滬昆客專沙坡特大橋危巖落石形成機(jī)制及防治措施研究

唐兵

(中國(guó)中鐵二院工程集團(tuán)有限責(zé)任公司，成都 610031)

滬昆客專沙坡特大橋危巖落石形成機(jī)制及防治措施研究

唐兵

(中國(guó)中鐵二院工程集團(tuán)有限責(zé)任公司，成都 610031)

滬昆高鐵貴昆段沙坡特大橋線路左側(cè)多處危巖落石對(duì)大橋構(gòu)成一定威脅。本文在對(duì)區(qū)域地質(zhì)環(huán)境和危巖體結(jié)構(gòu)特征的調(diào)查的基礎(chǔ)上，利用無人機(jī)航拍技術(shù)，查明了沙坡雙線特大橋左側(cè)山坡坡頂裂縫及圍巖體的分布，研究了該處危巖落石體的形成的機(jī)制，并提出了采用梯形垛反壓、清方、灌漿以及局部支擋的防治措施，取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益，同時(shí)保障了滬昆客專安全、有序運(yùn)營(yíng)。

滬昆客專；沙坡特大橋；危巖落石；防治措施；形成機(jī)制

滬昆高鐵是我國(guó)“四縱四橫”高鐵網(wǎng)中華南、華東和中南地區(qū)連接西南的重大客運(yùn)干線。滬昆高鐵貴陽至昆明段途徑云貴高原中低山侵蝕巖溶地貌，其中貴昆段D1K970+830～D1K971+030沙坡特大橋線路緊鄰由采石而形成的“鼓包狀”孤峰陡崖。由于該處巖層向線路方向緩傾，臨空面好，且節(jié)理裂隙十分發(fā)育，導(dǎo)致該處形成多處危巖落石，對(duì)沙坡特大橋構(gòu)成一定威脅。本文以橋址區(qū)區(qū)域地質(zhì)環(huán)境為背景，采用無人機(jī)對(duì)沙坡特大橋危巖群進(jìn)行調(diào)查的基礎(chǔ)上，分析危巖落石的形成機(jī)理，提出了防治措施，保障了線路安全運(yùn)營(yíng)。

1 橋址區(qū)環(huán)境地質(zhì)條件

1.1 地層巖性

橋址緩坡地帶覆蓋有第四系全新統(tǒng)坡洪積(Q4dl+pl)、坡殘積(Q4dl+el)，下伏基巖為三疊系下統(tǒng)關(guān)嶺組第二段(T2g2)灰?guī)r、白云巖、泥質(zhì)白云巖、泥灰?guī)r夾泥巖，灰白色,局部呈肉紅色，隱晶質(zhì)結(jié)構(gòu)，薄至中厚層狀構(gòu)造，節(jié)理裂隙發(fā)育，裂隙面溶蝕現(xiàn)象明顯，弱風(fēng)化帶。強(qiáng)風(fēng)化帶巖芯呈砂狀、碎塊狀[1-2]。

1.2 地質(zhì)構(gòu)造

橋址處發(fā)育有亦資孔向斜，向斜核部位于D1K971+450附近。亦資孔向斜于D1K971+450附近與線路交角32°沿N42°E方向延伸，為區(qū)域性構(gòu)造，軸線延伸長(zhǎng)達(dá)85 km，核部地層為T2g2泥質(zhì)白云巖地層，西翼巖層傾角15°～30°，東翼巖層傾角10°～30°，向斜核部巖層破碎，局部小褶皺發(fā)育，產(chǎn)狀紊亂，節(jié)理裂隙發(fā)育。

DK970+675發(fā)育一性質(zhì)不明斷層F，斷層走向N15°W，為一小斷層，破碎帶寬約1～2 m，斷層上下盤均位于關(guān)嶺組第二段(T2g2)地層中，其NE盤地表出露地層巖性為泥質(zhì)白云巖夾泥灰?guī)r，巖層產(chǎn)狀N54°E/11°NE；SW盤地表出露地層巖性為泥質(zhì)白云巖、白云巖，巖層產(chǎn)狀N55°E/15°NE，受斷層影響，附近巖層節(jié)理裂隙發(fā)育，巖體破碎。

1.3 地震動(dòng)參數(shù)

根據(jù)《新建鐵路滬昆客運(yùn)專線玉屏至昆明段工程場(chǎng)區(qū)地震動(dòng)參數(shù)區(qū)劃報(bào)告》，橋址區(qū)地震平均場(chǎng)地峰值加速度為0.125 g，根據(jù)《中國(guó)地震動(dòng)反應(yīng)譜特征周期區(qū)劃圖》，地震動(dòng)反應(yīng)譜特征周期為0.45 s。

2 橋址區(qū)危巖落石分布

沙坡特大橋5#～9#墩左側(cè)為一采石形成的陡崖(2004年停止開采)，該陡崖尚未形成穩(wěn)定邊坡，易產(chǎn)生危巖落石、崩塌等，危巖處于繼續(xù)發(fā)育階段。該段地形較陡，人無法上到坡頂，為了查明該段危巖體情況及坡頂裂縫的展布情況，采用了無人機(jī)航拍技術(shù)。通過無人機(jī)航拍照片分析，該段陡崖及上方邊坡危巖落石較發(fā)育，陡崖上方邊坡3～5 m范圍存在一系列卸荷裂縫，并形成危巖。該段危巖順線路長(zhǎng)約180 m，影響方量達(dá)數(shù)萬方，對(duì)橋梁5#～9#墩安全影響較大。經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查測(cè)繪及實(shí)測(cè)，除陡崖上普遍存在倒懸體危巖和陡崖頂邊坡局部存在零星的危巖外，對(duì)5#～9#墩存在影響的主要發(fā)育3處較大的危巖體(如圖1所示)。

圖1 危巖落石分布圖

圖2 D1K970+840橫斷面圖

2.1 1#危巖體

1#危巖體位于線位D1K970+823～+900左側(cè)14～43 m范圍，陡崖走向約N70°E，該危巖體由兩組陡傾節(jié)理控制，高程1 750～1 787 m。小里程側(cè)巖體中上部順陡傾節(jié)理溶蝕形成溶縫，地表溶縫呈張開狀，溶縫長(zhǎng)度約22 m，最寬處約1 m，可見深約2.5 m，局部有粘性土充填。在標(biāo)高1 760 m附近發(fā)育形成一空溶洞，溶洞洞高約3～5 m、寬1～1.5 m、延伸長(zhǎng)度約25 m。中下部局部已垮塌而形成倒懸?guī)r腔，并存在逐漸往上發(fā)展的趨勢(shì)。該危巖體高約30 m，厚3～16 m不等，估算方量約0.9×104m3，該危巖體對(duì)5#～7#墩影響極大(圖2)。

圖3 1#危巖體全貌

圖4 1-1#、1-2#危巖體

1#危巖體除整體為一個(gè)危巖體外，其上還存在3處小的危巖體，其中1-1#危巖體長(zhǎng)3 m×寬2 m×厚1.5 m，體積約9 m3；1-2#危巖體，靠山側(cè)順陡傾節(jié)理溶蝕形成溶縫，縫寬約0.5 m，延伸長(zhǎng)約5 m，下部順層面溶蝕懸空，危巖體長(zhǎng)約8 m×寬5 m×厚3 m，體積約120 m3；1-3#危巖體，靠山側(cè)順陡傾節(jié)理卸荷張開，縫寬約5 cm，延伸長(zhǎng)約5 m，危巖體長(zhǎng)約5 m×寬1 m×厚3 m，體積約15 m3，如圖3、圖4所示。

圖5 2#危巖體照

2.2 2#危巖體

位于D1K970+895左側(cè)約22 m的陡崖頂，下部巖體部分倒懸，上部順一陡傾節(jié)理張開形成裂縫，縫寬約0.1～0.5 m，沿線路長(zhǎng)約8 m、高約12 m、厚約0.5～2 m不等，估算方量約150 m3，如圖5所示。

圖6 3#危巖體照

2.3 3#危巖體

位于9#～10#墩左側(cè)約27 m的陡崖腳，目前整體處于穩(wěn)定狀態(tài)，后緣發(fā)育一貫通的張開陡傾裂縫，其中上部呈危石狀，如圖6所示，沿線路長(zhǎng)度約35 m、厚約2～5 m不等，估算約3 000 m3。

3 危巖落石形成機(jī)理

由于受到地形地貌、地層巖性及地質(zhì)構(gòu)造等多種因素的影響，沙坡雙線特大橋5#～9#墩的圍巖落石的成因復(fù)雜，在內(nèi)外因素綜合作用下，形成了目前規(guī)模巨大的圍巖落石體[3]。

3.1 上硬下軟的二元結(jié)構(gòu)

特殊的二元結(jié)構(gòu)為危巖落石的寬張節(jié)理形成提供了物質(zhì)條件。沙坡特大橋左側(cè)陡崖產(chǎn)狀平緩，傾角3°～7°，上部為中至厚層灰?guī)r，中部為中薄層白云巖、泥質(zhì)白云巖，構(gòu)成硬質(zhì)蓋層，下部為中薄層泥灰?guī)r與泥質(zhì)白云巖互層夾泥巖，這就構(gòu)成了上部為硬質(zhì)巖蓋層，下部為軟質(zhì)巖基底的特殊上硬下軟的二元結(jié)構(gòu)，如圖2所示。在上部硬質(zhì)蓋層重力作用下，硬質(zhì)巖與軟質(zhì)巖接觸面隨下面軟質(zhì)巖面基底移動(dòng)，蓋層則因?qū)娱g抗剪強(qiáng)度高而位移明顯滯后，于是外傾節(jié)理的張開情況就逐漸演變成上窄下寬的倒“V”字型。在這種作用長(zhǎng)期作用下，當(dāng)下部軟層越來越多地被擠往臨空面一方，往往在硬蓋的前部形成軟巖集中，硬蓋局部反蹺，其后方出現(xiàn)露空，在地下水作用下，露空部分積水鼓脹，于是形成了目前坡頂?shù)膶拸埞?jié)理。

3.2 良好的臨空面

在采石以前，該處順向坡山頭經(jīng)歷了地質(zhì)歷史時(shí)期的長(zhǎng)期蠕變積累。當(dāng)采石場(chǎng)由上至下進(jìn)行開采后，逐漸形成新的臨空面，當(dāng)采石場(chǎng)開采至中、下部軟巖時(shí)(即陡崖高度達(dá)到30～40 m時(shí))，下部軟質(zhì)巖在降雨及地下水的作用下逐漸風(fēng)化剝蝕，致使上部硬質(zhì)巖蓋層移動(dòng)速度加快。因此，導(dǎo)致在停采后的十多年里陡坎頂部寬長(zhǎng)、未充填節(jié)理不斷出現(xiàn)，并迅速后移。

3.3 表層的溶蝕作用

區(qū)域內(nèi)上部巖性主要為灰?guī)r、白云巖。根據(jù)調(diào)查、鉆探揭示，區(qū)域內(nèi)該套地層巖溶中等至強(qiáng)烈發(fā)育，且橋址區(qū)域內(nèi)發(fā)育的直立共軛節(jié)理更是為巖溶發(fā)育提供了良好的外部條件。調(diào)查表明，陡崖坡頂、坡面均可見寬度5～50 cm的溶蝕裂隙，并可見部分未充填的條狀小溶槽。這一系列的溶蝕現(xiàn)象為地下水更好的下滲提供了良好的通道條件，同時(shí)溶蝕后的殘留物也不斷的充填進(jìn)本已形成的寬張節(jié)理，加劇了寬張節(jié)理的發(fā)育。

4 防治措施研究

針對(duì)沙坡雙線特大橋危巖落石的分布及形成機(jī)理，為了滬昆客專安全、有序的運(yùn)營(yíng)，制定了有針對(duì)性的防治措施[4-5]。

(1) 沙坡特大橋5#～10#墩左側(cè)山體邊坡穩(wěn)定性惡化起因于采石臨空，尤其距陡崖約30 m處的貫通長(zhǎng)大節(jié)理至陡崖間巖體處于欠穩(wěn)定狀態(tài)，建議置梯形垛于崖前進(jìn)行反壓為主，再結(jié)合少量的錨固清方措施，尤其1#危巖體因已順節(jié)理溶蝕形成寬張溶縫，其錨固措施應(yīng)加強(qiáng)。建議梯形垛置于墩與墩之間，因橋墩影響未反壓部位，在對(duì)懸空部位嵌補(bǔ)后錨固封閉處理。

(2) 建議對(duì)1-1#、1-3#、2#、3#危巖體、山坡上零星的危巖體及陡崖上3～5 m范圍內(nèi)已卸荷張開的危巖體進(jìn)行清除，1-2#危巖體建議對(duì)溶縫及下部懸空裂縫采用砼回填處理。

(3) 5#、6#墩左側(cè)垮塌體建議清除后對(duì)邊坡加固處理，對(duì)清除后的倒懸部分采用支擋、砼回填處理。

(4) 建議對(duì)1#危巖體溶縫在清除溶縫底部充填物后灌漿(不要加壓力)回填處理。

(5) 0#臺(tái)～4#墩因墩臺(tái)邊坡及泄水渠產(chǎn)生臨空面，建議按順層邊坡采取工程加固和防護(hù)措施。

5 結(jié)語

通過對(duì)區(qū)域地質(zhì)環(huán)境、危巖體結(jié)構(gòu)特征的調(diào)查、分析，并利用無人機(jī)航拍技術(shù)，查明了沙坡雙線特大橋左側(cè)山坡坡頂裂縫及圍巖體的分布，標(biāo)明該處主要存在1#、2#、3#塊危巖體。分析研究了該處危巖落石體的形成機(jī)制，提出了采用梯形垛反壓、清方、灌漿以及局部支擋的防治措施，取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益，同時(shí)保障了滬昆客專安全、有序運(yùn)營(yíng)。

[1] 喻洪平，張春祥，徐學(xué)淵,等.新建鐵路滬昆客運(yùn)專線長(zhǎng)沙至昆明段可行性研究第四篇——地質(zhì)[R].成都：中國(guó)中鐵二院工程集團(tuán)有限責(zé)任公司，2010.

[2] 鄭天池，鄭亞飛，樂重，等. 新建鐵路滬昆客運(yùn)專線長(zhǎng)沙至昆明段可行性研究報(bào)告[R].成都：中國(guó)中鐵二院工程集團(tuán)有限責(zé)任公司，2010.

[3] 丁浩江，張廣澤，岳志勤.坪上隧道口危巖落石失穩(wěn)模式及運(yùn)動(dòng)特征分析[J]，鐵道工程學(xué)報(bào)，2015,32(12)：7-11．

[4] 羅仁立，酈亞軍.長(zhǎng)昆線橋隧相接段危巖落石防護(hù)結(jié)構(gòu)方案研究[J]，鐵道工程學(xué)報(bào)，2016,33(2)：59-63.

[5] 卿三惠.西南鐵路工程地質(zhì)特征及成就[J].鐵道工程學(xué)報(bào)，2005,(Z1):123 -139．

[6] 王蓉.危巖落石發(fā)育機(jī)理與工程防治原理研究[D].重慶：重慶交通學(xué)院，2003.

MECHANISM OF DANGEROUS ROCK-BODY OF THE SHAPO SUPER LARGE BRIDGE OF SHANGHAI-KUNMING PASSENGER SPECIAL LINE

TANG Bing

(China Railway Eryuan Engineering Group CO. LTD ，Chengdu 610031,China)

A number of dangerous rock-body Pose a threat to the Shapo super large bridge of Shanghai-Kunming Passenger Special Line. The study Show that the special dual structure, dissolution of the joint surface and good surface is the mechanism of formation of dangerous rock-body based on the survey of the regional geological environment and the characteristics of dangerous rock-body. To guarantee the safety of Shanghai-Kunming passenger dedicated line operation, pressing foot and grouting and retaining measures has been adapt and obtained the good economic benefits.

Shanghai-Kunming passenger dedicated line; Shapo super large bridge; Rockfall; Prevention Measures; Formation Mechanism

曾昭法(1988- )，男，工程師，碩士研究生，畢業(yè)于中國(guó)地質(zhì)大學(xué)(北京)，目前從事地質(zhì)災(zāi)害調(diào)查評(píng)價(jià)工作。 E-mail:zengzhfajx@163.com

1006-4362(2017)01-0044-05

2016-08-20 改回日期： 2016-10-17

P642;U216.41

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