某鐵路廣東龍川山區(qū)某段工程建設(shè)可能引發(fā)的地質(zhì)災(zāi)害危險(xiǎn)性預(yù)測(cè)評(píng)估

鐘志芳

（廣東省地質(zhì)局第七地質(zhì)大隊(duì)，廣東惠州516008）

1 概述

擬建某鐵路北起江西贛州市，自河源市進(jìn)入廣東省，經(jīng)和平、龍川、東源、紫金、惠州博羅、惠陽(yáng)等縣、市區(qū)后抵達(dá)深圳市。該鐵路長(zhǎng)度大，穿越了贛州盤地、贛南低山和丘陵區(qū)、粵東北中低山區(qū)、粵東南沖積平原區(qū)、粵東南丘陵區(qū)等復(fù)雜地形地貌區(qū)。經(jīng)過(guò)廣東龍川山區(qū)的某段，穿越地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)區(qū)，按國(guó)家相關(guān)政策法規(guī)，必須進(jìn)行工程建設(shè)的地質(zhì)災(zāi)害危險(xiǎn)性預(yù)測(cè)評(píng)估。

2 工程概況

該段經(jīng)過(guò)廣東龍川山區(qū)，起訖里程為CK220+220～CK223+937，長(zhǎng)3717m，走向203°。擬建場(chǎng)地地形地貌復(fù)雜，地表起伏不平，擬建有隧道、橋梁、路堤、路塹等多種工程。各工程起訖里程、長(zhǎng)度等概況見表1，各工程的分布見圖1。

3 場(chǎng)地工程地質(zhì)條件

3.1 地層巖性分布情況

擬建鐵路經(jīng)過(guò)場(chǎng)地地形地貌復(fù)雜，丘陵與谷地相間分布，地面高程介于72～154m間。根據(jù)勘探及調(diào)查結(jié)果，場(chǎng)地主要分布有第四系沖洪積層（Qal+pl），以及基巖-下第三系丹霞組砂礫巖（Edn）。

3.1.1 第四系沖洪積層（Qal+pl）

分布于場(chǎng)地各谷地，多呈灰褐、灰黃、褐黃等色。表層為含有機(jī)質(zhì)土層，軟塑狀，厚約0.5～1.0m；中部為粘土層，可塑—硬塑狀，粘性好，厚約1.5～6.0m；底部為粗、礫砂層，稍密狀，分選性差，厚約1.0～3.0m。

3.1.2 下第三系丹霞組砂礫巖（Edn）

分布于丘陵，以及谷地沖洪積層以下。多呈紫紅、磚紅、褐紅等色，砂礫狀結(jié)構(gòu)，厚層狀構(gòu)造，鐵泥質(zhì)膠結(jié)。按風(fēng)化程度分為：全風(fēng)化砂礫巖（W4）、強(qiáng)風(fēng)化砂礫巖（W3）、弱風(fēng)化砂礫巖（W2）。

（1）全風(fēng)化砂礫巖（W4）：巖石已風(fēng)化成土狀或土夾砂、礫狀，具中低壓縮性及中等強(qiáng)度，工程性狀較好，厚度變化較大，平均厚約3m。

（2）強(qiáng)風(fēng)化砂礫巖（W3）：風(fēng)化裂隙很發(fā)育，巖石強(qiáng)烈風(fēng)化分解，鉆探巖芯多呈碎塊混土狀，巖質(zhì)軟，巖塊錘擊易碎，具較高強(qiáng)度和承載能力，厚度變化較大，平均厚約6m。

（3）弱風(fēng)化砂礫巖（W2）：裂隙發(fā)育，鉆探巖芯呈短柱狀及塊狀，節(jié)長(zhǎng)10～30cm，巖質(zhì)稍硬，具高強(qiáng)度和承載能力，鉆探范圍內(nèi)厚度較大，未鉆穿。

擬建鐵路及場(chǎng)地地層分布情況見圖1。

3.2 地下水發(fā)育情況

擬建場(chǎng)地地下水分為第四系孔隙潛水和基巖裂隙水2大類型。

3.2.1 第四系孔隙潛水

分布于第四系沖洪積層中，其中粗、礫砂層透水性及富水性好，地下水量豐富，為主要含水層。含有機(jī)質(zhì)土及粘土層透水性及富水性差，為次要含水層。

3.2.2 基巖裂隙水

賦存在基巖風(fēng)化層中，由大氣降水及谷地孔隙潛水入滲補(bǔ)給，地下水量中等。基巖裂隙水受地形地勢(shì)，基巖裂隙發(fā)育程度及其連通性影響，水量分布不均勻。

擬建場(chǎng)地地下水位埋深及地下水量受季節(jié)變化影響而變化。在雨季，丘陵入滲的雨水，沿坡面向谷地排泄，補(bǔ)給谷地地下水，或以泉水形式于坡腳排泄出地表。

表1 擬建鐵路工程概況表

3.3 地質(zhì)構(gòu)造

根據(jù)區(qū)域地質(zhì)資料及勘探和調(diào)查成果，擬建場(chǎng)地未見斷裂通過(guò)痕跡。場(chǎng)地基巖為砂礫巖，其地層產(chǎn)狀為281°∠25°。

4 工程建設(shè)可能引發(fā)的地質(zhì)災(zāi)害危險(xiǎn)性預(yù)測(cè)評(píng)估

根據(jù)擬建場(chǎng)地工程地質(zhì)條件，結(jié)合工程建設(shè)類型、規(guī)模和施工方式等，預(yù)測(cè)工程建設(shè)可能引發(fā)的地質(zhì)災(zāi)害類型有：①崩塌、滑坡：包括隧道進(jìn)、出口邊坡，橋梁的橋墩基坑邊坡，路堤邊坡，路塹邊坡等邊坡失穩(wěn)引起的崩塌、滑坡。②地面沉降：指填土路堤工程，在上部荷載及自重作用下，路堤本體填土的壓縮沉降以及路堤地基土產(chǎn)生的壓縮沉降。③地面塌陷：指隧道洞身開挖形成的地下空洞，因空洞頂部坍塌引起的地面塌陷。

4.1 地質(zhì)災(zāi)害危險(xiǎn)性分析預(yù)測(cè)

4.1.1 崩塌、滑坡

擬建鐵路各工程施工形成的邊坡，按組成邊坡體物質(zhì)成份的不同，分土質(zhì)邊坡和巖質(zhì)邊坡2種類型。邊坡失穩(wěn)可形成崩塌、滑坡地質(zhì)災(zāi)害，土質(zhì)邊坡和巖質(zhì)邊坡可采用不同的方法進(jìn)行邊坡的穩(wěn)定性分析。

（1）土質(zhì)邊坡的穩(wěn)定性計(jì)算分析。采用《建筑邊坡工程技術(shù)規(guī)范》（GB 50330-2013）附錄A的圓弧形滑面的邊坡穩(wěn)定性系數(shù)計(jì)算公式（式1）：

計(jì)算采用邊坡設(shè)計(jì)形狀，但不考慮邊坡設(shè)計(jì)中支護(hù)措施，土體抗剪強(qiáng)度c、φ值采用勘察報(bào)告建議值。計(jì)算采用天然狀態(tài)及暴雨?duì)顟B(tài)2種工況，并采用計(jì)算機(jī)輔助軟件進(jìn)行。鐵路邊坡工程安全等級(jí)按一級(jí)考慮，按《建筑邊坡工程技術(shù)規(guī)范》（GB50330-2013）規(guī)定，邊坡穩(wěn)定安全系數(shù)Fst取值1.35。各鐵路工程邊坡穩(wěn)定性計(jì)算所得穩(wěn)定性系數(shù)Fs值，按表2將邊坡穩(wěn)定性狀態(tài)劃分為穩(wěn)定、基本穩(wěn)定、欠穩(wěn)定和不穩(wěn)定4種狀態(tài)。

表2 邊坡穩(wěn)定性狀態(tài)劃分

（2）巖質(zhì)邊坡的穩(wěn)定性分析。本場(chǎng)地巖質(zhì)邊坡可根據(jù)基巖的層面與邊坡坡面之間的組合關(guān)系，利用赤平投影法來(lái)分析判斷邊坡的穩(wěn)定性。擬建鐵路各隧道進(jìn)、出口邊坡由基巖全風(fēng)化層組成，路堤邊坡由填土組成，橋墩基坑邊坡體為沖洪積土層，上述邊坡均屬土質(zhì)邊坡。路塹邊坡由基巖全—弱風(fēng)化層組成，屬巖土混合質(zhì)邊坡，組成路塹邊坡坡體的砂礫巖地層產(chǎn)狀為281°∠25°。

根據(jù)設(shè)計(jì)文件，路塹兩側(cè)邊坡傾向鐵路中線，方向相反，其中左側(cè)邊坡傾向約293°，右側(cè)邊坡傾向約113°，兩側(cè)邊坡的全風(fēng)化—弱風(fēng)化層坡體設(shè)計(jì)坡率約（1∶1.5）～（1∶0.75）（坡度約34°～53°）。

擬建路塹巖質(zhì)邊坡與地層的組合關(guān)系赤平投影圖見圖2。

圖2 路塹巖質(zhì)邊坡赤平投影分析圖

圖2中，AOB為鐵路走向，ABC為路塹左側(cè)邊坡，坡面為293°∠34°～53°，ABD為路塹右側(cè)邊坡，坡面為113°∠34°～53°。FGH為砂礫巖地層層面，產(chǎn)狀為281°∠25°。從圖2可看出，砂礫巖地層傾向與左側(cè)路塹邊坡傾向相近（其夾角∠HOC為12°），地層的傾角小于路塹邊坡傾角，左側(cè)路塹邊坡屬于順層邊坡，邊坡開挖后，坡體會(huì)出現(xiàn)外傾結(jié)構(gòu)面，邊坡不穩(wěn)定，容易沿層面發(fā)生崩塌、滑坡地質(zhì)災(zāi)害。

圖2中，右側(cè)路塹邊坡坡面傾向與地層傾向近乎相反，邊坡開挖后不形成外傾結(jié)構(gòu)面，地層層面對(duì)該側(cè)路塹邊坡的穩(wěn)定性影響不大。

（3）崩塌、滑坡地質(zhì)災(zāi)害的危害程度及危險(xiǎn)性預(yù)測(cè)分析。擬建鐵路邊坡崩塌、滑坡地質(zhì)災(zāi)害的危害程度及危險(xiǎn)性，由邊坡失穩(wěn)的可能性大小（即邊坡的穩(wěn)定性狀態(tài)），以及邊坡工程位置不同，崩塌、滑坡造成的損失不同等因素決定。在本工程中，路堤邊坡高度小，發(fā)生崩塌、滑坡的可能性小，其危害及危險(xiǎn)性?。粯蚨栈舆吰赂叨容^小，崩塌、滑坡造成鐵路工程的損失小，其危害及危險(xiǎn)性??；隧道進(jìn)、出口邊坡及路塹邊坡高度較大，產(chǎn)生崩塌、滑坡的可能性較大（在無(wú)支護(hù)的狀態(tài)下），對(duì)鐵路工程造成的損失也較大，其危害及危險(xiǎn)性中等—大。

4.1.2 地面沉降

由擬建鐵路在谷地中分布的路堤工程引起，路堤地基土層為沖洪積層，地基土壓縮變形產(chǎn)生地基沉降。路基本體的填土壓縮變形也產(chǎn)生沉降，地基沉降量和路基本體沉降量疊加形成路堤工程的地面沉降。

（1）地基沉降。路堤地基土壓縮變形產(chǎn)生的地基沉降量，可按《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50007-2011）第5.3.5條的公式計(jì)算求得，見式（2）及式（3）：

式中基底應(yīng)力P0取值參照設(shè)計(jì)文件，地基土體的壓縮模量Es采用場(chǎng)地勘察報(bào)告建議值。

（2）路基本體沉降。路基本體沉降在路堤填土中形成，路堤高度越大，填土越厚，產(chǎn)生的沉降量就越大，根據(jù)工程經(jīng)驗(yàn)，路堤填土產(chǎn)生的沉降量約為自身厚度的5%～8%。

（3）地面沉降地質(zhì)災(zāi)害的危害程度及危險(xiǎn)性預(yù)測(cè)分析。擬建鐵路路堤工程引起地面沉降地質(zhì)災(zāi)害的危害程度及危險(xiǎn)性與地面沉降量的大小相關(guān)。根據(jù)計(jì)算所得的地面沉降量值，按照《廣東省地質(zhì)災(zāi)害危險(xiǎn)性評(píng)估實(shí)施細(xì)則》，地面沉降地質(zhì)災(zāi)害危害程度及危險(xiǎn)性劃分見表3，地質(zhì)災(zāi)害危險(xiǎn)性評(píng)估見表4。

表3 地面沉降地質(zhì)災(zāi)害危害程度及危險(xiǎn)性劃分

表4 工程建設(shè)可能引發(fā)的地質(zhì)災(zāi)害危險(xiǎn)性分區(qū)評(píng)估表

4.1.3 地面塌陷

擬建鐵路隧道洞身開挖形成地下空洞，空洞上方巖土體失穩(wěn)陷落，從而引發(fā)地面塌陷。隧道洞身地面塌陷跟洞身圍巖的穩(wěn)定性相關(guān)，也跟隧道洞身的埋藏深度相關(guān)。

根據(jù)場(chǎng)地勘察報(bào)告，擬建鐵路各隧道工程洞身圍巖為Ⅲ-Ⅴ級(jí)。其中Ⅲ圍巖為弱風(fēng)化巖，較完整，無(wú)支護(hù)僅會(huì)發(fā)生小坍塌，產(chǎn)生地面塌陷的可能性小，其危害及危險(xiǎn)性??；Ⅳ級(jí)圍巖以強(qiáng)風(fēng)化巖為主，圍巖破碎，穩(wěn)定性差，Ⅴ級(jí)圍巖以全風(fēng)化巖等土狀地層為主，圍巖強(qiáng)度低，穩(wěn)定性差，易坍塌，產(chǎn)生地面塌陷的可能性較大，其危害及危險(xiǎn)性中等；在圍巖Ⅳ-Ⅴ級(jí)地段，當(dāng)隧道洞身淺埋時(shí)，洞身產(chǎn)生的坍塌極易擴(kuò)展至地面，地面塌陷的危害及危險(xiǎn)性大。

4.2 地質(zhì)災(zāi)害危險(xiǎn)性評(píng)估

該段廣東龍川山區(qū)鐵路，因工程類型、施工方法及場(chǎng)地工程地質(zhì)條件的不同，可能引發(fā)的地質(zhì)災(zāi)害的類型也不同，通過(guò)地質(zhì)災(zāi)害的危險(xiǎn)性預(yù)測(cè)分析，對(duì)該段鐵路工程建設(shè)可能引發(fā)的地質(zhì)災(zāi)害危險(xiǎn)性進(jìn)行分區(qū)評(píng)估。

5 結(jié)束語(yǔ)

丘陵、山區(qū)多為地質(zhì)環(huán)境條件復(fù)雜地段，進(jìn)行鐵路等大型工程建設(shè)破壞原有地質(zhì)環(huán)境，易引發(fā)地質(zhì)災(zāi)害，使工程建設(shè)本身遭受地質(zhì)災(zāi)害危害。廣東龍川山區(qū)某段鐵路工程建設(shè)可能引發(fā)的地質(zhì)災(zāi)害危險(xiǎn)性預(yù)測(cè)評(píng)估，揭示該鐵路工程建設(shè)可能引發(fā)的各種地質(zhì)災(zāi)害類型，評(píng)估其危害程度及危險(xiǎn)性，對(duì)工程建設(shè)進(jìn)行地質(zhì)災(zāi)害危險(xiǎn)預(yù)警，促使后續(xù)的設(shè)計(jì)、施工及運(yùn)營(yíng)管理等工作采取對(duì)應(yīng)的預(yù)防措施，對(duì)工程建設(shè)防止和減少地質(zhì)災(zāi)害生發(fā)起到重要作用。

參考文獻(xiàn)：

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