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第21卷 第9期岩石力学与工程学报 21(9)：1408～14142002年9月 Chinese Journal of Rock Mechanics and Engineering Sept .，20022000年12月6日收到初稿，2001年4月3日收到修改稿。
作者 蒋忠信 简介：男，1941年生，1965年毕业于北京大学地貌学专业，现任教授级高级工程师，主要从事地质灾害与岩土工程方面的设计与 研究工作。
南昆铁路路基边坡工程技术研究蒋忠信 曾令录 李安洪(铁道部第二勘测设计院 成都 610031)摘要 南昆铁路路基地段长，工程难度大，在铁路建设中，路基边坡工程是主要的技术关键之一。
对此，开展了碎 裂膨胀岩路基边坡处理、破碎软岩路堑高边坡挡护和路堤高边坡新型支挡结构(锚拉式桩板墙，新型拉筋加筋土挡土墙)等项结合工程的科研试验，取得突出成果，为南昆铁路的顺利建成和安全运营提供了科学依据。
关键词 南昆铁路，路基边坡工程，膨胀岩路基，路堑高边坡，锚拉式桩板墙，新型拉筋加筋土挡土墙 分类号 U 213.1，U 213.1+3 文献标识码 A 文章编号 1000-6915(2002)09-1408-071 前 言南昆铁路，东起南宁，西至昆明，北接红果，全长900 km ，是具有20世纪90年代技术水平的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，路基地段长达632 km ，工程难度大，膨胀岩边坡处理、软岩高边坡和陡坡高路堤挡护是主要的技术问题之一[1]。
对此，结合铁路建设，选择代表性工点，对路基边坡工程技术进行了相应的试验研究，取得系列成果并在全线应用推广，解决了设计施工和运营防灾的关键问题，推动了铁路路基工程的技术进步。
2 南昆铁路路基边坡工程技术问题南昆铁路因其复杂的地形地质条件，路基边坡工程有以下3方面技术难题[2]。
南昆线隧道修建中坍塌变形与山体病害的关系及主要对策南昆铁路隧道修建中坍塌变形与山体病害的关系及主要对策张永强 (中国铁路工程总公司施工部北京100844)提要本文分析了南昆线隧道修建中的坍塌变形与山体病害互相作用的关系,以及产生坍塌变形的主要原因。
本文介绍了隧道施工的三个实例,并提出隧道防止坍塌和变形的措施,一方面,要从设计上增加防止山体滑动的工程措施,比如:抗滑桩、锚索桩等。
另一方面,施工过程中要减小开挖断面,缩短不稳定围岩的暴露时间,并及时加强支护,而且支护要及时闭合成环。
主题词隧道修建坍塌变形山体病害对策南昆铁路位于我国西南地区,全长898km,是我国90年代修建的一条山区铁路干线。
全线共有隧道250座,总延长189.6km,占线路总长的21%,因有些地段受选线的限制或勘测中未认识到线路会通过古老的山体病害,而造成有些隧道设置于病害体或其可能发展的范围之内,再加之施工操作不当,很容易产生隧道在修建中的坍塌变形以及山体病害的发展。
它对隧道建设影响极为严重,不仅影响施工进度,而且所需劳力、机械、材料都会增加,自然而然会使造价大幅度提高。
下面就南昆铁路修建过程中隧道坍塌变形同山体病害的关系及主要对策谈一些粗浅的看法。
1 隧道设置于病害体或其可能发展的范围内是不可避免的南昆铁路在选线定测阶段,在线路方案基本确定的区段,为了不降低线路技术标准,或因自然地形条件限制,不允许线路展线外移或内靠,以绕避不良地质地段,或选线和勘测设计过程中未发现线路即将通过的山体病害,或者隧道开挖不当而导致山体病害的发展,都会将隧道设置在病害体或其可能发展的范围内。
南昆线在选线设计中,对通过不良地质地段线路的方案,一般认为“隧道开挖时对坡体扰动小,所产生的临空面小,而若采用深路堑开挖对坡体扰动就会加大,往往产生坡体岩石松动,引起老病害的复活,因此,这些地段的线路,多宜采用隧道或明洞通过”。
所以说隧道设置于病害体是不可避免的。
西南山区地质灾害治理工程施工技术问题（中铁二院蒋忠信）1.滑坡与不稳定斜坡治理工程1.1 抗滑支挡工程类型主要抗滑支挡工程类型有抗滑挡土墙、抗滑桩、预应力锚索及复合结构锚索桩、桩板墙等。
一般地, 抗滑挡土墙用于推力较小的滑坡(经验为<300kN/m); 抗滑桩与预应力锚索用于推力较大的滑坡, 其中从经济性考虑抗滑桩宜用于滑体较薄者, 预应力锚索宜用于滑体较厚者; 锚索桩用于推力过大或桩过长的滑坡, 桩板墙用于桩间要回填土或桩间土不稳定的滑坡(边坡)。
应急抢险多釆用工效髙但费用也较髙的微型钢管桩。
如四川某机场在#12滑坡突滑后立即在滑坡后缘以外的土面区设3排钢管桩应急加固，短期内遏制了滑坡向其后场区的急剧牵引变形，维持了近一年的基本通航。
但因钢管桩以边坡潜在破裂面为滑面进行设计，桩长有限，不到一年就越过桩底重新滑移，仅起到临时应急抢险加固之作用。
1.2 抗滑桩1.2.1 一般抗滑桩结构抗滑桩结构据检算确定.据经验, 桩心间距一般采用4—8m，净间距2—4m。
嵌固段长度是桩全长的1/2(土层)—1/3(岩层), 锚拉桩为1/3—1/4。
人工开挖桩井的矩形桩比机械钻井的圆形桩要经济, 因此桩截面一般采用矩形。
矩形短边长要满足人工开挖作业要求,不小于1.0m。
桩身砼不低于C20, 常用C25; 锁口护壁砼不低于C15。
基岩中护壁要减薄, 中风化层中可取消。
配筋中要注意构造筋和箍筋的合理而不过多, 受力筋要纵向截筋和满足保护层厚度(≥6cm), 现两肢或三肢成束的受力筋有不利防腐之虑。
1.2.2 人工挖孔抗滑桩施工(1) 井囗仰坡支护坡面甚陡时, 开挖锁囗削坡可能使坡体坍塌, 必须先行支护坡面后再行开挖，或抬髙锁囗不开挖坡体。
如都江堰市湯家沟滑坡，抗滑桩设于髙陡山坡中，桩顶又低于坡面，下挖锁囗盘即导致后壁坡体开裂坍塌，后对后壁增用喷锚固坡后方恢复桩井施工。
要严格跳桩开挖，避免同时开挖扰动滑体，加剧变形。
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。
