丁茂林

(中鐵工程設(shè)計咨詢集團(tuán)有限公司，北京 100055)

1 概述

山西中南部鐵路通道橫貫山西、河南、山東三省，本鐵路通道西起山西省呂梁市瓦塘，途徑呂梁、臨汾、長治、安陽、鶴壁、濮陽、濟(jì)寧市，接軌于兗日線曲阜北站，同時修建韓崗經(jīng)泰安、萊蕪、臨沂至日照南的新通路。線路先后翻越呂梁山、太岳山、太行山及沂蒙山，跨越南同蒲、太焦、京廣、京九、京滬、膠新、兗日等國鐵干線，全長1 316.334 km。線路自洪洞北引出后，于DK351+695.5～DK357+312.5段經(jīng)過太岳山山前臺地的老虎溝滑坡群，根據(jù)線位與老虎溝滑坡的位置關(guān)系，主要有三個不同的線路比較方案(見圖1)。

①滑坡中穿方案D1K353+470～D1K353+866正穿老虎溝滑坡，其中D1K353+470～D1K353+830段以隧道通過，D1K353+830～D1K353+850(長鏈后)以路基通過，D1K353+850～D1K353+866(長鏈后)以中橋通過;②下游繞避滑坡方案D2K位于老虎溝滑坡下游側(cè)，距老虎溝滑坡東南側(cè)邊緣310 m，通過與老虎溝滑坡預(yù)留安全距離通過;③上游繞避滑坡方案D3K位于老虎溝滑坡上游側(cè)，距老虎溝滑坡東北側(cè)邊緣130 m，對老虎溝滑坡完全繞避。

圖1 老虎溝滑坡群與各比較方案平面示意

2 自然特征

2.1 地形地貌

老虎溝滑坡位于太岳山山前沖洪積臺地與臨汾盆地的交界部位，地勢起伏較大，且沖溝發(fā)育，地面高程620～830 m，相對高差可達(dá)210 m，沖溝內(nèi)地形陡峻。

2.2 地層巖性

區(qū)域內(nèi)地層巖性相對較多，表層為第四系上更新統(tǒng)砂質(zhì)黃土，第四系中更新統(tǒng)黏質(zhì)黃土，上第三系粉質(zhì)黏土、粉細(xì)砂，下伏基巖為三疊系上統(tǒng)延長組砂巖、泥巖，中統(tǒng)銅川組砂巖、凝灰?guī)r，以及由斷層構(gòu)造形成的壓碎巖。

(1)第四系上更新統(tǒng)(Q3)

①砂質(zhì)黃土(Q3al):主要分布于地表，灰黃色為主，土質(zhì)較均勻，孔隙度較大，垂直節(jié)理發(fā)育，土質(zhì)疏松，松散－稍密，干燥。

(2)第四系中更新統(tǒng)(Q2)

②黏質(zhì)黃土(Q2pl):主要分布于表層砂質(zhì)黃土之下，桔黃色為主，土質(zhì)較均勻，可見少量的鈣質(zhì)結(jié)核，硬塑－堅硬。

(3)上第三系(N2)

③1粉質(zhì)黏土(N2):棕紅色為主，土質(zhì)不均，夾有大量的粉細(xì)砂，局部含礫，可見大量的黑色鐵錳質(zhì)結(jié)核，堅硬。

③2粉細(xì)砂(N2):紫紅色為主，成分主要以石英、長石等為主，砂質(zhì)不均，夾有大量的黏粒，局部夾少量礫石，潮濕—飽和，中密—密實。

(4)三疊系上統(tǒng)延長組(T3y1)

④1砂巖:淺黃色、灰黃色為主，主要成分以長石為主，細(xì)粒結(jié)構(gòu)，薄層狀構(gòu)造，巖質(zhì)較堅硬，巖體較完整，風(fēng)化層厚約4～8 m。

對于協(xié)同設(shè)計來說，主要是指多個專業(yè)的設(shè)計人員集中在統(tǒng)一的系統(tǒng)平臺中，借助數(shù)據(jù)共享協(xié)同促進(jìn)設(shè)計項目的順利完成。加強(qiáng)三維CAD基礎(chǔ)平臺的構(gòu)建，使各專業(yè)加強(qiáng)統(tǒng)一的三維數(shù)據(jù)模型設(shè)計平臺的應(yīng)用，如地質(zhì)、水工以及工藝等專業(yè)，進(jìn)而實現(xiàn)數(shù)據(jù)共享的目標(biāo)，將上下游各個專業(yè)之間的數(shù)據(jù)整合在一起。多專業(yè)協(xié)同設(shè)計具有較強(qiáng)的便利性和準(zhǔn)確性，可以促進(jìn)工程設(shè)計質(zhì)量的提升，順應(yīng)CAD領(lǐng)域的技術(shù)發(fā)展趨勢。

④2泥巖:青灰色、紫紅色為主，泥質(zhì)結(jié)構(gòu)，薄層狀構(gòu)造，巖質(zhì)較軟，巖體較破碎。

(5)三疊系中統(tǒng)銅川組(Tt22)

⑤1砂巖:肉紅色、淺黃色為主，主要成分以長石為主，細(xì)中粒結(jié)構(gòu)，中層狀構(gòu)造，局部夾有薄層黃綠色頁巖，巖質(zhì)較堅硬，巖體較完整，風(fēng)化層厚約3～7 m。

⑤2凝灰?guī)r:粉紅色、紫紅色為主，細(xì)粒結(jié)構(gòu)，薄層狀構(gòu)造，遇水后迅速崩解，風(fēng)化后呈紅色、紫色、灰白色彩色黏土狀。

(6)壓碎巖

主要分布于斷層構(gòu)造帶內(nèi)，原巖為三疊系上統(tǒng)延長組砂巖、泥巖，顏色以原巖顏色為主，主要呈灰黃色、青灰色、紫紅色，巖體呈碎塊狀，裂隙內(nèi)有泥鈣質(zhì)充填，巖體易碎。

2.3 地質(zhì)構(gòu)造

該區(qū)域處于浮山大斷裂的西側(cè)邊緣，受此影響，地質(zhì)構(gòu)造發(fā)育。老虎溝內(nèi)主要的地質(zhì)構(gòu)造有F1正斷層，斷層寬度變化較大，約45～150 m，斷層帶物質(zhì)主要以壓碎巖(原巖為砂巖)為主，局部可見斷層角礫。斷層整體走向與老虎溝斜交，南側(cè)產(chǎn)狀約N29°E/78°N，延伸至老虎溝滑坡群西南側(cè)邊界后，斷層走向朝東側(cè)扭轉(zhuǎn)，產(chǎn)狀大體變?yōu)镹65°E/78°N，繼續(xù)朝北東東方向延伸，延伸至西池村西側(cè)被上第三系、第四系地層完全覆蓋。同時，在花池溝南側(cè)，發(fā)育有一f1－1次生正斷層，斷層帶寬度約50 m，斷層帶物質(zhì)主要以壓碎巖(原巖為砂巖)為主，斷層產(chǎn)狀為N60°W/85°N;物探測試查明南側(cè)發(fā)育f1－2次生斷層，由于表層被第四系覆蓋，斷層性質(zhì)不明。

2.4 水文地質(zhì)

3 不良地質(zhì)與特殊巖土

3.1 不良地質(zhì)

(1)滑坡

老虎溝滑坡位于位于F1斷層北側(cè)、老虎溝右側(cè)，在平面上呈一簸箕形(見圖2)?；麻L約600 m，寬約450 m，滑坡體厚度變化較大，根據(jù)已鉆鉆孔HMGSZHP1號孔揭示，厚度間于5～40 m，滑坡區(qū)域內(nèi)地勢東北高、西南低，滑坡主體滑向為 S50°W(230°)，為一受F1斷層構(gòu)造帶影響、沿三疊系泥巖軟弱層滑動的基巖順層滑坡?；潞缶壙梢娒黠@的地表拉裂縫、串球狀黃土陷穴，地形呈明顯的圈椅狀構(gòu)造，且滑坡呈嵌套式多級滑動。受F1斷層構(gòu)造的影響，滑坡可分面明顯的兩個主滑部分，滑坡體內(nèi)又局部發(fā)育有小方量的次級滑坡，構(gòu)成了一大規(guī)模的滑坡群。滑坡后緣為第四系黏質(zhì)黃土，前緣土體被沖蝕，裸露基巖，局部基巖由于受滑坡影響，出現(xiàn)明顯的基巖反翹現(xiàn)象;同時，在滑坡群內(nèi)又伴生有小規(guī)模的次生切層滑坡。

(2)淺表層溜坍

區(qū)域內(nèi)表層地層主要第四系上更新統(tǒng)砂質(zhì)黃土，砂質(zhì)黃土孔隙度較大，垂直節(jié)理裂隙發(fā)育，在下部臨空的情況下淺表層產(chǎn)生錯動，形成小規(guī)模的溜坍。該段線路主要以隧道工程通過，淺表層溜坍對工程影響較小。各溜坍具體分布見圖3。

圖2 老虎溝滑坡群全貌

(3)黃土陷穴

黃土陷穴主要形成在滑坡的后緣，由于受滑坡拉裂縫的影響，滑坡后緣的圈椅狀構(gòu)造處往往地勢相對較低，降水時雨水在此匯聚，并沿滑坡形成的拉裂縫下滲。隨著時間的推移，在長期雨水下滲處黃土區(qū)形成局部下陷的洞穴，區(qū)域內(nèi)在滑坡后緣處均有分布。

3.2 特殊巖土

(1)濕陷性黃土

區(qū)域內(nèi)特殊巖土主要為濕陷性黃土，具濕陷性，根據(jù)相鄰區(qū)域內(nèi)取樣實驗，黃土自重濕陷系數(shù)δzs=0.01～0.022，濕陷系數(shù) δs=0.01～0.05，屬于Ⅱ級中等非自重濕陷性場地類型。

(2)膨脹巖

隧道出口段出露有三疊系中統(tǒng)銅川組凝灰?guī)r，遇水迅速崩解、軟化，且具膨脹性，工程性質(zhì)極差，對隧道工程影響較大。

4 各方案工程地質(zhì)與水文地質(zhì)條件及問題

盡管三方案相距較近，但由于受斷層、滑坡影響，三方案通過區(qū)域內(nèi)的巖性、構(gòu)造和不良地質(zhì)差異較大，因此，分別從工程地質(zhì)和水文地質(zhì)條件等方面對三方案做出詳細(xì)評估。

圖3 老虎溝滑坡群不良地質(zhì)體分布示意

4.1 滑坡中穿方案D1K

滑坡中穿方案D1K通過地層巖性相對較為單一，主要為三疊系上統(tǒng)砂泥巖，線路與F1斷層相交于D1K353+700～DK353+840之間(130 m)，D1K353+700～D1K353+830以紅木溝隧道通過該斷層，隧道通過該段巖性主要為壓碎巖，局部為斷層角礫、泥礫。同時，HMGSZ－HP1號孔揭示，該段地下水位埋深較淺(19.5 m)，D1K353+700～D1K353+830段通過地層主要為水位以下的斷層破碎帶，工程性質(zhì)差，且隧道設(shè)計、施工風(fēng)險大。同時，D1K正穿老虎溝滑坡D1K353+470～D1K353+866(D1K353+859.7=D1K353+840長鏈)，由于該滑坡方量巨大(長×寬×厚=600 m×450 m×5－40 m)，工程上基本上無處理的可能性，建議對此滑坡進(jìn)行繞避。綜合而言:D1K通過區(qū)域內(nèi)地層巖性較差，且D1K353+700～D1K353+830段位于地下水位以于的斷層破碎帶內(nèi)，工程地質(zhì)和水文地質(zhì)條件差。

4.2 下游繞避滑坡方案D2K

下游繞避滑坡方案D2K通過的地層主要為三疊系上統(tǒng)延長組砂泥巖，上第三系粉質(zhì)黏土、粉細(xì)砂層，線路與F1斷層相交于D2K354+120－D2K354+250之間。經(jīng)調(diào)查發(fā)現(xiàn)，下伏三疊系基巖與上覆上第三系地層為不整合接觸關(guān)系，推測F1斷層形成于三疊系與上第三系之間;經(jīng)鉆探、物探測試驗證，隧道洞身在D2K354+100－D2K354+800全位于上第三系地層中，而F1斷層帶位于上第三系地層的下部，對工程影響較小，見圖4。

D2K方案位于滑坡的下游側(cè)，離滑坡群最近距離為310 m，距離較遠(yuǎn)，同時，溝心在該段縱坡小，相對高差為6 m，滑坡對D2K方案影響較小;且本次鉆探過程中鉆孔未見地下水。綜合而言:D2K方案通過區(qū)域內(nèi)巖性主要以第三系粉質(zhì)黏土、粉細(xì)砂層，三疊系砂泥巖為主，斷層構(gòu)造、地下水以及滑坡對該方案均影響較小，工程地質(zhì)與水文地質(zhì)條件相對較好。

圖4 D2K兩屆莊隧道進(jìn)口段與F1斷層接觸關(guān)系示意

4.3 上游繞避滑坡方案D3K

上游繞避滑坡方案D3K方案通過地層主要以三疊系上統(tǒng)延長組砂泥巖，中統(tǒng)銅川組砂泥巖、凝灰?guī)r為主，線路與F1斷層相交于D3K353+665～D3K353+915之間，與F2斷層相交于D3K354+056～D3K354+136之間。受構(gòu)造的影響，巖性主要為壓碎巖，局部為斷層角礫、泥礫，圍巖工程性質(zhì)差;同時F1斷層上升盤翼所夾三疊系中統(tǒng)銅川組凝灰?guī)r，遇水崩解、軟化迅速，工程性質(zhì)很差。受斷層構(gòu)造的影響，區(qū)域內(nèi)泉點(diǎn)較發(fā)育，老虎溝、張家莊西側(cè)沖溝內(nèi)均發(fā)現(xiàn)有泉水出露。本次調(diào)查發(fā)現(xiàn)，老虎溝內(nèi)常年流水，主要為斷層帶內(nèi)泉水補(bǔ)給，且水量較大。D3K方案在該段以隧道形式通過，位于地下水位以下的D3K353+665－D3K353+915、D3K354+056－D3K354+136斷層破碎帶，F(xiàn)1斷層上升盤翼隧道出口段的凝灰?guī)r工程性質(zhì)很差，隧道設(shè)計、施工風(fēng)險大。同時，山體表層沖溝發(fā)育，局部仍發(fā)育有少量的小滑坡、崩塌，對該方案仍有一定的潛在風(fēng)險。綜合而言:滑坡北側(cè)方案D3K工程地質(zhì)和水文地質(zhì)條件差。

5 各方案工程地質(zhì)條件綜合評價及比選意見

根據(jù)以上詳細(xì)論述，現(xiàn)分別從工程地質(zhì)、水文地質(zhì)條件、不良地質(zhì)和特殊巖土影響程度、工程風(fēng)險作出相應(yīng)對比分析，見表1。

表1 老虎溝滑坡各方案比較

通過對工程地質(zhì)、水文地質(zhì)條件、不良地質(zhì)和特殊巖土影響程度、工程風(fēng)險等方面的評估，綜合考慮斷層、滑坡、斷層富水對隧道工程的影響等多方面的因素后，在預(yù)留與老虎溝滑坡足夠的安全距離條件下，老虎溝滑坡南側(cè)方案優(yōu)勢較明顯，因此，推薦 D2K方案做為貫通方案。

6 結(jié)束語

老虎溝滑坡工程地質(zhì)選線，在充分利用既有工程地質(zhì)、水文地質(zhì)資料的基礎(chǔ)上，合理布置了鉆探、物探等勘探措施，對該區(qū)域內(nèi)的滑坡、斷層等不良地質(zhì)進(jìn)行了較合理的綜合分析，選取工程地質(zhì)條件相對較優(yōu)的下游繞避滑坡方案D2K作為推薦方案。不良地質(zhì)條件下的鐵路選線，應(yīng)綜合考慮多方面可能帶來的影響，使線路方案趨于安全合理、經(jīng)濟(jì)科學(xué)。

[1]鐵一院.鐵路工程地質(zhì)手冊[M］.北京:中國鐵道出版社，1999

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