晋煤集团西区自营地方铁路危岩发育机制分析

2016-12-30郭晓军申晓月

铁道勘察 2016年6期

关键词：风化泥岩砂岩

郭晓军申晓月

(1.中铁工程设计咨询集团有限公司太原设计院，山西太原 030009；2.河南省濮阳光电产业技术研究院，河南濮阳 457000)

晋煤集团西区自营地方铁路危岩发育机制分析

郭晓军1申晓月2

(1.中铁工程设计咨询集团有限公司太原设计院，山西太原 030009；2.河南省濮阳光电产业技术研究院，河南濮阳 457000)

晋煤集团西区自营地方铁路经过基岩边坡处局部危岩体发育，给铁路施工及其运行带来较大的安全隐患。通过调查分析线址区危岩体的变形破坏特征，发现线址区边坡危岩体发育具有一定的规律。分析并总结线址区边坡崩塌破坏的形成原因和破坏机制，根据不同的工程情况，提出相应的治理对策。

砂泥岩崩塌破坏机制防治对策

该铁路起点位于长治市长子县，向南经过高平市，终点位于晋城市郑庄镇，线路全长约62.5 km，大致呈南北走向。本线主要服务于晋城矿区煤炭外运，通过在建山西中南部铁路、嘉南铁路至侯月线，形成一条横贯晋城矿区南北的煤炭集运通道。

线路所处地貌属晋东中南部侵蚀山地与黄土丘陵区，由于地质构造及河流的切割、剥蚀、侵蚀作用，该地区地形起伏变化较大，地势高差悬殊。线址区高边坡岩性主要为厚层砂岩夹泥岩或泥岩、砂岩互层，岩层呈近水平层状结构，在本区分布广泛。砂岩的抗风化能力要远大于泥岩，对于由砂岩、泥岩形成的边坡，差异风化现象比较明显，泥岩由于抗风化能力弱，容易被剥蚀，形成岩腔。上部砂岩受不利结构面的控制，产生崩塌的可能性大。当线路必须以深路堑通过时，边坡的稳定性对铁路安全施工以及正常运营影响非常大，必须做好边坡的防护工程。

1 边坡崩塌的形成原因

1.1 地形条件

斜坡形成崩塌必须具备高、陡两个条件。调查研究表明，规模比较大的崩塌，斜坡坡度大多数介于55°～75°之间，且一般大于45°、高度大于20 m。另外，斜坡的坡面形状对崩塌的影响较大，一般来说上缓下陡的凸形边坡和凹凸不平的陡坡更容易发生崩塌。

1.2 岩性条件

岩性对崩塌的形成起到至关重要的作用。岩性比较坚硬，岩体比较完整，岩层倾向路基，边坡高陡，就有可能产生大规模崩塌；软硬岩互层，因差异风化，坡面凹凸不平，易产生崩塌落石，下部软岩遭受侵蚀，有可能产生大规模崩塌。

线址区的地层岩性主要为黄绿色砂岩、紫红色泥岩、砂泥岩互层，岩层产状90～119°∠4～12°、240～260°∠6～11°、160～190°∠8～13°。一般来说砂岩出露的地段大多形成陡崖或陡坡(见图1)，而泥岩出露的地段大多形成平台或缓坡(见图2)。

图1 CK26+420(砂岩地段)

泥岩遇水后易膨胀、崩解，失水收缩干裂，干、湿交替的变化极易引起泥岩碎裂崩解；野外现场调查发现，由于泥岩抗风化能力极弱，边坡一旦开挖暴露，会在较短时间内风化剥落，并堆积于坡脚(见图3)。砂岩强度较大，抗风化能力较强，由于砂泥岩的差异风化作用，砂岩的下部常常形成岩腔或空洞(见图4)。

图3 CK14+360(泥岩边坡)

图4 CK17+870(砂岩边坡)

1.3 构造条件

地质构造对崩塌的形成同样具有控制作用，与区域构造线平行的路段、断裂交汇路段、褶皱核部，往往是崩塌易发路段；结构面发育、完整性差的岩体，尤其是当岩体内发育的软弱结构面倾向路基时，被切割的不稳定岩块更容易发生崩塌。

1.4 其他条件

地震，融雪降雨，地表水的冲刷、浸泡，昼夜温差变化等自然因素，以及不合理的边坡开挖、强烈的机械振动等人类活动，都可能促使岩体产生崩塌。

2 边坡崩塌的破坏机制

2.1 倾倒-崩塌

直立的边坡岩体，在其本身重力，裂隙充水产生的静水压力、震动力等的共同作用下，如果倾覆力矩大于抗倾覆力矩，岩体就会沿其底部发生转动，从而使危岩体失稳。危岩体由于自身重力产生的弯矩，会向临空方向倾倒，而此时危岩体的内侧开始出现裂隙。受降雨的影响，裂隙会充满水，从而产生较大的静水压力。厚层砂岩块体下的软弱层不断风化剥落，底部的有效支撑面积减小，重心不断外移，其稳定性逐渐降低。在静水压力、冻融、震动的共同影响下，底部支撑面不足以支撑块体时就会发生倾倒-崩塌(见图5)。

图5 倾倒崩塌破坏

2.2 塑流-拉裂-崩塌

此类型的崩塌主要发育在下部为软弱层(带)的软弱基座形斜坡中。下部软层泥岩在上部厚层砂岩体压力作用下，软岩层会发生向临空方向的塑流挤出，随着下部软层被不断的挤出，上覆的砂岩体被拉裂，岩体不断外移、下沉，如果岩体的重心移出坡外就会发生崩塌。另外，岩体内侧裂缝由于降水的入渗会产生较大的静、动水压力，地下水对软弱面的浸湿、软化作用，都是影响岩体发生塑流-拉裂-崩塌的重要因素(见图6)。

图6 塑流-拉裂破坏

2.3 悬臂-拉裂-崩塌

线址区边坡由软硬相间的砂、泥岩组成，由于差异风化作用或者河流的冲蚀、掏蚀作用，上部砂岩就会在斜坡上突现出来。突出的砂岩体本身发育有构造、风化节理，在自重力的作用下，岩体裂隙慢慢扩展，一旦岩体锁固段裂缝贯通，岩体会突然崩落。悬臂-拉裂型崩塌现象在线址区砂泥互层的陡坡中较为常见(见图7)。

图7 悬臂-拉裂破坏

2.4 错断-崩塌

这类变形主要发育在较陡倾的层状体硬质岩体中，在巨厚层状砂岩岩体中较为常见。陡坡边缘的危岩，临空面比较多，其后缘剪切面会慢慢扩展，当剪应力大于危岩体与母岩锁固段的抗剪强度时，发生错断-崩塌(见图8)。

图8 错断式崩塌

3 崩塌防治对策

结合现场勘察情况及工程特点，并结合相关规范的要求，针对不同的崩塌破坏类型，提出与之对应的防治对策。

3.1 倾倒型崩塌

此类边坡的防治主要是放缓边坡(刷坡)。刷坡须注意：如崩塌点位于边缘接触带、构造破碎带、节理裂隙极度发育的陡坡地带，一般不宜刷坡。刷方边坡高度不宜大于30～40 m，否则会给后期运营养护带来困难。其次刷坡应在施工阶段进行，不能留在运营阶段进行，以免对行车发生干扰。刷坡有困难时可对危岩体进行支撑，可在危岩体下面修支柱、支垛、支墩、支挡墙或用锚索锚杆等支撑稳固危岩体。

3.2 塑流-拉裂型崩塌

此类崩塌一般采用多种方法相结合的方式进行处理：对坡表可采用护面措施；对缓边坡可采用护坡或喷浆、抹面；对陡坡可采用护墙；对危岩体可结合采用锚杆或肋板墙加固处理等措施。

3.3 悬臂-拉裂型崩塌

悬臂-拉裂型崩塌破坏主要是由于差异风化作用或者河流的冲蚀、掏蚀作用形成的岩腔或空洞引起，支护时须将悬空的危岩体先进行清除，然后再结合锚喷支护，或者可用片石填补空洞，镶嵌、灌浆、水泥砂浆勾缝、锚栓等方法对整个坡体进予以加固。

3.4 错断型崩塌

错断型崩塌危岩块体一般较大，可采取锚杆加固岩体，或将危岩体清除。