蒙西铁路禹门口隧道边坡稳定性分析

摘要：蒙西铁路在通过黄龙山中低山区地貌单元时，地质条件复杂，尤其的岩质边坡稳定直接影响到铁路通过的安全与否，而岩质边坡的失稳和破坏主要是受岩体中结构面所控制，本文应用赤平投影法，对蒙西铁路禹门口隧道进口边坡的结构面组合关系进行分析，从而对该边坡的稳定性做出评价，从而指导线路设计，提出合理的施工建议。

关键字：蒙西铁路；赤平投影；边坡稳定性

中图分类号：U45 文献标识码：A

1 引言

新建蒙西至华中地区铁路煤运通道工程（下文简称蒙西铁路）起自内蒙古自治区鄂尔多斯市浩勒报吉，途径内蒙古、陕西、山西、河南、湖北、湖南、江西等7省（区），终至江西省吉安市。

线路穿越毛乌素沙漠、黄土高原、黄龙山等多个地貌单元，其中在通过黄龙山低山区时，线路主要以隧道和桥梁的方式通过，地形条件较差，地质条件复杂，经常发生崩塌、落石等不良地质现象，对线路的安全通过产生的非常不利的影响，所以隧道进出口边坡及桥址边坡的稳定性就成了影响线路安全的关键因素。

由于岩质边坡的失稳和破坏主要是受岩体中各种结构面所控制，根据地质力学的原理，裂隙、层面、断层等岩体的主要结构面可以分成大致相互平行的若干组，而其中一些相交的结构面将某些临空的边坡岩体切割成滑塌体，在重力及其他因素的作用下这些滑塌体将沿着结构面产生滑动。所以研究这些结构面在三维空间中的位置、组合关系和结构面的力学参数等对评价边坡的稳定性和研究其破坏形式是至关重要的。

本文针对的这些问题，利用赤平投影法分析各结构面之间的组合关系，对禹门口隧道进口边坡的稳定性做出评价，从而指导选线，绕避不良地质。

2 工程地质条件

禹门口隧道位于山西省运城地区河津市境内，进口处位于黄河石门段东岸陡坡上，走行于黄河东岸南吕梁山脉最南端，出山后进入临汾盆地的汾河北 岸阶地区。隧道进口处地层岩性为奥陶系中统上马家沟组三段白云质灰岩、角砾状泥灰岩，中厚~厚层状，弱风化，发育两组控制性节理，节理间距一般0.3-1m，一般为密闭，局部微张~张开状，综合考虑隧道围岩分级为V级。隧道洞身可见少量地下水，受大气降水影响，岩性界面处、节理裂隙密集处、岩溶发育处较丰富。[1]图1为禹门口隧道进口边坡示意图。

图1禹门口隧道进口边坡示意图

3 赤平投影法原理

极射赤平投影法（Stereographic projection）简称赤平投影，它主要用来表示线和面的方向、相互间的角距关系及其运动轨迹，把物体三维空间的几何要素（线、面）反映在投影平面上进行研究处理[2]。

赤平投影是以圆球体作为投影工具，其进行投影的各个组成部分称为投影要素，包括：投影球、赤平面、基圆、极射点。如图2所示，结构面ASBN与投影球相交得到结构面的球面投影。通过一个球极P向结构面球面投影的圆周各点发出射线，该射线和赤道平面的交点轨迹SB’N构成结构面的大圆赤平投影。构造地质学常采用上极点下半球投影。在赤平投影法中，直立大圆的赤平投影为基圆的一条直径(图2中的NS直径)，水平大圆的赤平投影就是基圆（图1中的WSEN），倾斜大圆的赤平投影是以基圆直径为弦的大圆弧（图2中SBN投影成SB’N）[3]。

图2 结构面下半球赤平投影示意图

通常情况下岩体的滑动为楔形体滑动（同时沿两个结构面交线的滑动）。在赤平投影中显示为结构面组合的大圆投影位于坡面大圆投影之外且两滑面的交线倾向落在两滑面的倾向之间。

4．禹门口隧道稳定性分析

针对禹门口隧道进口可能发生崩塌、落石现象应用赤平投影法对斜坡岩体稳定性进行分析，应用结构面产状如下：

岩层层面L（结构面1） 290°∠6°

节理面J1（结构面2） 105°∠80°

节理面J2（结构面3） 210°∠85°

斜坡倾向及坡度 236°∠47°

图3 岩体结构面赤平投影图

由岩体结构面赤平投影图分析，坡面投影区穿越单滑面1、2、3，双滑面11、12，以及坠落体G，故不在边坡面上形成滑塌体，而只有双滑面13（由岩层层面和节理面J2共同切割所形成的楔形体）的滑塌形式是在边坡临空面出露的滑塌体，且滑动方向沿滑面13，即岩层层面和节理面J2的交线方向滑动，潜在滑动方向299°。

据现场调查，隧道斜坡岩体夹有软弱的泥灰岩夹层，抗风化能力较弱，在内外营力及水的作用下，当泥灰岩夹层风化后，其上部岩体至临空面外，施工开挖时，极易导致边坡失稳，发生崩塌、落石等现象。

故禹门口隧道进口斜坡岩体受结构面切割及软弱夹层风化等因素影响，施工开挖时易发崩塌、落石，应采取适当的防护措施。

参考文献：

[1]禹门口隧道工程地质勘察报告[M].铁道第三勘察设计院

[2]徐开礼,朱志澄．构造地质学（第二版附本）[M].地质出版社.2006：1-2

[3]卢达. 基于赤平投影法的岩质边坡稳定性分析[J]铁道建筑.2010(11):69-71

[4]孙玉科,古迅．赤平极射投影在岩体工程地质力学中的应用 [M].科学出版社，1980：62-63

[5]韩颖．岩质边坡楔形体稳定分析 [D].浙江大学出版社.2006：11-12