雷山空铁主要工程地质问题及地质选线

张 健

(中铁第六勘察设计院集团有限公司，天津 300000)

1 工程概况

雷山空铁旅游示范线工程位于贵州省黔东南自治州雷山县。本线为单线悬挂式轨道交通，车辆采用新能源空铁列车，采用2列编组+电池车。线路起于西江千户苗寨西门，终点止于乌东苗寨，线路全长24.4 km。其中，“一期工程”线路起于黄里坳，终点止于乌东苗寨，本段线路长7.9 km，主要沿黄乌公路外侧敷设，局部段落位于沟壑、陡坡边缘。

空铁所经区域山峦起伏，沟壑纵横，地形起伏变化大。沿线复杂的地形、岩体破碎、危岩崩塌、滑坡、顺层等不良地质极为发育，工程地质问题制约空铁选线与重大工程设置的可行性。笔者在2016年—2017年多次现场调查与勘测的基础上，对拟建雷山空铁旅游示范线的主要工程地质问题进行分析，开展综合地质选线研究。

2 区域地质环境

2.1 沿线地形地貌特征

拟建工程区为低中山区，属雷公山系，区内山峰林立，沟谷侵蚀切割强烈，呈V字形发育，地形起伏较大，桥址区内绝对高程介于1 071.07 m～1 141.0 m之间，相对高差79.93 m。沿线地表植被茂盛，线路平行于黄乌四级公路敷设，路堑边坡陡峭。

2.2 地层岩性

沿线地层由上而下为第四系全新统残坡积层，下伏元古界上板溪群番招组沉积岩层，主要岩性为砂岩、页岩。测区广泛分布第四系全新统人工堆积层，由修建既有公路的弃土、弃渣组成，结构松散，最大填土厚度约20 m，易顺坡滑塌。

2.3 地质构造

测区内主要发育有一条西江断层，位于设计线路右侧约25 m～100 m，断层产状305°∠50°，破碎带宽10 m～15 m，造成区域内岩体节理裂隙发育，岩体破碎，对路堑边坡工程影响较大。

2.4 区域气象及水文特征

本区气候属北亚热带季风湿润气候区，境内山峦起伏，沟壑纵横，风景秀丽。区域内巴拉河和朗利河均属沅江水系，为一向北西干流清水江汇流的树枝状水系。区内河流下蚀作用强烈，为典型的山区河流地貌类型，其特点是各种形态的跌水现象较为发育，宽谷与峡谷沿河交替分布。

2.5 不良地质及特殊岩土分布特征

沿线受地形地貌、地质构造、地层岩性及修路挖方等影响，崩塌落石及危岩、顺层边坡、差异风化、滑坡、大面积人工填土等地质灾害及特殊土极为发育，严重地制约空铁选线与重大工程设置的可行性。

3 主要工程地质问题

3.1 崩塌落石及危岩

崩塌落石及危岩的分布区域主要有两块：既有公路左侧人工边坡及其上自然斜坡和右侧自然斜坡(部分右侧坡为人工边坡)。沿线基岩从岩性上分类均为砂岩，以青灰色砂岩为主，局部夹有1 m～5 m不等灰黄色砂岩，这两种砂岩在硬度上差异较大，存在软硬不均现象，呈强～中风化，节理裂隙较发育，岩体相对较为破碎。形成原因可分为两大类：一是人工边坡开挖后，坡体内原有的力学平衡状态被打破，在开挖影响区内，应力发生变化，坡体由表及里的不同位置产生不同的位移，局部区域位移过大沿着岩层层面及节理裂隙面发生崩塌落石散落在边坡上，局部地段在原边坡上形成凌空的危岩；二是沿线两种砂岩在硬度上差异较大，抗风化能力不同，通常灰黄色砂岩风化后在上部地层压力下顺坡滚落，同时造成上部岩层底部失稳，上部青灰色砂岩则沿着层面或者节理裂隙面整体崩塌而下，形成落石散落在斜坡上，或者形成崩塌堆积体分布于公路两侧斜坡上。

崩塌散落在两侧边坡上的落石，直径一般为0.5 m～3 m不等，最大可达十几米，这些崩塌落石在自然状态下处于基本稳定或欠稳定状态，施工过程中一旦人为破坏原有状态，必然形成二次崩塌；另一方面左侧公路人工边坡及其上自然斜坡上的落石虽距离本工程在空间上有一定距离，但对本工程的安全运营影响极大。

3.2 顺层边坡

顺层边坡现象主要分布于既有公路左侧人工边坡，在修建既有黄乌公路时为求方便简单，公路线位基本行进在岩石边坡的等高线上，局部段落线位走向与岩层走向平行或呈小角度交叉，边坡开挖后，形成新的临空面，改变了原有坡体内地应力的平衡状态并使之释放，坡体前缘的卸荷使得坡体内岩层的节理裂隙松弛，张开，地表水更易渗入坡体内，使得坡体内软弱夹层进一步软化，整个坡体顺着层面向临空面发生顺层垮塌。

3.3 差异风化

沿线地层岩性以砂岩、页岩夹泥岩为主，存在软硬不均，差异风化现象，可以明显看到局部路堑边坡出露基岩成强风化与全风化的条带状分布；钻探揭示局部段落内中风化岩面起伏较大，部分钻孔揭示在强风化砂岩层中夹有全风化的砂岩层，这些现象对桩基持力层的选择带来一定困难，容易引起持力层的误判。

3.4 滑坡

阳苟滑坡的里程位置为DK3+470～DK3+580，位于阳苟村对面山坡上，滑坡整体上形态呈“圈椅形”(见图1)，滑坡为同类基岩面的岩体滑坡。滑坡的主滑方向为126°，沿线路长约110 m，宽约130 m，平面面积约22 100 m2，滑坡体最大厚度为31.7 m，平均厚度约15 m，滑坡体总体积约331 500 m3，属于巨型中深层岩体滑坡，潜在滑动面倾角0°～30°。表层覆盖第四系全新统滑坡堆积粉质黏土层，下伏上板溪群盘招组全～弱风化砂岩夹泥岩。地表水主要为沟谷山间水，勘测期间，冲沟内的水流宽度一般为0.5 m～1.5 m；地下水主要为第四系孔隙潜水及基岩裂隙水，含水层厚度根据土层厚度及地形起伏变化较大，富水性较弱，无承压性。勘测期间，钻探揭示桥址区内地下稳定水位埋深一般0.0 m～10.9 m，位于陡峭斜坡及山间冲沟两侧的钻孔稳定水位埋深较大。路堑边坡处发现两处泉眼，流量约0.05 L/s～0.1 L/s。该段岩石节理很发育，岩体较破碎，岩层倾向顺坡，地下水浸入结构面，在上覆土体的牵引下沿结构面开裂，容易产生变形、滑动。

3.5 大面积人工弃土

人工填土成分主要为粉土、黏性土，局部夹有碎石及块石(见图2)，一般为松散～稍密，主要由修建既有公路的弃土、弃渣组成，厚度一般为3 m～10 m，最大厚度达20 m，堆填时间1年～6年不等。主要分布于道路右侧斜坡地段及沿线冲沟内，其中DK3+780～DK3+930，DK4+070～DK4+140等9处段落填土厚度较大。具有结构松散，压缩性高，欠固结，承载力低，自稳能力差，工程特性差等特性，易发生侧向失稳引起工程滑坡。

4 地质选线总体原则

雷山空铁穿越复杂的地形，沿线岩体破碎、高位危岩落石、崩塌、滑坡及大面积弃土等不良地质发育，严重地制约了空铁选线与重大工程设置的可行性。勘测和设计过程中，在大面积区域地质调绘的基础上，主要遵循以下复杂地质山区选线总体原则：

1)测区内构造复杂，区域深大断裂发育，山坡陡峭，沿线岩体非常破碎，线路宜选择从岩性单一且岩体完整性较好的地段通过；应绕避山坡高陡且岩层受结构面切割严重、危岩密集分布、有可能发生较大规模崩塌或治理难度很大的危岩落石、崩塌等地段，并且线路不应长距离沿不稳定的陡崖或边坡敷设。2)线路所经区域崩塌、滑坡较发育，且局部段落冲刷严重，应考虑内移做隧道方案，当做隧道方案困难时，可考虑外移设桥通过，进行横断面选线，综合研究比选。3)区域内地形复杂，沟壑深切，线路应尽量减少高陡边坡。顺层地段线路挖方切坡不宜过高，避免产生工程滑坡。4)线路应绕避巨型、大型(古)滑坡，当线路通过稳定的滑坡体时，不宜在其上部填方或下部挖方。5)线路不应与大断裂平行，且不宜切割松散堆积体或风化破碎岩的坡脚，特别是地下水发育的地段。6)线路应选择在填土分布较窄、厚度较薄、基底稳定、横断面平缓的地段通过，且宜选择在弃渣场的沟谷上游通过，避免渣堆滑坡、渣土泥石流等不良地质发生。

5 分段方案比选与分析

1)阳苟滑坡段落为DK3+470～DK3+580，拟建阳苟车站中心里程为DK3+520，滑坡沿线路长约110 m，宽约130 m。在勘察期间对阳苟滑坡的调查与勘探非常重视，采用调绘、物探、钻探，辅以原位测试以及室内土工试验等综合勘探方法，详细查明了场区的工程地质、水文地质条件，取得了详尽的工程地质资料。该工点地质调绘反复经历两个多月，钻探共12孔，高精度瞬变电磁法共5个断面，编制有多种比例尺的地质平面图、滑坡轴向断面图、基岩等高线图、地下水流向及等水位线图、物探成果图、地质报告等。

测区为剥蚀低中山区地貌，地形高低起伏较大，植被覆盖一般，开辟有农田，自然坡度10°～40°，滑坡表层覆盖第四系全新统滑坡堆积粉质黏土层，下伏上板溪群盘招组全～弱风化砂岩夹泥岩。地表水主要为沟谷山间水，地下水主要为第四系孔隙潜水及基岩裂隙水，含水层厚度根据土层厚度及地形起伏变化较大，路堑边坡处发现两处泉眼。

根据调查和勘探结果分析，滑坡整体上形态呈“圈椅形”，滑坡为同类基岩面的岩体滑坡，滑坡的主滑方向为126°，目前处于较稳定状态。该段岩石节理很发育，岩体较破碎，抗风化能力差，风化剥蚀后形成较厚坡残积土层，下伏砂岩风化强烈，岩层倾向顺坡，地下水浸入结构面，在上覆土体的牵引下沿结构面开裂，容易产生变形、滑动。在受施工干扰、地下水浸入后有极易再次滑动的可能，因此，仍有潜在危害，并影响到车站地基、桥梁桩基和边坡的稳定性。

经过方案分析比选，鉴于滑坡处于较稳定状态，但仍存在滑动的可能，阳苟车站宜避开滑坡体范围设置，线路在滑坡体下方以大跨度桥梁形式通过，遵循不宜在滑坡体上部填方或下部挖方的原则，确保滑坡体稳定条件不受破坏，实现方案安全可靠、经济合理。

2)线路里程DK2+610～DK3+160段落山坡高陡且岩层受结构面切割严重、危岩密集分布、有可能发生较大规模崩塌或治理难度很大的危岩落石、崩塌等不良地质灾害。经过地质横断面选线，考虑内移做隧道方案为宜，隧道应尽可能靠向山里，在稳定地层内通过，遵循“早进洞、晚出洞”的原则，避免高仰坡和出洞口高边坡。

3)DK0+000～DK0+190,DK3+780～DK3+930,DK4+070～DK4+140等多处段落有大面积人工弃土，主要由修建既有公路的弃土、弃渣组成，厚度一般为3 m～10 m，最大厚度达20 m，堆填时间1年～6年不等。具有结构松散，压缩性高，欠固结，承载力低，自稳能力差，工程特性差等特性，易发生侧向失稳引起工程滑坡。

勘测与设计期间非常重视大面积弃土段落的线路和建筑物位置选择，主要选择填土稳定性较好或稳定性虽然较差，但经过采取措施后即能保证稳定的地段通过。经过调查、钻探、物探、原位测试等综合勘察手段，重点查明大面积弃土地段的工程地质条件，尤其位于斜坡段落上的弃土稳定性。经过详细勘察及方案比选，确定了车辆基地及线路在斜坡、沟谷上游弃土分布较窄、厚度较薄、基底横坡较小的位置设置，避免渣堆滑坡、渣土泥石流等不良地质对本工程的影响。

6 结语

雷山空铁沿线地形复杂、岩体破碎、危岩崩塌、滑坡、顺层等不良地质极为发育，工程地质问题制约空铁选线与重大工程设置的可行性。经过多次现场调查与勘测的基础上，对拟建工程的主要工程地质问题进行分析，提出了雷山空铁地质选线的总体原则，并得出以下结论：

1)阳苟滑坡处于较稳定状态，但在受施工干扰或水体浸入等影响，仍存在滑动的可能，阳苟车站宜避开滑坡体范围设置，线路在滑坡体下方以大跨度桥梁形式通过，遵循不宜在滑坡体上部填方或下部挖方的原则，确保滑坡体稳定条件不受破坏，实现方案安全可靠、经济合理。2)沿线存在多处危岩落石、崩塌等不良地质灾害，线路里程DK2+610～DK3+160段落山坡高陡且岩层受结构面切割严重、危岩密集分布、有可能发生较大规模崩塌或治理难度很大，考虑内移做隧道方案为宜，隧道应尽可能靠向山里，在稳定地层内通过，遵循“早进洞、晚出洞”的原则，避免高仰坡和出洞口高边坡。3)本线宜绕避堆填厚度大、未经处理且松散的大面积人工弃土地段，车辆基地及线路选择在斜坡、沟谷上游弃土分布较窄、厚度较薄、基底横坡较小的位置设置，避免渣堆滑坡、渣土泥石流等不良地质对本工程的影响。