某铁路广东龙川山区某段工程建设可能引发的地质灾害危险性预测评估

钟志芳

（广东省地质局第七地质大队，广东惠州516008）

1 概述

拟建某铁路北起江西赣州市，自河源市进入广东省，经和平、龙川、东源、紫金、惠州博罗、惠阳等县、市区后抵达深圳市。该铁路长度大，穿越了赣州盘地、赣南低山和丘陵区、粤东北中低山区、粤东南冲积平原区、粤东南丘陵区等复杂地形地貌区。经过广东龙川山区的某段，穿越地质灾害易发区，按国家相关政策法规，必须进行工程建设的地质灾害危险性预测评估。

2 工程概况

该段经过广东龙川山区，起讫里程为CK220+220～CK223+937，长3717m，走向203°。拟建场地地形地貌复杂，地表起伏不平，拟建有隧道、桥梁、路堤、路堑等多种工程。各工程起讫里程、长度等概况见表1，各工程的分布见图1。

3 场地工程地质条件

3.1 地层岩性分布情况

拟建铁路经过场地地形地貌复杂，丘陵与谷地相间分布，地面高程介于72～154m间。根据勘探及调查结果，场地主要分布有第四系冲洪积层（Qal+pl），以及基岩-下第三系丹霞组砂砾岩（Edn）。

3.1.1 第四系冲洪积层（Qal+pl）

分布于场地各谷地，多呈灰褐、灰黄、褐黄等色。表层为含有机质土层，软塑状，厚约0.5～1.0m；中部为粘土层，可塑—硬塑状，粘性好，厚约1.5～6.0m；底部为粗、砾砂层，稍密状，分选性差，厚约1.0～3.0m。

3.1.2 下第三系丹霞组砂砾岩（Edn）

分布于丘陵，以及谷地冲洪积层以下。多呈紫红、砖红、褐红等色，砂砾状结构，厚层状构造，铁泥质胶结。按风化程度分为：全风化砂砾岩（W4）、强风化砂砾岩（W3）、弱风化砂砾岩（W2）。

（1）全风化砂砾岩（W4）：岩石已风化成土状或土夹砂、砾状，具中低压缩性及中等强度，工程性状较好，厚度变化较大，平均厚约3m。

（2）强风化砂砾岩（W3）：风化裂隙很发育，岩石强烈风化分解，钻探岩芯多呈碎块混土状，岩质软，岩块锤击易碎，具较高强度和承载能力，厚度变化较大，平均厚约6m。

（3）弱风化砂砾岩（W2）：裂隙发育，钻探岩芯呈短柱状及块状，节长10～30cm，岩质稍硬，具高强度和承载能力，钻探范围内厚度较大，未钻穿。

拟建铁路及场地地层分布情况见图1。

3.2 地下水发育情况

拟建场地地下水分为第四系孔隙潜水和基岩裂隙水2大类型。

3.2.1 第四系孔隙潜水

分布于第四系冲洪积层中，其中粗、砾砂层透水性及富水性好，地下水量丰富，为主要含水层。含有机质土及粘土层透水性及富水性差，为次要含水层。

3.2.2 基岩裂隙水

赋存在基岩风化层中，由大气降水及谷地孔隙潜水入渗补给，地下水量中等。基岩裂隙水受地形地势，基岩裂隙发育程度及其连通性影响，水量分布不均匀。

拟建场地地下水位埋深及地下水量受季节变化影响而变化。在雨季，丘陵入渗的雨水，沿坡面向谷地排泄，补给谷地地下水，或以泉水形式于坡脚排泄出地表。

表1 拟建铁路工程概况表

3.3 地质构造

根据区域地质资料及勘探和调查成果，拟建场地未见断裂通过痕迹。场地基岩为砂砾岩，其地层产状为281°∠25°。

4 工程建设可能引发的地质灾害危险性预测评估

根据拟建场地工程地质条件，结合工程建设类型、规模和施工方式等，预测工程建设可能引发的地质灾害类型有：①崩塌、滑坡：包括隧道进、出口边坡，桥梁的桥墩基坑边坡，路堤边坡，路堑边坡等边坡失稳引起的崩塌、滑坡。②地面沉降：指填土路堤工程，在上部荷载及自重作用下，路堤本体填土的压缩沉降以及路堤地基土产生的压缩沉降。③地面塌陷：指隧道洞身开挖形成的地下空洞，因空洞顶部坍塌引起的地面塌陷。

4.1 地质灾害危险性分析预测

4.1.1 崩塌、滑坡

拟建铁路各工程施工形成的边坡，按组成边坡体物质成份的不同，分土质边坡和岩质边坡2种类型。边坡失稳可形成崩塌、滑坡地质灾害，土质边坡和岩质边坡可采用不同的方法进行边坡的稳定性分析。

（1）土质边坡的稳定性计算分析。采用《建筑边坡工程技术规范》（GB 50330-2013）附录A的圆弧形滑面的边坡稳定性系数计算公式（式1）：

计算采用边坡设计形状，但不考虑边坡设计中支护措施，土体抗剪强度c、φ值采用勘察报告建议值。计算采用天然状态及暴雨状态2种工况，并采用计算机辅助软件进行。铁路边坡工程安全等级按一级考虑，按《建筑边坡工程技术规范》（GB50330-2013）规定，边坡稳定安全系数Fst取值1.35。各铁路工程边坡稳定性计算所得稳定性系数Fs值，按表2将边坡稳定性状态划分为稳定、基本稳定、欠稳定和不稳定4种状态。

表2 边坡稳定性状态划分

（2）岩质边坡的稳定性分析。本场地岩质边坡可根据基岩的层面与边坡坡面之间的组合关系，利用赤平投影法来分析判断边坡的稳定性。拟建铁路各隧道进、出口边坡由基岩全风化层组成，路堤边坡由填土组成，桥墩基坑边坡体为冲洪积土层，上述边坡均属土质边坡。路堑边坡由基岩全—弱风化层组成，属岩土混合质边坡，组成路堑边坡坡体的砂砾岩地层产状为281°∠25°。

根据设计文件，路堑两侧边坡倾向铁路中线，方向相反，其中左侧边坡倾向约293°，右侧边坡倾向约113°，两侧边坡的全风化—弱风化层坡体设计坡率约（1∶1.5）～（1∶0.75）（坡度约34°～53°）。

拟建路堑岩质边坡与地层的组合关系赤平投影图见图2。

图2 路堑岩质边坡赤平投影分析图

图2中，AOB为铁路走向，ABC为路堑左侧边坡，坡面为293°∠34°～53°，ABD为路堑右侧边坡，坡面为113°∠34°～53°。FGH为砂砾岩地层层面，产状为281°∠25°。从图2可看出，砂砾岩地层倾向与左侧路堑边坡倾向相近（其夹角∠HOC为12°），地层的倾角小于路堑边坡倾角，左侧路堑边坡属于顺层边坡，边坡开挖后，坡体会出现外倾结构面，边坡不稳定，容易沿层面发生崩塌、滑坡地质灾害。

图2中，右侧路堑边坡坡面倾向与地层倾向近乎相反，边坡开挖后不形成外倾结构面，地层层面对该侧路堑边坡的稳定性影响不大。

（3）崩塌、滑坡地质灾害的危害程度及危险性预测分析。拟建铁路边坡崩塌、滑坡地质灾害的危害程度及危险性，由边坡失稳的可能性大小（即边坡的稳定性状态），以及边坡工程位置不同，崩塌、滑坡造成的损失不同等因素决定。在本工程中，路堤边坡高度小，发生崩塌、滑坡的可能性小，其危害及危险性小；桥墩基坑边坡高度较小，崩塌、滑坡造成铁路工程的损失小，其危害及危险性小；隧道进、出口边坡及路堑边坡高度较大，产生崩塌、滑坡的可能性较大（在无支护的状态下），对铁路工程造成的损失也较大，其危害及危险性中等—大。

4.1.2 地面沉降

由拟建铁路在谷地中分布的路堤工程引起，路堤地基土层为冲洪积层，地基土压缩变形产生地基沉降。路基本体的填土压缩变形也产生沉降，地基沉降量和路基本体沉降量叠加形成路堤工程的地面沉降。

（1）地基沉降。路堤地基土压缩变形产生的地基沉降量，可按《建筑地基基础设计规范》（GB50007-2011）第5.3.5条的公式计算求得，见式（2）及式（3）：

式中基底应力P0取值参照设计文件，地基土体的压缩模量Es采用场地勘察报告建议值。

（2）路基本体沉降。路基本体沉降在路堤填土中形成，路堤高度越大，填土越厚，产生的沉降量就越大，根据工程经验，路堤填土产生的沉降量约为自身厚度的5%～8%。

（3）地面沉降地质灾害的危害程度及危险性预测分析。拟建铁路路堤工程引起地面沉降地质灾害的危害程度及危险性与地面沉降量的大小相关。根据计算所得的地面沉降量值，按照《广东省地质灾害危险性评估实施细则》，地面沉降地质灾害危害程度及危险性划分见表3，地质灾害危险性评估见表4。

表3 地面沉降地质灾害危害程度及危险性划分

表4 工程建设可能引发的地质灾害危险性分区评估表

4.1.3 地面塌陷

拟建铁路隧道洞身开挖形成地下空洞，空洞上方岩土体失稳陷落，从而引发地面塌陷。隧道洞身地面塌陷跟洞身围岩的稳定性相关，也跟隧道洞身的埋藏深度相关。

根据场地勘察报告，拟建铁路各隧道工程洞身围岩为Ⅲ-Ⅴ级。其中Ⅲ围岩为弱风化岩，较完整，无支护仅会发生小坍塌，产生地面塌陷的可能性小，其危害及危险性小；Ⅳ级围岩以强风化岩为主，围岩破碎，稳定性差，Ⅴ级围岩以全风化岩等土状地层为主，围岩强度低，稳定性差，易坍塌，产生地面塌陷的可能性较大，其危害及危险性中等；在围岩Ⅳ-Ⅴ级地段，当隧道洞身浅埋时，洞身产生的坍塌极易扩展至地面，地面塌陷的危害及危险性大。

4.2 地质灾害危险性评估

该段广东龙川山区铁路，因工程类型、施工方法及场地工程地质条件的不同，可能引发的地质灾害的类型也不同，通过地质灾害的危险性预测分析，对该段铁路工程建设可能引发的地质灾害危险性进行分区评估。

5 结束语

丘陵、山区多为地质环境条件复杂地段，进行铁路等大型工程建设破坏原有地质环境，易引发地质灾害，使工程建设本身遭受地质灾害危害。广东龙川山区某段铁路工程建设可能引发的地质灾害危险性预测评估，揭示该铁路工程建设可能引发的各种地质灾害类型，评估其危害程度及危险性，对工程建设进行地质灾害危险预警，促使后续的设计、施工及运营管理等工作采取对应的预防措施，对工程建设防止和减少地质灾害生发起到重要作用。

参考文献：

[1] 工程地质手册[M].4版.中国建筑工业出版社.

[2] 铁路工程地质手册（修订版）[M].中国铁道出版社.

[3]DZ/T0286—2015地质灾害危险性评估规范[S].

[4] 广东省地质灾害危险性评估实施细则（广东省地质灾害防治协会二○一三年十一月）[S].

[5]TB10012-2007铁路工程地质勘察规范[S].

[6]GB 50330-2013建筑边坡工程技术规范[S].

[7]GB50007-2011建筑地基基础设计规范[S].