何 重 陽

(中鐵第四勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司，湖北 武漢 430063)

鐵路隧道棄碴場(chǎng)棄碴方量大，堆高較高，一旦失穩(wěn)，會(huì)造成嚴(yán)重的后果。依據(jù)水利部《關(guān)于印發(fā)〈水利部水土保持設(shè)施驗(yàn)收技術(shù)評(píng)估工作要點(diǎn)〉的通知》(水保監(jiān)便字[2016]第20號(hào))、《關(guān)于進(jìn)一步規(guī)范生產(chǎn)建設(shè)項(xiàng)目水土保持設(shè)施驗(yàn)收程序的函》(水保監(jiān)便字[2015]第15號(hào))等文件要求，需要對(duì)鐵路沿線堆土量超過50萬m3或者最大堆土高度超過20 m重點(diǎn)棄碴場(chǎng)進(jìn)行穩(wěn)定性評(píng)估。

雷東[1]結(jié)合庫區(qū)移民城市巴東縣城黃家大溝擬建棄碴堆積體工程實(shí)例，采用不平衡推力法，對(duì)回填后堆積體進(jìn)行穩(wěn)定性評(píng)價(jià)；彭鍇[2]運(yùn)用GeoStudio軟件，分析了降雨下滲對(duì)非飽和土邊坡的穩(wěn)定性影響，指出安全穩(wěn)定系數(shù)降低可達(dá)28%；曹小祥[3]運(yùn)用GeoStudio軟件，通過極限平衡法計(jì)算分析了山區(qū)棄碴場(chǎng)的臺(tái)階高度對(duì)穩(wěn)定性的影響。但是現(xiàn)有的穩(wěn)定性分析，未能對(duì)鐵路棄碴場(chǎng)的穩(wěn)定性進(jìn)行系統(tǒng)分析。因此，結(jié)合已有的地質(zhì)資料[4]、中鐵第四勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司地路處業(yè)建成果[5]和相關(guān)規(guī)范[6,7]，本文對(duì)新建合福鐵路小尖山隧道棄碴場(chǎng)進(jìn)行場(chǎng)址穩(wěn)定性分析、棄碴體整體及局部穩(wěn)定性分析，全面對(duì)棄碴場(chǎng)穩(wěn)定性作出評(píng)價(jià)。

1 工程概況

1.1 地理位置與交通

小尖山隧道棄碴場(chǎng)地處安徽省黃山市休寧縣五城鎮(zhèn)境內(nèi)。場(chǎng)區(qū)內(nèi)有鄉(xiāng)道和施工便道相通，交通較便利。評(píng)估區(qū)屬于山間谷地區(qū)，自然地勢(shì)起伏，自然坡度為30°～40°，植被較發(fā)育，以松林、竹林和灌木叢為主。棄碴體堆放于山間溝谷內(nèi)，如圖1所示。

1.2 工程地質(zhì)勘察

通過收集附近工點(diǎn)資料、野外地質(zhì)調(diào)繪、地形測(cè)量、航拍和現(xiàn)場(chǎng)勘探等手段，進(jìn)行工程地質(zhì)勘察。

現(xiàn)場(chǎng)機(jī)動(dòng)鉆孔取芯結(jié)果表明，棄碴體主要為碎塊石，成分為強(qiáng)～弱風(fēng)化粉砂質(zhì)千枚巖，以及少量粉質(zhì)黏土，棄碴體整體呈松散～稍密狀態(tài)。

結(jié)合附近工點(diǎn)資料及工程經(jīng)驗(yàn)，棄碴體與地層物理力學(xué)指標(biāo)見表1。

表1 小尖山隧道進(jìn)口棄碴場(chǎng)及基底地層物理力學(xué)指標(biāo)表

2 穩(wěn)定性評(píng)估

2.1 場(chǎng)址穩(wěn)定性分析

經(jīng)分析比較，選取剖面A—A′和B—B′兩個(gè)典型剖面進(jìn)行計(jì)算，剖面布置示意圖如圖2所示。

采用極限平衡條分法理論，運(yùn)用Geo-Studio軟件的SLOPE/W模塊和SEEP/W模塊，使用包括瑞典圓弧(Ordinary)法、畢肖普(Bishop)法和摩根斯坦—普賴斯(Morgenstern-Price)法等對(duì)棄碴體的穩(wěn)定現(xiàn)狀進(jìn)行計(jì)算分析。

1)天然工況。

采用Geo-Studio的SLOPE/W模塊搜索圓弧滑面，計(jì)算天然工況下棄碴場(chǎng)A—A′和B—B′剖面的穩(wěn)定性。A—A′剖面天然工況下采用Ordinary法、Bishop法和Morgenstern-Price法計(jì)算得到的棄碴場(chǎng)場(chǎng)址斜坡穩(wěn)定性系數(shù)分別為6.765，6.592，6.069，B—B′剖面計(jì)算結(jié)果分別為3.531，3.735，3.423，均為穩(wěn)定狀態(tài)。

2)暴雨工況。

查閱《中國(guó)暴雨統(tǒng)計(jì)參數(shù)圖集》(中華人民共和國(guó)水利部組織編制，2006年版)，由“中國(guó)百年一遇點(diǎn)雨量格網(wǎng)圖”得到本棄碴場(chǎng)所在地區(qū)的百年一遇雨量值。采用Geo-Studio的SEEP/W模塊，在棄碴場(chǎng)場(chǎng)址斜坡表面設(shè)置降雨邊界條件，計(jì)算得到棄碴場(chǎng)暴雨工況下的滲流場(chǎng)分布，進(jìn)一步采用Geo-Studio中的SLOPE/W模塊計(jì)算棄碴場(chǎng)場(chǎng)址斜坡穩(wěn)定性，搜索A—A′和B—B′剖面的最危險(xiǎn)滑動(dòng)圓弧。在暴雨工況下(1 h，6 h，24 h，72 h)三種方法計(jì)算得到A—A′剖面場(chǎng)址斜坡穩(wěn)定性系數(shù)為2.416～2.719，B—B′剖面場(chǎng)址斜坡穩(wěn)定性系數(shù)為1.186～1.524，均為穩(wěn)定狀態(tài)。

2.2 棄碴體整體穩(wěn)定性分析

采用傳遞系數(shù)法通過設(shè)定特定的穩(wěn)定性系數(shù)計(jì)算剩余推力來確定兩種狀態(tài)下的整體穩(wěn)定性系數(shù)。設(shè)定棄碴場(chǎng)基底接觸面為潛在滑動(dòng)面，不考慮地下水，計(jì)算棄碴體每一條塊的剩余推力。當(dāng)最后一塊條塊的剩余推力恰好為0時(shí)，則認(rèn)為棄碴體達(dá)到整體極限平衡狀態(tài)，即表明該邊坡的穩(wěn)定性系數(shù)大小為Fs。

經(jīng)計(jì)算，天然工況和暴雨工況下A—A′剖面棄碴體整體穩(wěn)定性系數(shù)分別為4.3,3.54，B—B′剖面為2.27,1.83。根據(jù)GB 50330—2013建筑邊坡工程技術(shù)規(guī)范5.3.2條規(guī)定，可以判定整體穩(wěn)定。

2.3 棄碴體局部穩(wěn)定性分析

采用極限平衡條分法理論，運(yùn)用Geo-Studio軟件的SLOPE/W模塊和SEEP/W模塊，使用包括瑞典圓弧(Ordinary)法、畢肖普(Bishop)法和摩根斯坦—普賴斯(Morgenstern-Price)法等對(duì)棄碴體的穩(wěn)定現(xiàn)狀進(jìn)行計(jì)算分析，根據(jù)GB 51018—2014水土保持工程設(shè)計(jì)規(guī)范5.7.4條進(jìn)行穩(wěn)定狀態(tài)判定。

1)天然工況。

采用Geo-Studio的SLOPE/W模塊搜索圓弧滑面，計(jì)算天然工況下棄碴場(chǎng)A—A′和B—B′剖面的穩(wěn)定性。A—A′剖面天然工況下采用Ordinary法、Bishop法、Morgenstern-Price法計(jì)算得到的棄碴體邊坡穩(wěn)定性系數(shù)分別為1.403，1.476，1.412，B—B′剖面計(jì)算結(jié)果分別為1.381，1.475，1.406，均為穩(wěn)定狀態(tài)。

表2 暴雨工況棄碴體邊坡穩(wěn)定性計(jì)算結(jié)果表(瑞典圓弧法)

表3 暴雨工況棄碴體邊坡穩(wěn)定性計(jì)

2)暴雨工況。

采用Geo-Studio的SEEP/W模塊，依據(jù)暴雨工況設(shè)計(jì)入滲雨量強(qiáng)度表選取降雨入滲強(qiáng)度，在棄碴體邊坡頂部及斜坡表面設(shè)置降雨邊界條件，計(jì)算得到棄碴場(chǎng)暴雨工況下的滲流場(chǎng)分布，進(jìn)一步采用Geo-Studio中的SLOPE/W模塊計(jì)算棄碴場(chǎng)邊坡穩(wěn)定性，搜索A—A′和B—B′剖面的最危險(xiǎn)滑動(dòng)圓弧。在暴雨工況下三種方法計(jì)算得到棄碴體邊坡穩(wěn)定性系數(shù)結(jié)果及所處狀態(tài)如表2,表3所示。

3 結(jié)論及建議

3.1 結(jié)論

1)棄碴場(chǎng)場(chǎng)址安全穩(wěn)定性：小尖山隧道棄碴場(chǎng)位置屬山間谷地區(qū)，Geo-Studio巖土工程仿真軟件分析結(jié)果表明棄碴場(chǎng)場(chǎng)址斜坡穩(wěn)定性較好。

2)棄碴體整體穩(wěn)定性：現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查表明，棄碴場(chǎng)未見明顯整體滑移痕跡。理論分析表明，天然工況下，小尖山隧道棄碴場(chǎng)各剖面整體穩(wěn)定性系數(shù)為2.27～4.30；暴雨工況下，棄碴場(chǎng)各剖面整體穩(wěn)定性系數(shù)為1.83～3.54。綜合表明，小尖山隧道棄碴場(chǎng)整體穩(wěn)定性較好，棄碴體沿基底接觸面發(fā)生整體滑移的可能性較小。

3)棄碴體邊坡局部穩(wěn)定性：現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查表明，棄碴場(chǎng)前緣邊坡最大堆高約53 m，分為三級(jí)邊坡，一級(jí)邊坡高約20 m，邊坡坡率約1∶1，坡面未設(shè)置防護(hù)措施，局部存在小型溜坍。理論分析表明，天然工況下，小尖山隧道棄碴場(chǎng)各剖面邊坡穩(wěn)定性系數(shù)為1.381～1.476，屬于穩(wěn)定狀態(tài)；暴雨工況下各剖面邊坡穩(wěn)定性系數(shù)為1.048～1.196，在長(zhǎng)時(shí)間暴雨條件下屬于欠穩(wěn)定狀態(tài)。綜合表明，棄碴體在暴雨工況下，可能沿棄碴體內(nèi)部潛在滑面發(fā)生滑移失穩(wěn)。

3.2 建議

建議降低棄碴場(chǎng)一級(jí)邊坡高度，按相關(guān)規(guī)范要求設(shè)置各級(jí)邊坡高度，放緩邊坡坡率。坡面采用合理防護(hù)措施，減少地表水沖刷和下滲，防止水土流失病害。