沪昆客专沙坡特大桥危岩落石形成机制及防治措施研究

唐兵

(中国中铁二院工程集团有限责任公司，成都 610031)

沪昆客专沙坡特大桥危岩落石形成机制及防治措施研究

唐兵

(中国中铁二院工程集团有限责任公司，成都 610031)

沪昆高铁贵昆段沙坡特大桥线路左侧多处危岩落石对大桥构成一定威胁。本文在对区域地质环境和危岩体结构特征的调查的基础上，利用无人机航拍技术，查明了沙坡双线特大桥左侧山坡坡顶裂缝及围岩体的分布，研究了该处危岩落石体的形成的机制，并提出了采用梯形垛反压、清方、灌浆以及局部支挡的防治措施，取得了良好的经济效益，同时保障了沪昆客专安全、有序运营。

沪昆客专；沙坡特大桥；危岩落石；防治措施；形成机制

沪昆高铁是我国“四纵四横”高铁网中华南、华东和中南地区连接西南的重大客运干线。沪昆高铁贵阳至昆明段途径云贵高原中低山侵蚀岩溶地貌，其中贵昆段D1K970+830～D1K971+030沙坡特大桥线路紧邻由采石而形成的“鼓包状”孤峰陡崖。由于该处岩层向线路方向缓倾，临空面好，且节理裂隙十分发育，导致该处形成多处危岩落石，对沙坡特大桥构成一定威胁。本文以桥址区区域地质环境为背景，采用无人机对沙坡特大桥危岩群进行调查的基础上，分析危岩落石的形成机理，提出了防治措施，保障了线路安全运营。

1 桥址区环境地质条件

1.1 地层岩性

桥址缓坡地带覆盖有第四系全新统坡洪积(Q4dl+pl)、坡残积(Q4dl+el)，下伏基岩为三叠系下统关岭组第二段(T2g2)灰岩、白云岩、泥质白云岩、泥灰岩夹泥岩，灰白色,局部呈肉红色，隐晶质结构，薄至中厚层状构造，节理裂隙发育，裂隙面溶蚀现象明显，弱风化带。强风化带岩芯呈砂状、碎块状[1-2]。

1.2 地质构造

桥址处发育有亦资孔向斜，向斜核部位于D1K971+450附近。亦资孔向斜于D1K971+450附近与线路交角32°沿N42°E方向延伸，为区域性构造，轴线延伸长达85 km，核部地层为T2g2泥质白云岩地层，西翼岩层倾角15°～30°，东翼岩层倾角10°～30°，向斜核部岩层破碎，局部小褶皱发育，产状紊乱，节理裂隙发育。

DK970+675发育一性质不明断层F，断层走向N15°W，为一小断层，破碎带宽约1～2 m，断层上下盘均位于关岭组第二段(T2g2)地层中，其NE盘地表出露地层岩性为泥质白云岩夹泥灰岩，岩层产状N54°E/11°NE；SW盘地表出露地层岩性为泥质白云岩、白云岩，岩层产状N55°E/15°NE，受断层影响，附近岩层节理裂隙发育，岩体破碎。

1.3 地震动参数

根据《新建铁路沪昆客运专线玉屏至昆明段工程场区地震动参数区划报告》，桥址区地震平均场地峰值加速度为0.125 g，根据《中国地震动反应谱特征周期区划图》，地震动反应谱特征周期为0.45 s。

2 桥址区危岩落石分布

沙坡特大桥5#～9#墩左侧为一采石形成的陡崖(2004年停止开采)，该陡崖尚未形成稳定边坡，易产生危岩落石、崩塌等，危岩处于继续发育阶段。该段地形较陡，人无法上到坡顶，为了查明该段危岩体情况及坡顶裂缝的展布情况，采用了无人机航拍技术。通过无人机航拍照片分析，该段陡崖及上方边坡危岩落石较发育，陡崖上方边坡3～5 m范围存在一系列卸荷裂缝，并形成危岩。该段危岩顺线路长约180 m，影响方量达数万方，对桥梁5#～9#墩安全影响较大。经现场调查测绘及实测，除陡崖上普遍存在倒悬体危岩和陡崖顶边坡局部存在零星的危岩外，对5#～9#墩存在影响的主要发育3处较大的危岩体(如图1所示)。

图1 危岩落石分布图

图2 D1K970+840横断面图

2.1 1#危岩体

1#危岩体位于线位D1K970+823～+900左侧14～43 m范围，陡崖走向约N70°E，该危岩体由两组陡倾节理控制，高程1 750～1 787 m。小里程侧岩体中上部顺陡倾节理溶蚀形成溶缝，地表溶缝呈张开状，溶缝长度约22 m，最宽处约1 m，可见深约2.5 m，局部有粘性土充填。在标高1 760 m附近发育形成一空溶洞，溶洞洞高约3～5 m、宽1～1.5 m、延伸长度约25 m。中下部局部已垮塌而形成倒悬岩腔，并存在逐渐往上发展的趋势。该危岩体高约30 m，厚3～16 m不等，估算方量约0.9×104m3，该危岩体对5#～7#墩影响极大(图2)。

图3 1#危岩体全貌

图4 1-1#、1-2#危岩体

1#危岩体除整体为一个危岩体外，其上还存在3处小的危岩体，其中1-1#危岩体长3 m×宽2 m×厚1.5 m，体积约9 m3；1-2#危岩体，靠山侧顺陡倾节理溶蚀形成溶缝，缝宽约0.5 m，延伸长约5 m，下部顺层面溶蚀悬空，危岩体长约8 m×宽5 m×厚3 m，体积约120 m3；1-3#危岩体，靠山侧顺陡倾节理卸荷张开，缝宽约5 cm，延伸长约5 m，危岩体长约5 m×宽1 m×厚3 m，体积约15 m3，如图3、图4所示。

图5 2#危岩体照

2.2 2#危岩体

位于D1K970+895左侧约22 m的陡崖顶，下部岩体部分倒悬，上部顺一陡倾节理张开形成裂缝，缝宽约0.1～0.5 m，沿线路长约8 m、高约12 m、厚约0.5～2 m不等，估算方量约150 m3，如图5所示。

图6 3#危岩体照

2.3 3#危岩体

位于9#～10#墩左侧约27 m的陡崖脚，目前整体处于稳定状态，后缘发育一贯通的张开陡倾裂缝，其中上部呈危石状，如图6所示，沿线路长度约35 m、厚约2～5 m不等，估算约3 000 m3。

3 危岩落石形成机理

由于受到地形地貌、地层岩性及地质构造等多种因素的影响，沙坡双线特大桥5#～9#墩的围岩落石的成因复杂，在内外因素综合作用下，形成了目前规模巨大的围岩落石体[3]。

3.1 上硬下软的二元结构

特殊的二元结构为危岩落石的宽张节理形成提供了物质条件。沙坡特大桥左侧陡崖产状平缓，倾角3°～7°，上部为中至厚层灰岩，中部为中薄层白云岩、泥质白云岩，构成硬质盖层，下部为中薄层泥灰岩与泥质白云岩互层夹泥岩，这就构成了上部为硬质岩盖层，下部为软质岩基底的特殊上硬下软的二元结构，如图2所示。在上部硬质盖层重力作用下，硬质岩与软质岩接触面随下面软质岩面基底移动，盖层则因层间抗剪强度高而位移明显滞后，于是外倾节理的张开情况就逐渐演变成上窄下宽的倒“V”字型。在这种作用长期作用下，当下部软层越来越多地被挤往临空面一方，往往在硬盖的前部形成软岩集中，硬盖局部反跷，其后方出现露空，在地下水作用下，露空部分积水鼓胀，于是形成了目前坡顶的宽张节理。

3.2 良好的临空面

在采石以前，该处顺向坡山头经历了地质历史时期的长期蠕变积累。当采石场由上至下进行开采后，逐渐形成新的临空面，当采石场开采至中、下部软岩时(即陡崖高度达到30～40 m时)，下部软质岩在降雨及地下水的作用下逐渐风化剥蚀，致使上部硬质岩盖层移动速度加快。因此，导致在停采后的十多年里陡坎顶部宽长、未充填节理不断出现，并迅速后移。

3.3 表层的溶蚀作用

区域内上部岩性主要为灰岩、白云岩。根据调查、钻探揭示，区域内该套地层岩溶中等至强烈发育，且桥址区域内发育的直立共轭节理更是为岩溶发育提供了良好的外部条件。调查表明，陡崖坡顶、坡面均可见宽度5～50 cm的溶蚀裂隙，并可见部分未充填的条状小溶槽。这一系列的溶蚀现象为地下水更好的下渗提供了良好的通道条件，同时溶蚀后的残留物也不断的充填进本已形成的宽张节理，加剧了宽张节理的发育。

4 防治措施研究

针对沙坡双线特大桥危岩落石的分布及形成机理，为了沪昆客专安全、有序的运营，制定了有针对性的防治措施[4-5]。

(1) 沙坡特大桥5#～10#墩左侧山体边坡稳定性恶化起因于采石临空，尤其距陡崖约30 m处的贯通长大节理至陡崖间岩体处于欠稳定状态，建议置梯形垛于崖前进行反压为主，再结合少量的锚固清方措施，尤其1#危岩体因已顺节理溶蚀形成宽张溶缝，其锚固措施应加强。建议梯形垛置于墩与墩之间，因桥墩影响未反压部位，在对悬空部位嵌补后锚固封闭处理。

(2) 建议对1-1#、1-3#、2#、3#危岩体、山坡上零星的危岩体及陡崖上3～5 m范围内已卸荷张开的危岩体进行清除，1-2#危岩体建议对溶缝及下部悬空裂缝采用砼回填处理。

(3) 5#、6#墩左侧垮塌体建议清除后对边坡加固处理，对清除后的倒悬部分采用支挡、砼回填处理。

(4) 建议对1#危岩体溶缝在清除溶缝底部充填物后灌浆(不要加压力)回填处理。

(5) 0#台～4#墩因墩台边坡及泄水渠产生临空面，建议按顺层边坡采取工程加固和防护措施。

5 结语

通过对区域地质环境、危岩体结构特征的调查、分析，并利用无人机航拍技术，查明了沙坡双线特大桥左侧山坡坡顶裂缝及围岩体的分布，标明该处主要存在1#、2#、3#块危岩体。分析研究了该处危岩落石体的形成机制，提出了采用梯形垛反压、清方、灌浆以及局部支挡的防治措施，取得了良好的经济效益，同时保障了沪昆客专安全、有序运营。

[1] 喻洪平，张春祥，徐学渊,等.新建铁路沪昆客运专线长沙至昆明段可行性研究第四篇——地质[R].成都：中国中铁二院工程集团有限责任公司，2010.

[2] 郑天池，郑亚飞，乐重，等. 新建铁路沪昆客运专线长沙至昆明段可行性研究报告[R].成都：中国中铁二院工程集团有限责任公司，2010.

[3] 丁浩江，张广泽，岳志勤.坪上隧道口危岩落石失稳模式及运动特征分析[J]，铁道工程学报，2015,32(12)：7-11．

[4] 罗仁立，郦亚军.长昆线桥隧相接段危岩落石防护结构方案研究[J]，铁道工程学报，2016,33(2)：59-63.

[5] 卿三惠.西南铁路工程地质特征及成就[J].铁道工程学报，2005,(Z1):123 -139．

[6] 王蓉.危岩落石发育机理与工程防治原理研究[D].重庆：重庆交通学院，2003.

MECHANISM OF DANGEROUS ROCK-BODY OF THE SHAPO SUPER LARGE BRIDGE OF SHANGHAI-KUNMING PASSENGER SPECIAL LINE

TANG Bing

(China Railway Eryuan Engineering Group CO. LTD ，Chengdu 610031,China)

A number of dangerous rock-body Pose a threat to the Shapo super large bridge of Shanghai-Kunming Passenger Special Line. The study Show that the special dual structure, dissolution of the joint surface and good surface is the mechanism of formation of dangerous rock-body based on the survey of the regional geological environment and the characteristics of dangerous rock-body. To guarantee the safety of Shanghai-Kunming passenger dedicated line operation, pressing foot and grouting and retaining measures has been adapt and obtained the good economic benefits.

Shanghai-Kunming passenger dedicated line; Shapo super large bridge; Rockfall; Prevention Measures; Formation Mechanism

曾昭法(1988- )，男，工程师，硕士研究生，毕业于中国地质大学(北京)，目前从事地质灾害调查评价工作。 E-mail:zengzhfajx@163.com

1006-4362(2017)01-0044-05

2016-08-20 改回日期： 2016-10-17

P642;U216.41

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