老虎沟滑坡工程地质选线

丁茂林

(中铁工程设计咨询集团有限公司，北京 100055)

1 概述

山西中南部铁路通道横贯山西、河南、山东三省，本铁路通道西起山西省吕梁市瓦塘，途径吕梁、临汾、长治、安阳、鹤壁、濮阳、济宁市，接轨于兖日线曲阜北站，同时修建韩岗经泰安、莱芜、临沂至日照南的新通路。线路先后翻越吕梁山、太岳山、太行山及沂蒙山，跨越南同蒲、太焦、京广、京九、京沪、胶新、兖日等国铁干线，全长1 316.334 km。线路自洪洞北引出后，于DK351+695.5～DK357+312.5段经过太岳山山前台地的老虎沟滑坡群，根据线位与老虎沟滑坡的位置关系，主要有三个不同的线路比较方案(见图1)。

①滑坡中穿方案D1K353+470～D1K353+866正穿老虎沟滑坡，其中D1K353+470～D1K353+830段以隧道通过，D1K353+830～D1K353+850(长链后)以路基通过，D1K353+850～D1K353+866(长链后)以中桥通过;②下游绕避滑坡方案D2K位于老虎沟滑坡下游侧，距老虎沟滑坡东南侧边缘310 m，通过与老虎沟滑坡预留安全距离通过;③上游绕避滑坡方案D3K位于老虎沟滑坡上游侧，距老虎沟滑坡东北侧边缘130 m，对老虎沟滑坡完全绕避。

图1 老虎沟滑坡群与各比较方案平面示意

2 自然特征

2.1 地形地貌

老虎沟滑坡位于太岳山山前冲洪积台地与临汾盆地的交界部位，地势起伏较大，且冲沟发育，地面高程620～830 m，相对高差可达210 m，冲沟内地形陡峻。

2.2 地层岩性

区域内地层岩性相对较多，表层为第四系上更新统砂质黄土，第四系中更新统黏质黄土，上第三系粉质黏土、粉细砂，下伏基岩为三叠系上统延长组砂岩、泥岩，中统铜川组砂岩、凝灰岩，以及由断层构造形成的压碎岩。

(1)第四系上更新统(Q3)

①砂质黄土(Q3al):主要分布于地表，灰黄色为主，土质较均匀，孔隙度较大，垂直节理发育，土质疏松，松散－稍密，干燥。

(2)第四系中更新统(Q2)

②黏质黄土(Q2pl):主要分布于表层砂质黄土之下，桔黄色为主，土质较均匀，可见少量的钙质结核，硬塑－坚硬。

(3)上第三系(N2)

③1粉质黏土(N2):棕红色为主，土质不均，夹有大量的粉细砂，局部含砾，可见大量的黑色铁锰质结核，坚硬。

③2粉细砂(N2):紫红色为主，成分主要以石英、长石等为主，砂质不均，夹有大量的黏粒，局部夹少量砾石，潮湿—饱和，中密—密实。

(4)三叠系上统延长组(T3y1)

④1砂岩:浅黄色、灰黄色为主，主要成分以长石为主，细粒结构，薄层状构造，岩质较坚硬，岩体较完整，风化层厚约4～8 m。

对于协同设计来说，主要是指多个专业的设计人员集中在统一的系统平台中，借助数据共享协同促进设计项目的顺利完成。加强三维CAD基础平台的构建，使各专业加强统一的三维数据模型设计平台的应用，如地质、水工以及工艺等专业，进而实现数据共享的目标，将上下游各个专业之间的数据整合在一起。多专业协同设计具有较强的便利性和准确性，可以促进工程设计质量的提升，顺应CAD领域的技术发展趋势。

④2泥岩:青灰色、紫红色为主，泥质结构，薄层状构造，岩质较软，岩体较破碎。

(5)三叠系中统铜川组(Tt22)

⑤1砂岩:肉红色、浅黄色为主，主要成分以长石为主，细中粒结构，中层状构造，局部夹有薄层黄绿色页岩，岩质较坚硬，岩体较完整，风化层厚约3～7 m。

⑤2凝灰岩:粉红色、紫红色为主，细粒结构，薄层状构造，遇水后迅速崩解，风化后呈红色、紫色、灰白色彩色黏土状。

(6)压碎岩

主要分布于断层构造带内，原岩为三叠系上统延长组砂岩、泥岩，颜色以原岩颜色为主，主要呈灰黄色、青灰色、紫红色，岩体呈碎块状，裂隙内有泥钙质充填，岩体易碎。

2.3 地质构造

该区域处于浮山大断裂的西侧边缘，受此影响，地质构造发育。老虎沟内主要的地质构造有F1正断层，断层宽度变化较大，约45～150 m，断层带物质主要以压碎岩(原岩为砂岩)为主，局部可见断层角砾。断层整体走向与老虎沟斜交，南侧产状约N29°E/78°N，延伸至老虎沟滑坡群西南侧边界后，断层走向朝东侧扭转，产状大体变为N65°E/78°N，继续朝北东东方向延伸，延伸至西池村西侧被上第三系、第四系地层完全覆盖。同时，在花池沟南侧，发育有一f1－1次生正断层，断层带宽度约50 m，断层带物质主要以压碎岩(原岩为砂岩)为主，断层产状为N60°W/85°N;物探测试查明南侧发育f1－2次生断层，由于表层被第四系覆盖，断层性质不明。

2.4 水文地质

3 不良地质与特殊岩土

3.1 不良地质

(1)滑坡

老虎沟滑坡位于位于F1断层北侧、老虎沟右侧，在平面上呈一簸箕形(见图2)。滑坡长约600 m，宽约450 m，滑坡体厚度变化较大，根据已钻钻孔HMGSZHP1号孔揭示，厚度间于5～40 m，滑坡区域内地势东北高、西南低，滑坡主体滑向为 S50°W(230°)，为一受F1断层构造带影响、沿三叠系泥岩软弱层滑动的基岩顺层滑坡。滑坡后缘可见明显的地表拉裂缝、串球状黄土陷穴，地形呈明显的圈椅状构造，且滑坡呈嵌套式多级滑动。受F1断层构造的影响，滑坡可分面明显的两个主滑部分，滑坡体内又局部发育有小方量的次级滑坡，构成了一大规模的滑坡群。滑坡后缘为第四系黏质黄土，前缘土体被冲蚀，裸露基岩，局部基岩由于受滑坡影响，出现明显的基岩反翘现象;同时，在滑坡群内又伴生有小规模的次生切层滑坡。

(2)浅表层溜坍

区域内表层地层主要第四系上更新统砂质黄土，砂质黄土孔隙度较大，垂直节理裂隙发育，在下部临空的情况下浅表层产生错动，形成小规模的溜坍。该段线路主要以隧道工程通过，浅表层溜坍对工程影响较小。各溜坍具体分布见图3。

图2 老虎沟滑坡群全貌

(3)黄土陷穴

黄土陷穴主要形成在滑坡的后缘，由于受滑坡拉裂缝的影响，滑坡后缘的圈椅状构造处往往地势相对较低，降水时雨水在此汇聚，并沿滑坡形成的拉裂缝下渗。随着时间的推移，在长期雨水下渗处黄土区形成局部下陷的洞穴，区域内在滑坡后缘处均有分布。

3.2 特殊岩土

(1)湿陷性黄土

区域内特殊岩土主要为湿陷性黄土，具湿陷性，根据相邻区域内取样实验，黄土自重湿陷系数δzs=0.01～0.022，湿陷系数 δs=0.01～0.05，属于Ⅱ级中等非自重湿陷性场地类型。

(2)膨胀岩

隧道出口段出露有三叠系中统铜川组凝灰岩，遇水迅速崩解、软化，且具膨胀性，工程性质极差，对隧道工程影响较大。

4 各方案工程地质与水文地质条件及问题

尽管三方案相距较近，但由于受断层、滑坡影响，三方案通过区域内的岩性、构造和不良地质差异较大，因此，分别从工程地质和水文地质条件等方面对三方案做出详细评估。

图3 老虎沟滑坡群不良地质体分布示意

4.1 滑坡中穿方案D1K

滑坡中穿方案D1K通过地层岩性相对较为单一，主要为三叠系上统砂泥岩，线路与F1断层相交于D1K353+700～DK353+840之间(130 m)，D1K353+700～D1K353+830以红木沟隧道通过该断层，隧道通过该段岩性主要为压碎岩，局部为断层角砾、泥砾。同时，HMGSZ－HP1号孔揭示，该段地下水位埋深较浅(19.5 m)，D1K353+700～D1K353+830段通过地层主要为水位以下的断层破碎带，工程性质差，且隧道设计、施工风险大。同时，D1K正穿老虎沟滑坡D1K353+470～D1K353+866(D1K353+859.7=D1K353+840长链)，由于该滑坡方量巨大(长×宽×厚=600 m×450 m×5－40 m)，工程上基本上无处理的可能性，建议对此滑坡进行绕避。综合而言:D1K通过区域内地层岩性较差，且D1K353+700～D1K353+830段位于地下水位以于的断层破碎带内，工程地质和水文地质条件差。

4.2 下游绕避滑坡方案D2K

下游绕避滑坡方案D2K通过的地层主要为三叠系上统延长组砂泥岩，上第三系粉质黏土、粉细砂层，线路与F1断层相交于D2K354+120－D2K354+250之间。经调查发现，下伏三叠系基岩与上覆上第三系地层为不整合接触关系，推测F1断层形成于三叠系与上第三系之间;经钻探、物探测试验证，隧道洞身在D2K354+100－D2K354+800全位于上第三系地层中，而F1断层带位于上第三系地层的下部，对工程影响较小，见图4。

D2K方案位于滑坡的下游侧，离滑坡群最近距离为310 m，距离较远，同时，沟心在该段纵坡小，相对高差为6 m，滑坡对D2K方案影响较小;且本次钻探过程中钻孔未见地下水。综合而言:D2K方案通过区域内岩性主要以第三系粉质黏土、粉细砂层，三叠系砂泥岩为主，断层构造、地下水以及滑坡对该方案均影响较小，工程地质与水文地质条件相对较好。

图4 D2K两届庄隧道进口段与F1断层接触关系示意

4.3 上游绕避滑坡方案D3K

上游绕避滑坡方案D3K方案通过地层主要以三叠系上统延长组砂泥岩，中统铜川组砂泥岩、凝灰岩为主，线路与F1断层相交于D3K353+665～D3K353+915之间，与F2断层相交于D3K354+056～D3K354+136之间。受构造的影响，岩性主要为压碎岩，局部为断层角砾、泥砾，围岩工程性质差;同时F1断层上升盘翼所夹三叠系中统铜川组凝灰岩，遇水崩解、软化迅速，工程性质很差。受断层构造的影响，区域内泉点较发育，老虎沟、张家庄西侧冲沟内均发现有泉水出露。本次调查发现，老虎沟内常年流水，主要为断层带内泉水补给，且水量较大。D3K方案在该段以隧道形式通过，位于地下水位以下的D3K353+665－D3K353+915、D3K354+056－D3K354+136断层破碎带，F1断层上升盘翼隧道出口段的凝灰岩工程性质很差，隧道设计、施工风险大。同时，山体表层冲沟发育，局部仍发育有少量的小滑坡、崩塌，对该方案仍有一定的潜在风险。综合而言:滑坡北侧方案D3K工程地质和水文地质条件差。

5 各方案工程地质条件综合评价及比选意见

根据以上详细论述，现分别从工程地质、水文地质条件、不良地质和特殊岩土影响程度、工程风险作出相应对比分析，见表1。

表1 老虎沟滑坡各方案比较

通过对工程地质、水文地质条件、不良地质和特殊岩土影响程度、工程风险等方面的评估，综合考虑断层、滑坡、断层富水对隧道工程的影响等多方面的因素后，在预留与老虎沟滑坡足够的安全距离条件下，老虎沟滑坡南侧方案优势较明显，因此，推荐 D2K方案做为贯通方案。

6 结束语

老虎沟滑坡工程地质选线，在充分利用既有工程地质、水文地质资料的基础上，合理布置了钻探、物探等勘探措施，对该区域内的滑坡、断层等不良地质进行了较合理的综合分析，选取工程地质条件相对较优的下游绕避滑坡方案D2K作为推荐方案。不良地质条件下的铁路选线，应综合考虑多方面可能带来的影响，使线路方案趋于安全合理、经济科学。

[1]铁一院.铁路工程地质手册[M］.北京:中国铁道出版社，1999

[2]TB 10012－2007 J124－2007 铁路工程地质勘察规范[S］

[3]TB 10027－2001 J125－2001 铁路工程不良地质勘察规程[S］

[4]TB 10038－2001 J126－2001 铁路工程特殊岩土勘察规程[S］

[5]TB 10049－2004 J139－2004 铁路工程水文地质勘察规程[S］