辽南丘陵地区铁路建设中常见的地质灾害种类与防治

1　工程概况

本工程位于辽东半岛，线路总体走向呈西南～东北向，西起大连市的甘井子区，途经大连市金州区与保税区，东至普兰店市的登沙河镇西侧。正线全长47.105km。

1.1自然地理

线路所经地区属暖温带，区内降雨较多，气候湿润，冬冷夏热、少严寒、无酷暑，冬春两季多风，蒸发量大。沿线河流较多，线路经过主要河流有青云河、登沙河等，均单独入黄海，受季节性控制，平时河水流量不大，雨季流量较大，受季节影响明显。按对铁路工程影响的气候分区，大连市属于温暖地区。

1.2地质环境条件

线路位于辽宁南部地区，穿越辽东半岛，沿线地貌单元可分为剥蚀残丘、丘前缓坡及丘间坡残积平原、中低山及剥蚀丘陵区、低山丘陵、丘陵缓坡及冲洪积平原地貌。地形北高南低，微向海岸倾斜。

1.2.1地层

项目区范围内地层主要有新生界第四系全新统、古生界奥陶系中统马家沟组、下统亮甲山组和冶里组、古生界寒武系上统、中统、下统、元古界震旦系上统兴民村组、北山组、中统、马家屯组、十三里台组、营城子组、甘井子组、南关岭组、长岭子组、桥头组、太古界鞍山群、董家沟组、城子坦组。项目区范围内岩浆岩主要岩性为花岗斑岩、花岗岩、辉绿岩等。

1.2.2水文

沿线地下水主要有三种类型，即第四系松散堆积层孔隙水、基岩裂隙水和岩溶水。其补给来源主要是大气降水以及河流的侧向补给，埋藏条件随地貌单元不同而变化。

第四系孔隙水以潜水为主，局部具承压性，分布于沿线冲洪积平原及丘间洼地，埋藏深度随地貌单元不同而变化。基岩裂隙水：主要分布于丘陵地带。埋藏深度一般大于10m，主要受大气降水补给，动态变幅明显，年水位变化幅度为2～5m。岩溶水：主要分布于石灰岩发育地带，含水层为石灰岩的溶蚀裂隙、溶孔及溶洞，地下水的水量、分布及径流条件随岩溶发育程度而变化，赋水性极不均匀，地下水位埋深一般为6～15m左右。

2　地质灾害种类及诱因

经过对沿线地质环境条件和现场调查，以及通过对收集到的已有相关资料进行综合分析可知，工程建设中局部路段存在的灾害种类有崩(滑)塌、不均匀沉降、岩溶塌陷、砂土液化、隧道坍塌涌水及膨胀土地质灾害。详细叙述如下：

2.1崩(滑)塌

在线路经过区域内，当在丘陵段落内进行铁路工程建设时，局部需要进行开挖切坡，对山体斜坡产生扰动，致使边坡稳定性变差，可能导致危岩体崩落而加剧崩塌的产生。有时边坡开挖过高过陡，岩体悬空，也会导致崩塌的发生。同时，强烈的震动，包括大爆破、列车的反复震动等，也可触发崩塌落石的产生。路基挖方段落由于开挖，破坏了斜坡的自然稳定状态，在顺层及构造破坏严重的地段有引发崩(滑)塌的可能性。

局部路段因工程施工开挖坡脚，切割了外倾的或缓倾的软弱地层，破坏了上部岩体(土体)的稳定性，常常发生边坡变形或失稳，进而引发崩(滑)塌。

2.2不均匀沉降

因线路跨越河流，在河流两侧可能存在软土层，而不均匀沉降主要发生在软土段。根据现行铁路工程地质勘察规范规定，具有天然含水率大、天然孔隙比大、压缩性高及强度低等特点的黍占性土、粉土应按软土开展工作。

铁路工程建设中，由于需要在地面修筑路堤、架设桥梁、修建站房及铺设轨道，包括运营后列车的动荷载，均对地基土施加了附加荷载，虽然地基土的强度一般能满足上部荷载的要求，但地基土内部应力状态发生了变化，为了达到新的平衡，地基要发生固结沉降，包括一定程度的侧向变形。同时，由于上部荷载不同及地基土层的差异，不同地段的变形程度有所不同而导致差异变形，这种差异变形会最终导致不均匀沉降地质灾害的发生。

2.3岩溶塌陷

岩溶塌陷是人为因素和地质环境条件综合作用的产物，其形成条件主要有以下四点：

2.3.1岩溶发育程度：可溶岩的岩溶裂隙和岩溶洞穴的发育状况，直接决定了地下水对潜蚀塌落物的搬运量和运移距离。连通性好的大裂隙、洞穴不仅可容纳更多的潜蚀塌落物质，而且可将这些物质随地下水迁移他处，为上覆松散层空洞的发展和塌陷形成提供条件。

2.3.2松散层厚度：岩溶塌陷首先是从松散层内部形成空洞开始，当其厚度较大时，空洞发展到地表引起塌陷所需时间长，且易达到自然平衡，岩溶塌陷不易发生。反之，当松散层较薄时，岩溶塌陷较易发生。

2.3.3地下水动力条件：当松散层内孔隙水在强烈补给岩溶水的过程中及地下水位在松散岩层底部岩土界面的波动过程中，对松散盖层产生潜蚀作用，岩溶塌陷越容易发生。

2.3.4上部荷载：当建筑物直接坐落于岩溶空洞之上时，首先对空洞顶板施加静荷载。铁路运营期间，当列车经过时，还要施加活载和震动作用。当岩溶空洞原平衡条件被打破时，就会引发岩溶塌陷的发生。

2.4砂土液化

铁路工程对砂土、粉土液化的影响主要来自于列车的动荷载。当粉、细砂的特征指标满足一定条件时，即有振动液化的可能。根据勘察资料，线路位于冲洪积平原地区路段的地层有砂土层，在一些路堤高度小、饱和细砂层埋藏浅的路段可能有砂土的临界振动加速度小于振动加速度的情况。因此，在这些路段内列车的振动有导致砂土液化的可能。

2.5隧道坍塌涌水

隧道工程地质灾害的产生主要受工程地质环境条件和施工技术条件两方面因素的控制，同时也受其它环境因素的影响。地质条件首先决定了施工方法的选择，而施工技术方法对地质条件的适应程度进而影响到工程引发隧道地质灾害的危险程度。

根据隧道设计及施工经验，评价隧道围岩坍塌的危险性，首先考察岩性、围岩结构，其次考察岩溶及地下水情况、与地表水有无水力联系等。一般以隧道围岩级别为围岩稳定性主要判别标准，当隧道围岩分级为Ⅵ级时预测隧道围岩坍塌可能性大；围岩分级为Ⅲ、Ⅳ、V级为坍塌可能性中等；I、Ⅱ级为坍塌可能性小。隧道涌水还需要考虑地下水位、岩溶情况、构造破坏情况、与地表水有无水力联系等。而岩爆则需考虑地应力条件、围岩强度及完整性等。

东北东部铁路通道大连至登沙河段共有隧道3座，长度均大于1km，其中二十里堡隧道最长，其次为郭家岭隧道，陈家店隧道长度相对较短。其具体长度、地质特征及围岩分级见下表。

从表中可见，各隧道大部分围岩条件一般，部分受风化、岩溶等条件影响，部分段落位于地下水位以下，在隧道开挖过程中容易产生隧道围岩坍塌及隧道涌水等工程地质灾害。

2.6膨胀土

项目区内有两处路段分布有膨胀土，共约4.2公里，土层一般具有弱～中等膨胀性。

膨胀土遇水膨胀，失水收缩。随着土体含水量的增减，膨胀力也产生相应的变化。由于土中含水量的变化与气候有关，因此土的膨

胀变形是重复进行的，这就可能导致膨胀土上的建筑物开裂破坏。由于往复的干缩湿胀，致使土中的裂隙十分发育，不仅破坏土体的连续性和完整性，使土体强度降低，为渐进破坏提供条件，而且也为地表水的混入形成了通道，水的浸入加速了土体的软化及裂隙生成，两者相互促进，形成恶性循环，使土体强度大大降低。在地质历史上，膨胀土地层曾受过比现在更大的前期固结压力，使主体处于超固结状态。超固结不仅使路堑边坡坡脚产生较大的剪应力，而且还会带来强度的应变软化，这对边坡的稳定性影响较大。

膨胀土的危害主要为膨胀土地基变形导致的不均匀沉降和建筑物变形开裂。由于膨胀土主要分布在平原区及丘陵区，且沿线工程项目为路基和桥梁。因此，除局部由膨胀土引起边坡滑塌、坍塌外，工程可能遭受的危害主要来源于膨胀土地基不均匀沉降。

3　地质灾害防治措施

为减轻或避免地质灾害对工程安全的危害性及周边环境的影响，需对其进行防治，按照《地质灾害防治条例》(国务院第394号令)采取预防为主，避让与治理相结合的方针，同时对工程施工人员和维护人员进行地质灾害知识的教育，提高其防治地质灾害的能力，制定出突发性情况下的应急措施。依据地质灾害类型，在建设过程中进行防治管理。具体防治措施如下：

3.1崩(滑)塌的防治措施

3.1.1对岩体节理裂隙发育的地区，施工时要清除不稳定岩石，高边坡宜分级开挖，必要时挂网喷锚防护。

3.1.2对预测工程建设中可能崩塌的地段采取必要的防护措施，主要包括以下几种：

遮挡：即遮挡斜坡上部的崩塌落石。这种措施主要用于中、小型崩塌或人工边坡崩塌的防治中，可采用修建明硐、棚硐等工程进行。

拦截：对于仅在雨季才有坠石、剥落和小型崩塌的地段，可在坡脚或半坡上设置拦截构筑物，如设置落石平台和落石槽以停积崩塌物质；修建挡石墙以拦坠石；利用废钢轨、钢钎及钢丝等编制纲轨或钢钎栅栏来挡截落石。

护墙、护坡：在易风化剥落的边坡地段，修建护墙，对缓坡进行水泥护坡等。一般边坡均可采用。

刷坡(削坡)：在危石、孤石突出的山嘴以及坡体风化破碎的地段，采用刷坡来放缓边坡。

排水：在有水活动的地段，布置排水构筑物，以进行拦截疏导。

3.1.3在人工路堑边坡坡面设置格构，拱形骨架或六边形空心块，其间种植紫穗槐等灌木或播撒草籽以固定表层松散土石，稳定边坡的同时可以防止水土流失。

3.1.4加强边坡设计检算及防护工作，对边坡较高的地段进行必要的边坡稳定性检算，根据检算结果在顺层、破碎、易滑地段设挡墙及护墙，在不稳定的高边坡地段可设置抗滑锚索及抗滑桩等。同时，也可适当降低边坡坡度。在坡顶及坡面采取合理的防排水措施，以防表水及地下水侵入边坡岩土体而降低边坡的稳定性。

对于局部崩塌危险性大的地段，建议将方案进行调整，以隧道的形式通过该地段或改线。

3.2砂土液化的防治措施

3.2.1路基：当路堤以下有可液化土层时采取加固地基土或设置反压护道等措施。客运专线地基加固措施主要采用CFG桩。

有碎石振冲、夯实、爆炸、砂桩挤密，旋喷等措施，提高砂土密度或者排水降低砂土孔隙水压力。

3.2.2桥涵：位于可液化土地基上的特大桥、大中桥应适当增加桥长；桥墩、桥台应采用桩基或沉井等深基础，且桩尖及沉井底应进入稳定土层不小于1～2m；对台尾15m范围内的路堤基底下的液化土采取振密、碎石桩或换填等加固措施。

3.3岩溶塌陷的防治措施

3.3.1岩溶区进行详细的勘探

对岩溶区要进一步加深调查和勘探，查清岩溶路段地下岩溶的发育情况，尤其对桥址区要详细查明岩溶分布状态及稳定程度，查明岩溶发育强烈地段。铁路尽可能避让这些路段，若无法绕避时要采取切实可行的工程措施。

3.3.2合理选择基础形式

对岩溶发育强烈路段，以桥梁方式通过时，桩基础嵌入完整基岩一定深度内，加强施工过程控制，对岩溶空洞进行灌砂注浆等加固处理措施。桥梁基础类型及桥式类型的选择应结合岩石的完整性及溶洞的大小和顶板厚度确定。采用明挖基础时应注浆加固；岩溶路基需注浆加固。

3.3.3岩溶空洞充填加固

对于铁路安全范围内的地表塌陷土洞，当覆土较薄时，宜回填夯实并作好地表水的引排封闭措施；当覆土较厚时，宜采用注浆加固。对于埋藏较深，但基岩顶板较薄的溶洞或溶蚀发育带，宜采用注浆充填加固。

3.3.4在铁路工程建设中，加强岩溶区基坑开挖的验槽和施工监理工作。必要时补充勘探，详细查明岩溶发育状态和地基稳定程度。

3.4不均匀沉降的防治措施

3.4.1对于埋深浅的软土和杂填土，将软弱土层全部或局部挖除，然后换填素土、灰土或砂石等材料；对于表覆的素填土一般进行夯实处理；

3.4.2采用轻质路堤，以减轻路堤自重、减少沉降并增大稳定安全系数；在路堤底部设排水砂垫层，加速土层固结；铺设土工织物，增加路堤强度及稳定性。

3.4.3降低路堤高度，边坡放缓一级，在路堤两侧设置反压护道，宽度应根据稳定计算确定；

3.4.4采用碎石桩、CFG桩或搅拌桩等方法进行处理。

在路基设计时，经过检算后可采取上述其中一种措施或多种工程措施相结合。此外，还可采用沉井、桩基础等深基础工程处理措施。

3.5隧道坍塌涌水

3.5.1隧道通过的断裂部位、构造变形强烈及裂隙发育地段是隧道围岩变形坍塌、隧道涌水的多发地段，设计及施工中应注意其影响，超前采取防御措施。同时，隧道通过的断裂、侵入接触带、角度不整合带等段落围岩条件一般也较差，施工时也应注意防止掉块及坍塌。

3.5.2尽量将隧道进出口置于相对稳定的斜坡部位。对处于高陡斜坡上的隧道进出口宜选择适宜的仰坡坡率，并进行必要的稳定性检算，采取合理的防护措施。对可能发生崩塌及边坡变形滑动的地段要进行挡护及加固。宜早进洞，晚出洞，必要时可按长明硐。

3.5.3隧道施工时需及时支护衬砌，避免围岩长期暴露，注意使用合理的施工方法。对长隧道及特长隧道有必要进行超前地质预报工作。

3.5.4采用超前钻，对隧道涌水灾害提前做好预报和防范。尤其隧道掘进临近断裂构造带、节理断层面时，做好提前预防大的涌水灾害发生。加强隧道内排水设施建设，对于平日正常渗出的基岩裂隙水等及时排出洞身。

3.6膨胀土的防治措施

路堑应放缓边坡并防护，堑顶外设天沟，做好截排水工作；膨胀土路基基床需换填处理。

4　结语

综上，沿线地质灾害种类主要有崩(滑)塌、不均匀沉降、岩溶塌陷、砂土液化、隧道坍塌涌水及膨胀土地质灾害。通过本次工作，为铁路在建设与运营中，对地质灾害的防治与治理提供了一定的科学依据，对于加快和促进地方经济建设，防止地质灾害造成损失和保护生态环境都将具有指导意义。工程建设过程中和竣工后，应加强对周边地质环境、灾害的预防与治理，杜绝各类污染源或污染因素对环境可能造成的危害，必要地段应超前进行治理，确保线路安全运营。