨桿等支撐穩(wěn)固危巖體。

3.2 塑流-拉裂型崩塌

此類崩塌一般采用多種方法相結(jié)合的方式進行處理：對坡表可采用護面措施；對緩邊坡可采用護坡或噴漿、抹面；對陡坡可采用護墻；對危巖體可結(jié)合采用錨桿或肋板墻加固處理等措施。

3.3 懸臂-拉裂型崩塌

懸臂-拉裂型崩塌破壞主要是由于差異風(fēng)化作用或者河流的沖蝕、掏蝕作用形成的巖腔或空洞引起，支護時須將懸空的危巖體先進行清除，然后再結(jié)合錨噴支護，或者可用片石填補空洞，鑲嵌、灌漿、水泥砂漿勾縫、錨栓等方法對整個坡體進予以加固。

3.4 錯斷型崩塌

錯斷型崩塌危巖塊體一般較大，可采取錨桿加固巖體，或?qū)⑽r體清除。

4 結(jié)論

線址區(qū)邊坡崩塌破壞類型可分為傾倒-崩塌、塑流-拉裂-崩塌、懸臂-拉裂-崩塌以及錯斷-崩塌。給出各類崩塌形成的簡單示意圖，針對線址區(qū)不同的崩塌類型給出了相應(yīng)的防治對策。

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An Analysis of the Development Mechanism of the Dangerous Rock Mass in the Self-support local Railway in the Western Part of Shanxi Coal Group

GUO Xiaojun SHEN Xiaoyue

2016-09-08

郭曉軍(1986—)，男，2011年畢業(yè)于成都理工大學(xué)地質(zhì)工程專業(yè)，工學(xué)碩士，工程師。

1672-7479(2016)06-0023-03

P642.21

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