山區(qū)鐵路路基邊坡溜坍典型模式剖析及風(fēng)險評價

申文軍，周文皎，魏少偉，鄭云浩，張 學(xué)

（1.中國鐵路北京局集團有限公司，北京 100031；2.中國鐵道科學(xué)研究院集團有限公司鐵道建筑研究所，北京 100081）

預(yù)計至2020年我國鐵路運營里程將增長至15 萬km。鐵路運輸規(guī)模的不斷擴大一方面給人民的生活帶來了極大的便利，但另一方面因為地質(zhì)災(zāi)害引發(fā)既有鐵路損壞事故也更為頻繁，尤其是西南地區(qū)，嚴重危害人們的生命財產(chǎn)安全。鐵路地質(zhì)災(zāi)害包括危巖落石、滑坡、泥石流、溜坍等。溜坍與其他地質(zhì)災(zāi)害相比，雖然其規(guī)模較小往往僅數(shù)方至數(shù)百方，但發(fā)生的頻率較高，分布范圍較廣，而且往往具有突發(fā)性，事先難以預(yù)料，故潛在危險性大。

對于溜坍災(zāi)害，學(xué)者已進行一定深度的研究。王小軍等［1］通過對6 種膨脹巖的濕化過程觀察和機理研究，從試驗和理論2 方面說明膨脹巖的濕化性是造成塹坡溜坍的主要原因；劉仕順等［2］提出了對雨、雪、冰凍災(zāi)害誘發(fā)的高路塹邊坡表層溜坍整治設(shè)計時穩(wěn)定性驗算的必要性；羅一農(nóng)等［3］針對路堤邊坡溜坍風(fēng)險，建立了層次分析結(jié)合專家打分的方法，并驗證了該方法的合理性及可行性；張有會等［4］建立了將3 d連續(xù)累計降雨量和降雨強度作為2項關(guān)鍵性指標的溜坍預(yù)警體系；馬強中［5］應(yīng)用預(yù)應(yīng)力錨索錨固樁預(yù)加固坡腳并設(shè)置錨索格梁、十字形錨桿格梁加固防護各級邊坡，有效治理高陡斜坡的溜坍下滑。

上述研究缺少鐵路溜坍的評價方法，如何快速識別溜坍病害類型、風(fēng)險大小并有針對性地防治溜坍災(zāi)害成為了亟需解決的鐵路沿線地質(zhì)災(zāi)害問題。本文通過對某山區(qū)鐵路路基邊坡溜坍病害的實地調(diào)查，對溜坍病害類型及模式進行剖析，并對其風(fēng)險程度進行評價。

1 溜坍風(fēng)險評估方法

溜坍風(fēng)險評估流程［6］如圖1所示。

圖1 溜坍風(fēng)險評估流程圖

依據(jù)收集資料及現(xiàn)場調(diào)查情況，在對擋護設(shè)施適宜性、缺損情況評價及通過變形跡象法得出坡體穩(wěn)定性系數(shù)的基礎(chǔ)上分析溜坍風(fēng)險的發(fā)生概率，同時評估溜坍病害發(fā)生后對線路影響程度，最終通過將風(fēng)險等級表征為風(fēng)險事故發(fā)生的概率和事故損失等級的乘積形成風(fēng)險等級劃分矩陣，見表1。

表1 風(fēng)險等級劃分矩陣

2 溜坍病害分類

溜坍是指邊坡上松散的表層土體由于大量雨水的滲入、浸潤以致其飽和，使得土顆粒間的連接大大減弱，土強度顯著降低甚至土體成為流動狀態(tài)，土體產(chǎn)生順坡流動［7］。

根據(jù)對一山區(qū)鐵路的現(xiàn)場調(diào)查，依據(jù)成因不同，將鐵路沿線溜坍病害分為坡面沖溝內(nèi)堆積層溜坍、軟巖風(fēng)化物匯水地形淺層溜坍、白云巖溶蝕溝槽內(nèi)全風(fēng)化物溜坍3類。

2.1 坡面沖溝內(nèi)堆積層溜坍

此類溜坍病害多發(fā)生于自然邊坡沖溝中。沖溝內(nèi)因長期匯水作用，溝內(nèi)堆積層一般較厚，土質(zhì)松散，且含水量大，易發(fā)生淺層溜坍。經(jīng)調(diào)查該類病害較為普遍。

1）K1821+050—K1821+450右側(cè)路塹邊坡

現(xiàn)場調(diào)查線路從山體下部穿越，山體高約130 m，上陡下緩。坡腳設(shè)置漿砌片石擋墻，擋墻上部約10 m范圍設(shè)置1 道截水溝。截水溝上部坡面存在2 條明顯沖溝，沖溝直對線路，里程分別為K1821+050、K1821+450，見圖2。K1821+050 處沖溝內(nèi)設(shè)置1道吊溝，K1821+450處沖溝未設(shè)置排水措施。從截水溝開挖斷面看，K1821+450 處沖溝內(nèi)堆積體松散、潮濕，覆蓋層厚度約1.5～2.0 m。2016年K1821+450處沖溝內(nèi)發(fā)生溜坍，溜坍體方量約80 m3，侵線上道。病害發(fā)生后在截水溝附近設(shè)置擋墻防護。

圖2 K1821+050—K1821+450右側(cè)邊坡全貌

2）K1912+125—K1912+250右側(cè)邊坡

邊坡所在山體高約80 m，線路以隧道形式從山體前部通過，邊坡下部設(shè)置抗滑樁及護面墻，樁頂設(shè)置1 道被動網(wǎng)。邊坡發(fā)育1 道沖溝，沖溝內(nèi)堆積層較厚，邊坡基巖為薄層狀強～中風(fēng)化泥灰?guī)r。K1912+130—K1912+140 有1 道沖溝，溝內(nèi)堆積層厚度最深部超過4 m。2017年6月29日發(fā)生了溝內(nèi)滲水造成下部覆蓋層沿基巖面溜坍，溜坍體方量100 m3，溜坍體將下部被動網(wǎng)砸彎；上部溜坍體也極有可能繼續(xù)發(fā)生下滑，見圖3。

目前對既有鐵路邊坡坡面上部沖溝處理少，一般采用在坡面設(shè)置坡面截水溝，但截水溝不能從本質(zhì)上改善沖溝內(nèi)巖土體因積水引起強度降低的問題。因此治理此類溜坍的關(guān)鍵在于及時疏排沖溝內(nèi)積水，若堆積層厚度在2 m 以內(nèi)，建議在沖溝內(nèi)設(shè)置吊溝，避免沖溝內(nèi)長期積水，可大大降低溜坍發(fā)生概率。若堆積層厚度超過2 m，設(shè)置吊溝基礎(chǔ)難以滿足要求，建議在沖溝平緩部位設(shè)置擋墻，擋墻基礎(chǔ)應(yīng)深入穩(wěn)定地層1.5 m 以上，墻后設(shè)置反濾層，墻身設(shè)置泄水孔，墻前設(shè)置水溝將泄水孔內(nèi)水排至坡面截水溝內(nèi)。

圖3 K1912+125—K1912+250右側(cè)邊坡溜坍

2.2 軟巖風(fēng)化物匯水地形淺層溜坍

此類溜坍病害多發(fā)生在松散覆蓋層地勢低緩一側(cè)坡面，本區(qū)段松散覆蓋層多出現(xiàn)在軟巖地段，成分以軟巖風(fēng)化物為主，如頁巖、泥巖、灰?guī)r等。此類地段的覆蓋層多呈黏土狀，整體強度偏低，在降雨條件下易造成坡面黏性土軟化，誘發(fā)淺層溜坍。

1）下行線K1729+300—K1729+600右側(cè)邊坡

邊坡所在山體高約50～100 m，自然坡度平緩，約10°。線路從山體中部開挖通過，邊坡位于線路左側(cè)，塹高約20 m。坡腳處設(shè)置2 排抗滑樁防護，坡面設(shè)置1 道截水溝（截水溝位置見圖4）。塹坡頂均開墾為農(nóng)田。

圖4 K1729+300—K1729+600右側(cè)邊坡全貌

現(xiàn)場調(diào)查發(fā)現(xiàn)K1729+300—K1729+460 段天溝上部坡體整體下錯開裂，K1729+390處水溝明顯外擠，目前K1729+300—K1729+460段發(fā)生溜坍。

該段發(fā)生淺表層滑坡主要是因為該段地勢低洼，為匯水區(qū)，積水僅靠塹坡頂部1道天溝，難以快速有效排出坡體外。

治理此類溜坍的關(guān)鍵在于截斷地表水，防止坡體過多地受水浸泡沖刷，尤其是低洼匯水區(qū)處的排水措施應(yīng)加強。

2）下行線K1761+500—K1761+800左側(cè)路塹邊坡

該工點屬丘陵地貌。自然山體平緩，坡度約12°。線路從山體中下部切坡通過，塹坡高約20 m，坡度較陡，約47°。坡面采用掛網(wǎng)植草防護，覆蓋層厚0.4～1.0 m。線路走向221°，見圖5。

坡體基巖為強～中風(fēng)化白云巖，現(xiàn)場測得巖層產(chǎn)狀303°∠32°。邊坡K1761+500—K1761+530、K1761+700—K1761+730段采用混凝土護面墻防護，坡體上部設(shè)置1道截水溝。2017年6月，K1761+650處發(fā)生10 m表層溜坍，溜坍體方量約30 m3。

現(xiàn)場調(diào)查時發(fā)現(xiàn)K1761+690—K1761+720 之間塹坡頂部存在1 道貫通裂縫，裂縫走向205°；K1761+670—K1761+690之間水溝下2 m處有1道貫通裂縫，裂縫走向225°，水溝未受損害。

整體來看，目前邊坡溜坍與表層開裂處集中在K1761+650—K1761+740區(qū)段（圖5中虛線所示區(qū)域），可能發(fā)生溜坍，總方量約為800 m3。此處邊坡地勢低洼，匯水區(qū)域明顯，為典型的軟巖風(fēng)化物匯水地形淺層溜坍。因此，除在K1761+650—K1761+750 段設(shè)置護面墻外，還應(yīng)在該段匯水區(qū)域坡體上部增設(shè)1 道天溝。

2.3 白云巖溶蝕溝槽內(nèi)全風(fēng)化物溜坍

白云巖屬碳酸鹽巖類，長期降雨及風(fēng)化作用易在全風(fēng)化層與基巖分界面形成溶蝕溝槽，溶蝕溝槽可大可小。邊坡開挖時溝槽內(nèi)全風(fēng)化物呈土狀，土體含水率較高，如不采取護面等措施，極易發(fā)生溜坍。

該段山區(qū)鐵路白云巖分布較廣，調(diào)查期間可見白云巖風(fēng)化形成的溝槽廣泛分布，見圖6。

以本次調(diào)查發(fā)現(xiàn)的白云巖溶蝕溝槽內(nèi)全風(fēng)化物溜坍典型工點K1806+830—K1806+850 右側(cè)邊坡為例進行介紹。邊坡所在山體高約20 m，自然坡度平緩，約10°，線路從山體中部開挖通過，邊坡位于線路右側(cè)，塹高約10 m，線路從山體下方開挖通過，邊坡基巖為全～強風(fēng)化白云巖。坡面受降雨長期沖刷影響存在溶蝕溝槽，該段白云巖多含黏土礦物，因此溝槽內(nèi)全風(fēng)化物呈黃土狀，溝槽內(nèi)全風(fēng)化巖體發(fā)生溜坍后，坡面采用混凝土護面墻防護。

目前在設(shè)計施工過程中，對此類白云巖邊坡開挖時，設(shè)計坡率往往相對較陡，防護形式又多以全坡面噴漿防護為主，而忽略了此類邊坡中溶蝕溝槽的潛在危害，溝槽內(nèi)土體發(fā)生溜坍的概率很大，而噴漿面自身強度很低，因此溜坍發(fā)生的同時往往伴隨著噴漿面的開裂破損。

值得注意的是，部分未防護坡面也因植被茂盛，導(dǎo)致調(diào)查過程難以發(fā)現(xiàn)溶蝕溝槽全風(fēng)化物溜坍隱患，易釀成災(zāi)害，因此今后在設(shè)計施工白云巖、石灰?guī)r等易發(fā)生溶蝕的邊坡時要特別注意防范此類病害的發(fā)生，在防護措施上應(yīng)以護面墻防護為主。

圖6 沿線白云巖邊坡多見溶蝕溝槽

2.4 溜坍病害評價實例

根據(jù)前文所述調(diào)查評估流程，對下行線K1761+500—K1761+800左側(cè)路塹邊坡進行評估。

1）適宜性評價。邊坡災(zāi)害類型為溜坍，易溜坍區(qū)域距線路垂直高度在0～10 m。采用植草防護+護面墻防護對溜坍災(zāi)害抑制作用較小，根據(jù)擋護設(shè)施的適宜性分級標準劃分表［6］，得出適宜性屬二級：較不適宜。

2）技術(shù)狀況評價。根據(jù)邊坡?lián)踝o設(shè)施自身質(zhì)量等級綜合評定法［6］，得出缺損狀況屬三級：一般。

3）邊坡穩(wěn)定分析。根據(jù)變形跡象法，目前塹坡頂部出現(xiàn)貫通張性裂縫，穩(wěn)定性系數(shù)在1.05～1.10，屬于不安全。

4）溜坍危險性概率?，F(xiàn)有護面墻防護雖無明顯損壞現(xiàn)象，但其較不適宜防護此類溜坍病害，邊坡目前屬于不安全狀態(tài)，因此溜坍危險性概率為三級：可能發(fā)生。

5）事故損失等級評價。據(jù)現(xiàn)場調(diào)查，邊坡可溜坍總方量約800 m3，坡腳距線路水平距離3～10 m，危巖體距線路垂直高度在20～40 m。溜坍體易侵線造成危害，但搶險后較短時間內(nèi)可以通行，確定其災(zāi)害對鐵路危害程度屬二級：危險。

最終對應(yīng)風(fēng)險等級劃分矩陣，得出防治等級為Bb：高度風(fēng)險。

對于高度風(fēng)險點，對應(yīng)地質(zhì)災(zāi)害防治等級表［6］應(yīng)進行盡快整治。

3 結(jié)論

通過對一山區(qū)鐵路溜坍病害成因的剖析總結(jié)，進行沿線溜坍的分類，同時為了做到“對癥下藥”及“有的放矢”地對邊坡災(zāi)害進行防治，進行了溜坍病害風(fēng)險評價。主要結(jié)論如下：

1）山區(qū)鐵路溜坍災(zāi)害根據(jù)成因不同可分為坡面沖溝內(nèi)堆積層溜坍、軟巖風(fēng)化物匯水地形淺層溜坍、白云巖溶蝕溝槽內(nèi)全風(fēng)化物溜坍3類。

2）防治坡面沖溝內(nèi)堆積層溜坍，應(yīng)著重改善沖溝內(nèi)排水條件，及時疏排沖溝內(nèi)積水；防治軟巖風(fēng)化物匯水地形淺層溜坍，應(yīng)著重加強坡體匯水區(qū)域的排水措施；防治白云巖溶蝕溝槽內(nèi)全風(fēng)化物溜坍，在防護措施上應(yīng)以護面墻防護為主。

3）基于山區(qū)既有鐵路地質(zhì)災(zāi)害風(fēng)險評估方法的溜坍災(zāi)害評估法結(jié)論可靠，值得推廣。