張兆鵬,薄景山,,常晁瑜,李孝波

(1.中國地震局工程力學(xué)研究所地震工程與工程振動重點實驗室,哈爾濱 150080； 2.防災(zāi)科技學(xué)院,河北三河 065201)

陽安鐵路位于陜西省南部，隸屬西安鐵路局。線路西起寧強陽平關(guān)，東至陜南重鎮(zhèn)安康，全長356.5 km，途徑8縣市，跨越3個工務(wù)段。該線路既是我國的第二條電氣化鐵路，又是我國第一條一次性建成的電氣化鐵路[1]。它是連接寶成、襄渝兩條鐵路干線的聯(lián)絡(luò)線，同時由于線路附近是陜西農(nóng)林特產(chǎn)和有色金屬資源的富集區(qū)，它也是拉動陜南經(jīng)濟發(fā)展的交通大動脈，運輸?shù)匚皇种匾Ｈ鐖D1所示。

陽安鐵路于1969年1月開始動工興建，1971年底建成通車，1976年交付運營[2]。由于在特殊的歷史時期修建，導(dǎo)致開工之前的地質(zhì)勘察工作較為粗略。后期為了搶施工進度，部分地段邊勘察、邊設(shè)計、邊施工，線路方案幾經(jīng)變更[2]；此外線路多位于山區(qū)，受區(qū)域性構(gòu)造和降雨的影響強烈，致使鐵路在施工過程中和交付運營后多次發(fā)生嚴重的地質(zhì)災(zāi)害，后期雖然經(jīng)過了數(shù)次的改造和整治，但是收效并不顯著，崩塌、溜坍和路基不均勻沉降等地質(zhì)災(zāi)害與工程地質(zhì)問題時有發(fā)生，對行車安全構(gòu)成嚴重威脅。筆者在實地野外調(diào)查的基礎(chǔ)上，結(jié)合相關(guān)資料，著重討論該條線路的地質(zhì)災(zāi)害類型與成因并提出相應(yīng)的防治措施。

圖1 陽安鐵路線路平面示意[2]

1 場地地質(zhì)條件

陽安鐵路北依秦嶺，南鄰大巴山。整個線路近東西走向，地理坐標北緯32°43′～33°9′，東經(jīng)106°2′～108°58′。線路蜿蜒曲折，沿線及周邊地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜，存在深大斷裂，巖石節(jié)理裂隙發(fā)育，并且風(fēng)化嚴重，地質(zhì)環(huán)境較差。

1.1 地形地貌

陽安鐵路所處的地貌單元為陜南秦巴山地，漢江和嘉陵江流域上游。線路自陽平關(guān)沿途經(jīng)秦嶺山地與漢中—安康低山丘陵盆地過渡區(qū)、漢中盆地、西鄉(xiāng)盆地、安康盆地到達安康。沿線穿過4個地貌單元，以中山為主，其次為低山丘陵、斷陷盆地、河谷階地，整體地勢西高東低。

1.2 氣候條件

整條線路位于北亞熱帶濕潤氣候區(qū)，屬大陸性季風(fēng)氣候，主要表現(xiàn)為四季分明、冬夏氣溫變化明顯以及年降水分布不均勻。該區(qū)年平均氣溫12.9～15.5 ℃；年平均降水量793.6～1 103.6 mm，其中7～9月份降水占全年降水量的75%～80%，并且多為暴雨和連陰雨，這一時期同樣也是地質(zhì)災(zāi)害多發(fā)期。

1.3 地質(zhì)構(gòu)造

在秦巴構(gòu)造單元劃分略圖上，陽安線大致以洋縣為界，西段屬揚子臺地，東段屬北大巴山早古生代褶皺帶[3]。線路周圍地質(zhì)條件復(fù)雜，斷裂發(fā)育[1]，其中具有代表性的斷裂主要有2條：金山寺—陽平關(guān)—大安斷裂和月河斷裂，如圖2所示，這2條斷裂分別影響和控制著線路西段與東段的地質(zhì)構(gòu)架和沉積環(huán)境。經(jīng)監(jiān)測，這2條斷裂以0.01～0.06 mm/年的速度發(fā)生位移。斷層活動導(dǎo)致線路周圍的巖體破碎，為滑坡、崩塌以及泥石流等地質(zhì)災(zāi)害的形成提供了重要的物質(zhì)條件(例如K45+120處滑坡發(fā)育形成的重要原因，便是該段鐵路正處于金山寺—陽平關(guān)—大安斷裂破碎帶上[4])。

此外第四紀以來，陽安線沿線斷陷盆地下陷，兩側(cè)抬升。盆地的這種差異運動，導(dǎo)致在山前常有洪積、沖積扇形成，松散堆積物發(fā)育，與此同時山區(qū)亦不乏外營力剝落物質(zhì)形成的殘積、坡積層，這些都為地質(zhì)災(zāi)害的形成奠定了豐富的物質(zhì)基礎(chǔ)。

1.4 地層巖性

陽安線由于受地質(zhì)構(gòu)造作用，巖漿巖侵入作用和變質(zhì)作用的影響，出露的地層巖性復(fù)雜多變[5]。線路附近從元古界—新生界基本都有地層出露，現(xiàn)結(jié)合地質(zhì)圖(圖2)，對沿線主要地層巖性分區(qū)間進行簡要描述。

陽平關(guān)—勉縣區(qū)間由于受斷裂構(gòu)造運動影響，區(qū)域變質(zhì)作用明顯，周圍節(jié)理裂隙發(fā)育，巖石表面風(fēng)化嚴重。出露巖性以下元古界碧口巖群以及上古界燈影組變質(zhì)巖為主。

勉縣—洋縣區(qū)間位于盆地以及河谷階地，區(qū)間范圍內(nèi)地勢平坦，構(gòu)造作用不強烈，地質(zhì)災(zāi)害少，地層巖性以第三系和第四系沉積巖為主。

洋縣—石泉區(qū)間位于低山峽谷區(qū)，受區(qū)域構(gòu)造影響，線路所經(jīng)區(qū)域地形起伏較大，隧道眾多。巖石片理裂隙發(fā)育，表面風(fēng)化程度為中—強風(fēng)化。地層巖性以下元古界碧口巖群砂巖為主，局部范圍(晏家壩—馬蹤灘區(qū)間)內(nèi)存在大量元古界巖漿巖侵入。

石泉—安康區(qū)間，該區(qū)間雖位于漢陰、安康盆地及月河河谷區(qū)，屬丘陵地貌[5]，但從地質(zhì)圖中可以看出，線路多走行于河谷階地上，地勢較為平坦，雖受月河斷裂影響，但地質(zhì)災(zāi)害較少，地層巖性以第三系和第四系沉積巖為主。

圖2 陽安線地質(zhì)圖(引自陜西省區(qū)域地質(zhì)志，略有修改)

1.5 災(zāi)害調(diào)查

野外調(diào)查范圍依據(jù)西安鐵路局下發(fā)的《陽安線地質(zhì)災(zāi)害及設(shè)備隱患排查工作評估大綱》，不包含勉縣—洋縣區(qū)間、改線雙繞地段及改線繞避區(qū)段，調(diào)查對象主要針對鐵路兩側(cè)50 m范圍內(nèi)高度大于20 m的邊坡，不良地質(zhì)體以及隧道仰坡，內(nèi)容包括查明沿線地質(zhì)災(zāi)害及路基設(shè)備隱患的類型、分布、規(guī)模、誘發(fā)因素及其對鐵路的危害程度等，調(diào)查方式以野外地質(zhì)踏勘為主，歷時20余天，共調(diào)查119處病害點，其中地質(zhì)災(zāi)害類64處，主要為崩塌、溜坍、滑坡以及泥石流(如表1所示)，其中以崩塌(含風(fēng)化剝落)最為發(fā)育并對線路的影響最大。

上述災(zāi)害的形成除與地形地貌、氣象水文、植被覆蓋等沿線自然環(huán)境因素以及區(qū)域地質(zhì)條件有關(guān)外，還與人類的工程活動有著密不可分的關(guān)系，如不合理的切削山體、破壞植被以及墾荒等。本文通過結(jié)合現(xiàn)場圖片，就各類地質(zhì)災(zāi)害及其成因進行分析。

2 主要地質(zhì)災(zāi)害及機理分析

2.1 崩塌

調(diào)查范圍內(nèi)共發(fā)現(xiàn)崩塌災(zāi)害34處，影響線路長度4765 m，均為巖質(zhì)崩塌，主要集中在青陽驛—勉西(K52+345～K60+020)以及池河—高粱鋪(K283+320～K286+840)區(qū)間靠線路內(nèi)側(cè)石質(zhì)塹坡上，巖性多為板巖、片巖、砂巖、巖漿巖以及第四系松散堆積物等。統(tǒng)計結(jié)果表明崩塌體距離線路水平距離1.5～3.5 m，垂直距離0.5～10 m。

調(diào)查結(jié)果表明，導(dǎo)致崩塌形成的直接原因是線路開挖切削山體，未經(jīng)坡面保護的破碎裸露巖體在降雨或地震等作用下破壞了整體穩(wěn)定性，臨空的巖塊在重力作用下，脫離母巖崩落。具體原因大致可分為以下幾種情況：①塹坡坡度陡峻，為崩塌的形成提供了必要的條件，統(tǒng)計此次調(diào)查的34處崩塌災(zāi)害坡度，主要集中在1∶0.4～1∶0.7，較大的坡度，增大了巖體的下滑力，相比緩坡而言，可以使其在較小的作用力影響下形成崩塌。②受地質(zhì)構(gòu)造活動影響，巖石構(gòu)造裂隙發(fā)育，表面破碎，為雨水的下滲提供了良好的通道，降低裂隙的摩擦系數(shù)，加速裂隙發(fā)展，切割巖體形成巖塊，使之在重力的作用下，脫離母巖，成為落石而形成崩塌。③巖體存在軟弱結(jié)構(gòu)面或結(jié)構(gòu)面的組合形式不利于坡體的穩(wěn)定，與此同時在雨水沖刷、陽光暴曬等外營力作用下，風(fēng)化進程加劇，使得被結(jié)構(gòu)面切割形成的巖塊最終在重力的作用下沿不利結(jié)構(gòu)面形成向坡面外滑動的落石。圖3為位于池河—高粱鋪區(qū)間K286+650處線路左側(cè)塹坡，巖性為變質(zhì)砂巖，從圖中可以看出，表部巖石植被覆蓋較少，巖體被兩組節(jié)理切割，存在多處探頭，部分巖塊松動。④軟硬巖互層，由于兩者的差異風(fēng)化造成硬質(zhì)巖石形成探頭，最終剪斷下部軟弱巖層發(fā)生錯斷式崩塌或在自身重力作用下沿軟弱巖層面產(chǎn)生滑移式崩塌。圖4為青羊驛—小寨區(qū)間K58+550處線路左側(cè)塹坡，巖石性質(zhì)為砂巖與片巖互層，由于砂巖抗風(fēng)化作用較強于片巖，差異風(fēng)化最終導(dǎo)致片巖形成空腔，上部的砂巖因失去支撐而穩(wěn)定性降低形成危巖探頭。⑤地震以及爆破采石所產(chǎn)生的震動使塹坡原有裂隙擴展甚至貫通，破碎巖塊受到擾動，大大增加了崩塌形成的概率，此外，列車行駛過程中的振動以及樹木的根劈作用也會對崩塌的形成產(chǎn)生一定的影響。

圖3 K286+650處巖質(zhì)崩塌

圖4 K58+550處巖質(zhì)崩塌

2.2 滑坡

調(diào)查范圍內(nèi)發(fā)現(xiàn)滑坡災(zāi)害2處，影響線路長度1 007 m，第一處為堆積層滑坡，位于洋縣—晏家壩區(qū)間K158+600～880線路左側(cè)路堤段(圖5)，滑體由施工棄土構(gòu)成，總厚度5 m左右，滑面為其下覆基巖頂面。該滑坡于2013年雨季發(fā)生滑動，滑動土體掩蓋了坡下的公路，滑坡側(cè)壁切割路堤，造成路堤邊坡失穩(wěn)，距離路基最近處3.5 m。2014年對該處進行了抗滑樁施工，工程完成后又一次發(fā)生滑動，好在抗滑樁抵住了滑坡對路堤的進一步破壞，目前該滑坡暫時處于滑帶固結(jié)階段，但有再次復(fù)活的可能，威脅路堤安全。第二處為巖質(zhì)滑坡，位于茶鎮(zhèn)—繒溪河區(qū)間K253+233～950的傍山隧道內(nèi)(新魚壩隧道)，隧道所經(jīng)地段巖性以綠泥石石英片巖為主，該處滑坡自從施工完成后就有向下運動的趨勢，雖進行多次整治，但山體的運動仍然導(dǎo)致襯砌出現(xiàn)多處開裂變形。

經(jīng)調(diào)查，導(dǎo)致上述滑坡形成的具體原因是：(1)堆積層滑坡，修筑公路的棄土堆積在鐵路左側(cè)的溝里，形成棄土堆積坡，土體松散，植被稀少，雨后土體浸水，重量增加，下滑力增大，最終導(dǎo)致滑體沿基巖面向下滑動；(2)巖質(zhì)滑坡，由于施工之前，勘察較為粗略，致使隧道坐落在古滑坡錯臺上。該段山體地質(zhì)斷裂構(gòu)造發(fā)育，2條逆沖斷層橫貫全區(qū)，規(guī)模較大，巖體節(jié)理裂隙發(fā)育，巖石風(fēng)化嚴重，與此同時降水滲入又會軟化綠泥石片巖，降低巖土體強度同時加速裂隙向深部發(fā)展；此外從圖6可以看出，隧道左側(cè)為漢江上游的石泉水庫，滑坡前緣常年受河水或庫水的下切與侵蝕作用影響，土體不斷流失，坡腳高度變高，導(dǎo)致坡體抗滑力下降，與此同時水庫水位經(jīng)常因截流閘門的控制而發(fā)生較大變化(水位差最高可達10 m[6])，庫水位的反復(fù)升降作用即改變了坡體所受的側(cè)壓力與浮托力，同時也導(dǎo)致滑面中的細小顆粒在這種過程中發(fā)生運移，降低了滑面的抗剪強度，從而導(dǎo)致坡體的整體穩(wěn)定性下降。

圖5 K158+600～K158+880處堆積層滑坡

圖6 K253+233～K253+950處巖質(zhì)滑坡

2.3 泥石流

調(diào)查范圍內(nèi)發(fā)現(xiàn)泥石流災(zāi)害1處，影響線路長度10 m，地點位于石泉縣站內(nèi)K267+927過水涵洞處，為溝谷型泥石流。溝內(nèi)植被覆蓋率中等，堆積物多為塊石、碎石土等第四紀松散坡積物，降雨時容易造成涵渠堵塞，2011年～2013年曾對涵洞及上游進行清理，并修建了3道攔石壩，位置如圖7所示，可抵擋一般規(guī)模的洪水對涵洞的威脅，但遇特大洪水時，仍存在泥石流越過攔石壩頂，堵塞涵洞，淤埋和沖毀鐵路的危險。

泥石流災(zāi)害形成的原因有：(1)溝谷兩側(cè)山坡較陡，嶺谷高差大，便于雨水匯集；(2)溝谷狹窄，溝道縱比降大，為泥石流的形成提高了優(yōu)越的勢能條件；(3)受區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造影響巖體裂隙發(fā)育，表層風(fēng)化嚴重，兩側(cè)的山體存在多處崩塌(圖7)，溝內(nèi)松散土層堆積，這些為泥石流的形成提供了豐富的物源基礎(chǔ)；(4)該縣降雨集中，且多為暴雨和連陰雨[7]，為泥石流的形成提供了激發(fā)水源；(5)除以上因素外，人為因素也會對泥石流的形成產(chǎn)生一定影響，例如修建公路不合理的切削山體造成的崩塌，溝內(nèi)開墾農(nóng)田破壞植被致使土層疏松等。

圖7 K267+927過水涵洞處泥石流溝

2.4 溜坍

本次調(diào)查范圍內(nèi)共發(fā)現(xiàn)溜坍災(zāi)害27處，影響線路長度1 464 m，此類災(zāi)害在陽安線分布廣泛，各個區(qū)間基本都有分布，類型分為塹坡溜坍和路堤溜坍，以塹坡溜坍為主。相比其他地質(zhì)災(zāi)害而言，溜坍對線路的威脅相對較小，但放任其發(fā)展，仍會對行車安全構(gòu)成嚴重威脅。例如塹坡溜坍往往導(dǎo)致坡體穩(wěn)定性降低，坍體在雨水作用下沿坡面滾落，堵塞側(cè)溝，掩埋行車路線；而路堤溜坍通常導(dǎo)致路肩缺失，軌枕外露，嚴重時甚至路堤坍塌，使軌道懸空[8]，危及行車安全。因此有必要對此類災(zāi)害予以重視。

調(diào)查結(jié)果表明，溜坍災(zāi)害形成的原因如下所述。(1)受區(qū)域構(gòu)造影響，坡面陡峭，風(fēng)化嚴重的巖質(zhì)邊坡，表層結(jié)構(gòu)松散，植被覆蓋率低，在雨水的沖刷侵蝕作用下，土體充分吸水，達到飽和狀態(tài)后，抗剪強度驟降，從而形成表層溜坍[8]。例如位于沙河坎—馬蹤灘區(qū)間K189+230～K189+240處線路左側(cè)溜坍(圖8)，便是由于花崗巖全風(fēng)化層雨季遭受地表水沖刷，飽水后自重增大，與此同時較陡的坡度以及凸形坡面又增加了坍體的下滑力，使其最終在重力作用下從坡體的肩中部與母體分離，并沿坡面下滑而形成的。(2)自然坡開墾農(nóng)田破壞了原有植被，造成坡體裸露，翻松土層造成土壤結(jié)構(gòu)破壞，強度降低，澆灌和降水在增大土體的自重同時也使得水壓力增大，排水能力下降，土體加速飽和，最終導(dǎo)致溜坍形成，例如位于響水—寧強區(qū)間K35+520～K35+577處線路左側(cè)溜坍(圖9)，便是由不合理的墾荒所引起的，從圖中可以看到，封閉網(wǎng)底部堆積大量溜坍產(chǎn)生的土體，致使防護網(wǎng)受壓變形，部分溜坍體進入側(cè)溝，目前裸露的自然坡表面仍存在發(fā)生溜坍的隱患。

圖8 K189+230～K189+240處溜坍

圖9 K35+520～K35+577處溜坍

除上述地質(zhì)災(zāi)害外，沿線還存在著一些工程地質(zhì)問題，主要是擋墻開裂變形、路基下沉、隧道襯砌開裂等，這些問題將在今后的研究工作中進一步探討。

3 防治對策

目前鐵路與公路地質(zhì)災(zāi)害防治本著“以防為主，避讓與防治相結(jié)合”的原則[9]，主要包括兩方面措施：一是避險繞行，即避開地質(zhì)災(zāi)害集中且頻發(fā)區(qū)段(目前陽安線復(fù)線就是采取此種措施，通過在漢江南岸修建短隧道，避開小寨至勉西區(qū)間的崩塌落石及河岸沖刷[8]);二是對致災(zāi)地質(zhì)作用的防治，即防止災(zāi)害發(fā)生、減少災(zāi)害損失[10]，針對不同的地質(zhì)災(zāi)害，采取不同的防治措施，針對本線路存在的地質(zhì)災(zāi)害，建議的主要治理措施列于表2。

除此之外，由于線路附近降雨集中，因此在雨季來臨時，特別是遇到暴雨或連續(xù)降雨時，應(yīng)進行雨中巡查，重點路段設(shè)置臨時看守，加強監(jiān)測，及早發(fā)現(xiàn)問題，及早治理，將災(zāi)害損失減到最低。

表2 地質(zhì)災(zāi)害的類型和防治措施

4 結(jié)語

通過對線路地質(zhì)災(zāi)害類型、分布以及成因等有關(guān)因素的調(diào)查與分析，提出防治對策并得出以下主要結(jié)論。①線路的地質(zhì)災(zāi)害類型主要包括崩塌、滑坡、泥石流以及溜坍4種，其中以崩塌落石最為發(fā)育，且對線路的影響最大，但滑坡、泥石流以及溜坍的危害同樣不可忽視。②災(zāi)害多發(fā)生在陡坡陡崖或地質(zhì)構(gòu)造活動強烈、植被覆蓋率低的高路塹段，分布范圍廣，治理難度較大。③復(fù)雜的地質(zhì)條件以及汛期降雨是誘發(fā)地質(zhì)災(zāi)害的主要原因，此外地震以及人類活動對線路的影響也同樣不可忽視。④施工之前詳細的工程地質(zhì)勘察對于規(guī)劃線路，避讓地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)地段，保證工程質(zhì)量與安全至關(guān)重要。⑤坡面防護以及合理的防排水設(shè)施可最大限度減輕甚至避免災(zāi)害的損失。⑥對于已發(fā)生的病害，應(yīng)及時采取措施進行整治，防止其繼續(xù)惡化。

致謝：感謝西安鐵路局漢中工務(wù)段以及安康工務(wù)段大力支持，感謝馬吉林老師以及北京遠方路基工程咨詢有限公司趙明剛等人的幫助。