南昆铁路地质灾害与防治_蒋忠信

2001年3月第1期(总69)铁　道　工　程　学　报JO U N A L O F RA IL W AY EN G IN EERIN G SO CIE TYM a rch　2001No.1(Ser.69)文章编号:1006-2106(2001)01-0083-06南昆铁路地质灾害与防治蒋忠信(铁道部第二勘测设计院岩石工程公司,成都610031)提　要:南昆铁路沿线地貌复杂,地质灾害类型多、地段长、危害大。

铁路建设中,对沿线的地貌特征和膨胀岩土、软土泥炭土、滑坡泥石流、断裂带、地下岩溶、煤层瓦斯、高地应力和高烈度地震等地质灾害进行了系统研究,拟订和实施了相应的防治工程措施,保证了南昆铁路顺利建成通车。

主题词:南昆铁路;地质灾害;工程防治中图分类号:P642　文献标识码:A 南昆铁路,东起广西南宁,西至云南昆明,北接贵州红果,全长899.68km,是大能力电气化铁路干线,于1997年11月建成通车,1999年获铁道部科技进步特等奖。

该铁路地处西南山区,地质复杂,地形险峻,技术标准高,工程艰巨。

沿线地貌复杂,地质灾害类型多,地段长,危害大,地质灾害的防治是铁路建设的主要技术成果之一。

1　地貌区划与地质灾害类型南昆铁路跨越中国两大地貌阶梯,铁路从海拔78 m的广西南宁盆地,向西逐渐攀升至云贵高原海拔1 725m的红果和海拔1981m的昆明。

沿线所经地貌单元,始于南宁盆地,向西北经百色盆地,溯乐里河河谷而上,穿米花岭分水岭,于八渡跨南盘江,向西溯南盘江峡谷坡上至黔西南高原的兴义,跨清水河至威舍。

从威舍一支线路向西,顺黄泥河、喜旧溪河上至滇东高原面,经罗平、师宗、陆良溶蚀平原(盆地)和石林原野,于宜良再跨南盘江,顺汤池河、阳宗海、七甸河而至昆明盆地。

另一支线路从威舍溯黄泥河向北,穿家竹箐分水岭而至红果。

沿线可划分为8个地貌区,相应分布特殊的地质灾害类型(图1)。

Ⅰ南宁-思林断陷堆积盆地区。

由北西向排列的南宁、杨美、隆安、雁江等新生代构造盆地组成,盆地中邕江、右江发育了Ⅰ—Ⅲ级阶地。

其中以第三系泥岩为基座的Ⅱ级阶地上,泥岩的红色风化壳和经红土化的河流沉积广布,多属兹脚胀土,膨胀性红土是主要地质灾害。

Ⅱ思林-百色断陷堆积盆地区。

由田东、田阳、百色等右江新生代断陷盆地组成,盆地内深厚的老第三纪泥质沉积被抬升为丘垅,具强烈膨胀性的下第三系泥质岩广布,膨胀岩为主要地质灾害。

右江发育了三级阶地,Ⅱ级阶地的弱网纹红土为弱膨胀土,Ⅲ级阶地的网纹红土也可具弱膨胀性。

Ⅲ乐里河断裂河谷区。

百色以后线路进入广西盆地向贵州高原过渡的斜坡地带,溯乐里河谷上行。

乐里河循塘兴潞城大断裂发育,谷坡岩性破碎,对沿河路基带来危害。

Ⅳ八渡-白水河之南盘江侵蚀溶蚀谷坡区。

南盘江深切成V形峡谷,深逾千米,谷坡高陡。

线路东段经谷坡下部三叠系碎屑岩区,多大型崩塌、滑坡。

西段经谷坡上部三叠系碳酸盐区,岩溶较弱且以垂直形态为主。

Ⅴ顶效-威舍岩溶区。

白水河后线路已上至高原区,区内碳酸盐岩广布,线路通过顶效带状孤峰平原、马岭平行岭谷、清水河溶蚀峡谷、威舍溶蚀槽谷等地貌单元,溶沿、暗河、漏斗等溶蚀地貌灾害严重。

Ⅵ黄泥河、块泽河侵蚀溶蚀河谷区。

北段(威舍至红果)黄泥河侵蚀、溶蚀二叠系地层,呈现中低山地貌,煤系地层高瓦斯、碳酸盐岩岩溶威胁大,段家河流域有泥石流灾害。

中段(威舍至岔江)黄泥河溶蚀峡谷区,碳酸盐岩岩溶发育。

西段(岔江至江所田)块泽河峡谷南岸碎屑岩谷坡多大型滑坡。

Ⅶ罗平、师宗、石林溶蚀高原区。

包括罗平孤峰平收稿日期　2000-11-20　蒋忠信　高级工程师　男　1941年5月出生　铁二院岩土工程公司总工程师原、师宗溶蚀盆地、陆良溶蚀盆地和路南石林原野,间碎屑侵蚀低山。

各种水平溶蚀地貌十分发育,溶洞、暗河、岩溶地下水危害严重。

Ⅷ宜良-昆明侵蚀溶蚀丘谷区。

顺小江大断裂发育的南盘江深切于滇东高原面,为八、九度高烈阳淙海附近丘间洼地、缓坡之软土泥炭土等软基典型。

图1　南昆铁路地貌区划与主要地质灾害工点分布略图 归纳南昆铁路地质灾害为以下5种类型:(1)盆(洼)地区特殊岩土灾害:膨胀性红土,膨胀岩,软土泥炭土;(2)谷坡区地地质灾害:滑坡,断层破碎带,泥石流;(3)岩溶区地质灾害:溶洞,地面坍塌,岩溶地下水;(4)碎屑岩区煤层软岩地质灾害:瓦斯,高地应力;(5)地震灾害。

2　特殊岩土灾害与防治特殊岩土灾害以膨胀岩土为主,分布于南宁-百色断陷盆地以及师宗西、昆明东,路段长230km ,占全线总长的25.6%,而且危害深重。

软土、泥炭土主要分布于滇东高源面上七甸、永丰营等丘间洼地,类型独特,深厚典型,危害也大。

2.1　膨胀性红土的特性与路基处理南宁-平果断陷盆地中沉积了巨厚的第三系,邕江、右江发育于其中,形成多级阶地。

盆地中红土广布,包括第三系泥质岩表层形成于第四纪初的砖红壤风化壳、碳酸盐岩红粘土风化壳和形成于下、中更新世的阶地网纹红土。

此外田东-百色盆地中也有阶地网纹红土分布。

砖红壤风化壳继承了母岩的膨胀特性,为膨胀性红土,风化愈浅膨胀性愈强。

网纹红土也可具弱膨胀性。

膨胀性红土除红土的共性外,因含较多的膨胀性粘土矿物,故具有一定的胀缩性,干湿循环后强度明显衰减,长期强度低[1]。

从而导致路基边坡失稳,基床翻浆冒泥,房屋开裂,成为主要路基病害之一。

对南昆铁路膨胀性红土路基处理,选择那桐工点进行现场试验研究。

加固其路堑边坡,对比试验了土钉墙、框架锚杆护坡、锚喷支护和重力式挡土墙等措施,经比较,推荐采用框架锚杆护坡及重力式挡土墙[2]。

路堤填筑采用填土含水量比最佳含水量略低的“偏干”原则,其床换填厚50cm 的渗水土,都获得成功。

2.2　第三系膨胀岩的特性与路基处理思林-百色断陷盆地沉积了巨厚的下第三系泥质岩,其中那读组、百岗组的泥岩具中-强膨胀性,伏平84铁　道　工　程　学　报2001年3月　组、建都岭组的泥质岩具弱-中膨胀性。

此外师宗西的长坡岭、昆明东站也见弱膨胀岩。

这些膨胀岩呈现独特的类似于准平原的和缓垅丘地貌,并具有鲜为人知的强胀缩性、高碎裂性和低强度性。

干湿循环引起的反复湿胀干缩,使岩体强度急剧衰减,膨胀力剧增,导致路基边坡失稳。

岩体被各种结构面密集切割呈碎裂状,导致岩体强度降低,地下水畅通,结构面成为滑动面。

高含水量的碎裂岩体,无侧限抗压强度低至20～34k Pa ,边坡高陡时会屈服而坍塌[3]。

对南昆铁路路基工程危害深重。

由于集膨胀岩与极软岩于一体,路基防护工程难以对三大特性同时生效,甚至顾此失彼。

在林逢试验工点,初期针对用缩性采用土钉墙等全封闭措施保熵防干湿循环,反因封堵地下水和边坡过陡而导致坍滑(图2)。

经过挫折与反复,在重新认识该膨胀岩的三大特性并据之进行膨胀岩工程地质分类后,提出以“固脚、缓坡”为原则的膨胀岩堑坡工程设计意见,对边坡高度、坡率、支护措施进行了总结[4]。

推荐抗滑桩、锚杆挡土墙支挡堑坡坡脚,其上坡面采用框架锚杆、浆砌片石骨架、干砌片石等非全封闭护坡。

路堤边坡采用分层铺设土工网格或石灰土夹层进行加固,基本成功。

基床加深换填渗水土厚度并铺土工材料隔水也行之有效。

该试验成果在南昆全线推广采用,减少了大量路基病害。

图2　南昆铁路林逢试验工点左侧土钉墙堑坡代表性断面(a )原设计;(b )第一次变更设计;(c )竣工断面2.3　七甸泥炭土路基及其加固七甸丘间洼地之第四系厚达29m ,属近5万年来晚更新世晚期的沉积,主要由泥炭质土与泥炭(统称泥炭土)组成。

该泥炭土有机质含量高,天然容重仅9.4～13.9kN /m 3,天然孔隙比可达10.92,天然含水量最高达573%,因而压缩性极强,强度低,次因结系数大[5]。

这种采软地基,面临稳定和沉降两方面问题,尤其是通车后过大的工后沉降近年来才引起重视。

经理论计算、有限元分析和离心模型试验,优选出振动沉管碎石桩(加超载预压)和粉体喷搅桩(以水泥、石灰、粉煤灰为粉料)这两种复合地基方案进行软基处理,提高地基强度和减小地基沉降。

加固路段长874m ,铺轨后进行沉降观测长达45个月,表明路堤稳定,沉降得到有效控制,工后沉降一般都小于30cm,处理获一次性成功[6]。

2.4　永丰工农业软土路基及其处理永丰营车站位于低缓垅丘上,施工中填方下沉,下坡方向地面隆起、开裂,宽近100m 。

补充勘察发现,地表下软土深达40m 多,经14C 、古地磁、孢粉与介形虫分析,为晚更新与全新世沉积。

这种形成于晚更新世、现已被抬升为倾斜丘坡的软土罕见报道。

对这种坡地软土,在加固软土体的同时,还必须在斜坡下方采服抗滑措施,以确保上方路堤的稳定。

本工点铁路被迫内移30m ,软土地基用粉体喷搅桩加固,原填方体保留于外侧作为反压护道,通车后路堤稳定。

3　山地地质灾害与防治南昆铁路碎屑岩谷坡区山地地质灾害类型众多,有崩塌、滑坡、岩堆、危岩落石、断层破碎带、泥石流等,以滑坡、泥石流和断层破碎带分布普遍,危害严重。

85　第1期　蒋忠信:南昆铁路地质灾害与防治3.1　滑坡及其整治大型滑坡主要分布在南盘江、块泽河碎屑岩深陡谷坡上,多为古滑坡。

铁路应予绕避,或在后缘以挖方、在前缘以填方通过。

但由于条件或认识的限制,亦有处置不当导致古滑坡复活的教训。

对体积2000×104m 3的小德江古滑坡,铁路在后缘挖方减载设站,施工中先作抗滑桩后开挖路堑,古滑坡稳定,是成功之例。

相反,对岔江、瓦窑等古滑坡,由于在其后缘弃方加载,导致古滑坡复活而改路基为桥跨过,是为教训[7]。

通车前耗巨资抢险整治的八渡站古滑坡,体积达420×104m 3,因车站剧烈的工程活动和近年较多降雨而复活(图3)。

整治工程的主体措施为支挡与排水。

在铁路上方设800kN 级预应力锚索132根6480m;在铁路下方设两排共113根锚索桩,桩长4642m,800、1600kN 级预应力锚索231根14215m ;开凿排水盲洞4条。

1998年上半年竣工后,现场测试表明位移锐减,滑坡恢复稳定。

[8]。

3.2　断层破碎带及其防治南昆铁路地处各构造体系交汇部位,构造复杂,断层密集。

全线通过宽5m 以上的断层上百条,尤其是顺南宁、百色断陷盆地、乐里河唐兴-潞城断裂谷、宜良小江大断裂行进,通过断裂带长达250km ,主要地质问题有以下3方面:(1)断裂带是软弱地基,桥梁基础等工程要加深、扩大。

(2)断裂带是软弱围岩,隧道施工中坍顶、涌水、变形严重。

(3)断裂带滑坡,尤其是工程滑坡众多,危及路基、洞口稳定。

例如与乐民所断裂带重合的相田2#隧道,施工中坍顶而激发山体滑坡,被迫先作抗滑工程稳定滑坡。

顺乐里河断裂谷的路段,超过15m 高的路堑边坡发生坍方和滑坡百多处,整治困难时被迫改线,如K246段改为长550m 的特大桥。

对此,实施了施工抗滑工程,再自上而下分层开挖、逐层防护的预加固施工原则,适应机械化拉槽施工工艺,在量减少了工程滑坡。