宝兰客运专线王家墩滑坡勘察及地质选线

王 旭

(中铁第一勘察设计院集团有限公司,陕西西安 710043)

新建铁路宝鸡至兰州客运专线是中国“四纵四横”客运专线网的重要组成部分,也是连接郑州至宝鸡客运专线、兰新铁路第二双线的国家干线铁路。沿线通过地貌单元多样,地质情况复杂多变,不良地质极为发育。铁路通过天水市秦安县时，受站位、客运专线技术标准及地形控制须通过王家墩巨型古滑坡群，线路以隧道形式通过。查明该滑坡的分布范围、结构特性、稳定程度、地下水活动情况及其与线路的关系,对地质选线具有重要的意义。本文重点阐述对王家墩滑坡的勘察及秦安隧道地质选线。

1 工程概况

王家墩滑坡地处天礼盆地低山丘陵区西北部、秦安县城北侧葫芦河西岸。葫芦河在秦安县城形成秦安小盆地,王家墩滑坡处于该盆地北侧边缘,自然山坡高陡,地面高程1 210～1 710 m,冲沟发育,相对高差200～500 m。王家墩滑坡体自西侧山顶附近发育,滑体体长约2.7 km,宽度1.8 km,厚度60～90 m,呈长条状,滑体前端已覆盖在一级阶地上,目前滑体自然坡度10°～20°,滑体上多已被辟为耕地,种有大量果树。受秦安站位、客运专线技术标准及地形控制,隧道无法绕避王家墩滑坡。

2 滑坡工程地质特征

2.1 滑坡地层结构

沿线地层分布受地质构造单元控制,钻孔揭示王家墩滑坡附近主要出露的地层有第四系松散沉积层、第三系泥岩、华力西期花岗岩等。

王家墩滑坡滑带位于第三系泥岩中,滑体前端(舌部)在一、二级阶地形成堆积体。

一级阶地地层结构为：表层为滑体(黏质黄土、泥岩)堆积层,厚5～15 m不等；其下为一级阶地冲积黏质黄土、粉质黏土等,厚3～5 m；下部普遍分布一层冲积砂层、细圆砾土等,厚1～6 m；底部为第三系泥岩和花岗岩,其中花岗岩只在滑坡区北侧局部有出露。基岩顶面高程一般在1 200～1 210 m。

二级阶地地层结构为：表层为滑体(黏质黄土、泥岩)堆积层,厚度差异大,5～60 m不等,滑体物质以泥岩为主,间杂黏质黄土,相互揉皱明显,泥岩中可见较多擦痕、摩擦镜面等；其下为二级阶地冲积粉质黏土,厚度差异较大(5～40 m),该粉质黏土以青灰色为主,未见擦痕、摩擦镜面,属静水沉积产物；二级阶地下部普遍发育一层冲积砂层、细圆砾土等,厚1～10 m；底部为第三系泥岩,泥岩顶面高程一般在1 220～1 230 m。

根据钻探揭示,滑坡区三级阶地残留的范围较小,勘探揭示其地层结构与二级阶地很类似,砂砾层厚度一般2～5 m,基座基岩面高程约为1 242 m。

王家墩滑坡分区平面如图1所示。

图1 王家墩滑坡分区平面

2.2 滑坡区地质构造特征

王家墩滑坡在区域构造上地处祁吕弧形褶皱带和陇西系旋卷构造的复合部位,位于天(水)礼(县)盆地的北部,构造较为发育,特别是晚第三纪以来,区内新构造运动较为活跃,表现为地震活动频繁，河谷两岸高阶地发育，现代河流侵蚀、下切明显。其主要构造线一般为近东西、北西向发育。

2.3 滑坡区水文地质特征

区内发育的最大河流为葫芦河,为渭河的一级支流,属黄河水系,常年有水,但近年也出现过短期断流现象。

区内地下水主要分为松散层孔隙潜水、碎屑岩类孔隙裂隙水两种类型。滑坡体内松散层孔隙水的含水层具有不连续和不均匀的特点,埋藏条件复杂,呈不连续的点、片状分布,水量不大,富水程度主要受滑坡地貌形态所控制。地下水具氯盐及化学侵蚀。

滑坡区地表泉水点主要分布在滑坡后缘(有三处),为下降泉,水量一般在0.5～1 m3/d,被当地村民作为饮用水源使用；滑体前缘有连续分布,平面上呈扇形区域,出露高程一般在1 250～1 320 m附近,地表能形成积水点的主要有8处,水量一般在0.5～2 m3/d,被当地村民作为浇地用水使用。

3 滑坡特征

通过地质调查,根据滑体地貌特征、次生滑坡发育特征,将滑坡分为3个大区,10个小区,并确定3条滑坡主轴,沿滑坡主轴及与线路相关部分布置钻孔,研究滑坡特征。

其中Ⅰ区为初次滑动后形成的相对稳定区域,其整体呈台地状,但周边发育次生滑坡；Ⅱ区为Ⅰ期滑坡体的再次滑动后形成的区域,斜坡地带次生滑坡很发育,支离破碎,多期次滑坡连续发生；Ⅲ区为古滑坡堆积体及与线路方案有关的次生滑坡(如图2所示)。

图2 王家墩滑坡主轴剖面示意

3.1 滑坡分区特征及稳定性评价

(1)Ⅰ区

Ⅰ-1区：位于滑坡区最后缘,地貌上呈一弧形洼地,为王家墩滑坡初次滑动后形成,后期改造轻微。该区域长约500 m,宽约1 000 m,滑体厚约50 m,滑床位于风化泥岩中,滑体物质主要为黏质黄土和风化泥岩,滑坡后缘有残留的圈椅状地貌。滑体坡面平缓,滑坡前缘并有较长的台地反压,抗滑地段较长,滑体长期剥蚀,平缓顺直,土体也经长期压密,前缘陡坎直立。滑坡体有村民长期居住,房屋也未产生裂缝,村民种植的高大乔木也生长良好,该区稳定性较好。

Ⅰ-2区：位于滑坡区中部,地貌上呈相对平缓的台地状,该滑块前缘、侧缘高陡,发育有多处次生滑坡。该区域长约1 400 m,宽约500 m,滑体厚约70 m,滑床位于风化泥岩中,滑体物质主要为黏质黄土和风化泥岩。前缘陡缓交界处生长大量的芦苇等喜水植物,有8处泉水呈扇形分布,出水量较小,一般约0.5～2 m3/d。

该区为古滑坡体,滑体坡面平缓,滑坡前缘压在二、三级阶地上,前缘高陡,地下水发育,滑体周围长期剥蚀,发育多处次生滑坡,该区稳定性较差。

(2)Ⅱ区

Ⅱ-1区：位于滑坡主轴南侧,为王家墩滑坡初次滑动后滑体的再滑动。该区域长约2 000 m,宽约1 000 m,滑体物质以风化泥岩为主,厚10～30 m,滑床位于风化泥岩中,滑体上冲沟发育,次生小滑坡密集。周边剥蚀严重，后期滑动明显,几乎无抗滑地段,滑体长期剥蚀,支离破碎,该区稳定性较差。

从Ⅱ号主轴剖面分析,当采用黏质黄土的剪切指标φ=20°、C=20 kPa；滑带土泥岩在可塑状态下的残剪(峰值)指标,φ=11°,C=20 kPa；黄土天然容重γ=1 800 kN/m3；第三系泥岩天然容重γ=2 100 kN/m3。滑坡稳定性系数K=1.2。

Ⅱ-2区：位于Ⅱ-1区下游端,为Ⅱ-1区滑块的滑体物质的堆积区,滑体物质堆积在一、二级阶地上,地貌上呈后高前低扇形隆起,类似于洪积扇地貌。该区域长约800 m,宽约500 m,堆积体物质以黏质黄土、风化泥岩为主,厚度差异较大,一般厚度10～40 m,最大厚度超过80 m。属稳定的古滑坡滑体堆积区。

Ⅱ-3区：位于王家墩滑坡的北侧,为王家墩滑坡初次滑动后滑体再滑动,呈弧形斜坡地貌。该区域长约1 000 m,宽约1 800 m,滑床位于风化泥岩中,滑体物质以黏质黄土和风化泥岩为主,滑体厚度一般10～30 m。地貌上该区滑坡后壁陡直,其前缘堆积于冲沟内,形成明显的滑坡堆积体,滑体上冲沟发育,支离破碎,次生小滑坡密集,陷穴发育。该滑坡区次生滑动明显,剥蚀严重,稳定性较差。

(3)Ⅲ区

Ⅲ-1区：位于Ⅰ-2区前缘南侧部分,为Ⅰ-2区前缘滑体的再次滑动形成的次生滑坡。Ⅰ-2区前缘高陡,滑体物质堆积厚度大,地下水较发育,生长大量的芦苇。该区域长约250 m,宽约300 m,堆积体物质以黏质黄土、粉质黏土为主,厚度差异较大,一般厚度10～40 m。前缘可见到有新近滑动迹象,属不稳定的次生滑坡。

Ⅲ-2区：位于Ⅰ-2区前缘东南侧部分。Ⅰ-2区前缘在该范围高陡,山腰附近地下水较发育,沟谷和坡面上生长有较多的芦苇。该区域长约300 m,宽约160 m,滑体物质以黏质黄土、粉质黏土为主,受后期改造,大部分滑体以泥石流形式排出沟口。前缘可见到有新近滑动迹象,属不稳定的次生滑坡。

Ⅲ-3区：位于Ⅰ-2区前缘东侧部分。Ⅰ-2区前缘在该范围主要堆积于二级阶地上,该区域长约440 m,宽约100 m,呈长条形,滑体物质以黏质黄土、粉质黏土为主,根据调查该体在1978年夏季又出现了较大滑动,前缘冲出沟口,压没了十几间民房,但根据剖面检算,目前处于稳定状态。

Ⅲ-4区：位于Ⅰ-2区前缘东北侧部分。Ⅰ-2区前缘在该范围堆积于三级阶地上。该区域长约300 m,宽约150 m,滑体物质以黏质黄土、风化泥岩为主,滑坡规模较小,滑体堆积于一、二级阶地上,滑坡规模较小,处于基本稳定状态。

Ⅲ-5区：位于Ⅰ-2区前缘北侧部分,该区域长约800 m,宽约200 m,呈不规则的条形,堆积体物质以黏质黄土、风化泥岩为主,主要滑动方向为向沟心的滑动,后缘陡直,前缘占压沟谷,其特征类似于错落体,滑坡体坡面较平缓,出现再次滑动的可能性很小。

3.2 滑坡形成的原因分析

(1)特殊的地层结构

秦安附近新生代地层极其发育,第三、第四系广布于地表,第四系地层以黏质黄土、砂质黄土为主,质地疏松多孔,垂直节理发育,透水性好,湿陷性强,其下部的第三系泥岩隔水性好,风化严重,由于经受长期剥蚀也很不平整,因此在黄土和泥岩界面或泥岩风化层中容易形成滑动面。

(2)特殊的地质构造位置

王家墩滑坡区位于天(水)礼(县)盆地的北部,构造较为发育,特别是晚第三纪以来,区内新构造运动较为活跃,使黄土与第三系泥岩接触面起伏不平,从地貌上形成了不稳定的斜坡地貌,黄土梁峁被侵蚀切割,形成陡坡深沟,加之该时期地震活动频繁,使山体失去平衡,导致滑坡的发生。

(3)地震活动频繁

根据国家地震局划分的地震区带,天水—秦安属青藏高原东北部地震区的天水—兰州地震带,为强度大、频度高的地震带。区内断裂及褶皱均较发育,尤其是晚第四纪以来断裂活动显著,在有史料记载以来,区内发生的最大地震震级达8.2级。

(4)地下水及集中降雨

地表调查发现,滑坡区后缘和前缘共有八处泉水出露点,虽水量不大,但四季不干；钻探揭示,钻孔中的水呈不连续的点、片状分布,未形成连续的含水层,但在强降雨等因素的影响下,浅表黄土指向冲沟的局部滑动的可能性较大。据收集的气象资料,秦安县年平均降雨量为448.8 mm,年最大713.1 mm,一次最大94.1 mm,连续17 d。但在历史上,依据《天水市志》气象性自然灾害的记载“秦州大雨倾盆,山水泛滥,冲入城内,淹没农舍”的现象也时有发生。

4 结论及工程地质选线建议

王家墩滑坡为一巨型切层古滑坡,滑坡发育范围大,次生滑坡发育,整体处于基本稳定状态,线路无法完全绕避时,工程地质选线时应绕避不稳定的地段,选择在稳定的地段通过。

从滑坡稳定性分区看,Ⅰ-1区、Ⅱ-1区,位于滑坡体后缘,分布位置高,滑面所在高程大,工程选线基本不涉及这两个区域。

Ⅰ-2区,前缘压在二级阶地上,二级阶地基座高程约1 220 m,线路若由此区域通过,则须调整坡度,轨面高程应在1 220 m以下,并采取加固措施。

Ⅱ-2区,为滑坡体堆积区,类似于洪积扇,处于稳定状态,线路方案可以选择适当的位置通过。

Ⅱ-3区,位于斜坡地段,滑面高,下部泥岩厚度大,岩体完整,隧道可从滑面下部较深位置通过。

Ⅲ区为次生滑坡发育区。Ⅲ-1、2区稳定性较差,线路通过应采取防护措施；Ⅲ-3区,滑坡主轴基本垂直于线路走向,滑体堆积于一、二、三级阶地,高程差异大,线路方案可选择在三级阶地下部通过,通过一、二级阶地范围应采取加固措施；Ⅲ-4、5区在高阶地上发育,滑面位置较高,线路可选择在滑面以下稳定的泥岩中通过。

[1]中铁第一勘察设计院集团有限公司.王家墩滑坡工程地质勘察报告[R].西安：中铁第一勘察设计院集团有限公司,2010

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[3]铁道第一勘察设计院.铁路工程地质手册[M].北京：中国铁道出版社,1999：316-330

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