鐵路隧道高陡邊坡危巖落石整治方案

李斌強(qiáng)

中鐵十二局集團(tuán)第二工程有限公司，中國·山西 太原 310032

1 引言

危巖落石是影響鐵路運(yùn)營安全的重要因素，在長期的風(fēng)化、剝蝕和重力作用下，落石經(jīng)剝落、滾動、彈跳[1]等方式以較大的動能沖擊下部既有鐵路建（構(gòu)）筑物，影響運(yùn)營安全。因此在設(shè)計及施工過程中，要結(jié)構(gòu)區(qū)域地形、地貌和水文、地質(zhì)情況，深入調(diào)查高陡邊坡危巖落石分布。研判對鐵路線路的結(jié)構(gòu)和運(yùn)營安全，務(wù)必在開通運(yùn)營前處理到位，結(jié)合物理網(wǎng)技術(shù)，還需對危巖落石區(qū)進(jìn)行自動監(jiān)測，并將監(jiān)測數(shù)據(jù)實時傳輸至運(yùn)營單位管理平臺。

2 現(xiàn)場調(diào)查和地質(zhì)分析

危巖落石區(qū)位于中國云貴高原中山河谷地貌區(qū)隧道進(jìn)口上方，設(shè)計明暗分界里程D5K333+246，洞口里程D5K333+241，洞口與一座2×72T 構(gòu)橋（主墩48m）相接，該橋2#臺位于隧道明洞內(nèi)。

2.1 地形、地貌

如圖1所示，工程所在地屬中國云貴高原低中山侵蝕地貌，地形連綿起伏，陡峻，溝壑縱橫，本段危巖落石區(qū)位于剝蝕中國中山河谷地貌區(qū)下河兩岸，河谷深切，谷底至山頂高差390 ～400m，分兩級臺階，一級臺階高約150m，岸坡較為順直，自相然坡度40 ～50°，局部為陡坎，坡面植被較好，以灌木為主；二級臺階高約100～150m，為三疊系茅草鋪組灰?guī)r形成的陡崖，自然坡度近似直立，基巖裸露，僅節(jié)理裂隙充填土層中有個別灌木生長，陡崖上崩塌、危巖落石發(fā)育，對工程影響大。一、二級臺階之間有一寬緩平臺，寬度100 ～200m，前緣自然坡度10 ～20°，后緣（二級臺階底部）較陡，20～40°左右，主要為灰?guī)r陡崖后退后形成的，平臺上有灰?guī)r小型巖堆，落石分布，主要堆積在后緣，較大規(guī)模的崩塌、滑坡物質(zhì)可越過前緣直達(dá)河底。由于河床狹窄，流量大（852m3），河床縱坡大，流速快，落物質(zhì)被河水迅速帶走，難以在河床內(nèi)堆積。主要影響隧道進(jìn)口及2×72T 構(gòu)橋大里程端范圍。

圖1 中國云貴高原危巖落石段落地形地貌

2.2 工程地質(zhì)情況

該危巖落石屬上方陡崖+下方斜坡型，陡崖為斷層形成，崖面節(jié)理裂隙發(fā)育，局部形成了倒懸體，下方斜坡自然坡度40 ～50°，坡面堆積體以落石為主，分危巖區(qū)和落石區(qū)。

危巖區(qū)分布于D5K333+430 ～+545 左側(cè)120m 至220m之間，對工程影響范圍為D5K333+106 ～+356，主要為T1m（茅草鋪組）弱風(fēng)化灰?guī)r，中厚層夾薄層狀，直立陡崖高度約為100～120m，陡崖頂部最高距線路路肩面高程約為310m，陡崖基巖裸露，巖溶發(fā)育，陡崖面上可見溶洞及長大溶隙等。巖體層理產(chǎn)狀為N65°～70°E/∠10°～14°SW；代表性節(jié)理為：S-N ～N20°E/∠90°（卸荷、構(gòu)造裂隙）、N80°W ～E-W/∠90°（長大陡傾角裂隙），其余為溶蝕裂隙，危巖體類型主要以倒懸式、傾倒式、砌塊式為主。經(jīng)實測及估算危巖體總體積約為980m3，陡崖上危巖單體最大體積約30m3。

落石區(qū)主要分布在D5K333+200 ～D5K333+600 斜坡坡面至溝底。斜坡頂?shù)膶捑徠陆嵌? ～30°，相對高差約5 ～80m，植被全覆蓋。上覆土層一般厚0 ～2m，下伏基巖主要為（T1f）泥質(zhì)砂巖夾砂質(zhì)泥巖。坡面分布灰?guī)r、泥質(zhì)砂巖孤石，體積一般在1 ～4m3 之間，經(jīng)實測及估算，坡面落石總體積約300m3。

尤其要說明的是在里程D5K333+370 ～D4K333+490 段線路左側(cè)50m 到右側(cè)40m 范圍內(nèi)為巖堆體，該巖堆體堆積碎、塊石土層厚約5 ～8m，成分主要為陡崖上方及陡坡上崩塌堆積的灰?guī)r、泥質(zhì)砂巖碎石、塊石。上方陡崖崩塌的形成主要由兩組灰?guī)r裂隙E-W/90°、S-N/90°相互切割所致。

2.3 水文地質(zhì)情況

本段危巖落石區(qū)地下水不發(fā)育，地表水貧乏，地表水僅在大暴雨后有徑流，雨后數(shù)日則變干，坡面未見地下水，這與坡面極陡，地下水坡降大有關(guān)。參考隧區(qū)水質(zhì)類型，地表水對混凝土結(jié)構(gòu)具侵蝕性，環(huán)境作用等級為H1 級。

3 危巖落石整治方案

對地質(zhì)判識影響范圍內(nèi)的倒懸體或可能發(fā)生小掉塊區(qū)域的崖面設(shè)簾式網(wǎng)[2]，簾式網(wǎng)出口處設(shè)置攔石墻，攔石墻頂部設(shè)剛性防護(hù)網(wǎng)，攔石墻下部適當(dāng)位置設(shè)置一道被動防護(hù)網(wǎng)，攔石墻設(shè)置呈斜向，宜具備對落石導(dǎo)向分流作用；不擾動崖頂危石，崖頂裂隙采用混凝土充填密實。主要為工程措施有崖頂加固及清危（孤）石工程、陡崖簾式網(wǎng)防護(hù)工程、陡崖底危巖落石防護(hù)工程、洞口接長明洞、工后物聯(lián)網(wǎng)自動化監(jiān)測系統(tǒng)等，代表性斷面工程措施布置情況如圖2所示：

圖2 代表性斷面工程措施布置示意圖

3.1 危石區(qū)坡面處理

清除崖頂30m 范圍內(nèi)植被后采用C20 混凝土對根部裂縫進(jìn)行封閉，防止雨水沿節(jié)理下滲。在陡崖面自上而下設(shè)置簾式防護(hù)網(wǎng)，采用A、B 兩排支柱支撐，形成一作業(yè)空間，支柱沿橫向間距為5m，高度為3m，支柱基礎(chǔ)在基巖里埋深不小于1.5m，每排支柱頂部采用鋼繩相連接，并將簾式防護(hù)網(wǎng)連接于支柱上，簾式防護(hù)網(wǎng)上部錨于崖頂外穩(wěn)定基巖上。主網(wǎng)采用50×60mm 網(wǎng)孔尺寸，主網(wǎng)外設(shè)置縱、橫向鋼繩，鋼繩縱向間距2m，橫向間距5m，兩端錨于原地面穩(wěn)定基巖上。

施工順序為：坡頂施工準(zhǔn)備—放線—AB 支柱錨桿及基礎(chǔ)施工-支柱施工-安裝支撐繩及縱向主拉繩-鋪掛金屬網(wǎng)片及縫合-安裝縱向次拉繩-安裝橫向拉繩，受施工條件影響，主要采用蜘蛛人現(xiàn)場作業(yè)，于崖頂中部最佳位置安裝塔吊配合施工。

3.2 落石區(qū)樁板結(jié)構(gòu)支擋防護(hù)

于K0+150 ～K0+294 段落石區(qū)斜坡上布置樁板墻，共設(shè)25 根錨固樁，樁截面1.5m×2m，樁間距（中—中）均為6m，樁長14m，樁短邊沿陡崖布置，樁身采用C35 混凝土灌注。樁間后置擋土板，掛板高度4.5 ～6m，板均采用C35 鋼筋混凝土現(xiàn)澆，樁與板采用Φ25鋼筋進(jìn)行連接。樁頂設(shè)剛性防護(hù)網(wǎng)，樁板墻后設(shè)置落石槽，回填坡率1:0.75，底寬不小于1.5m。

崖底落石區(qū)僅人行通道，現(xiàn)場作業(yè)機(jī)具材料、土方外運(yùn)、模板工程、混凝土澆筑等均需利用崖頂塔吊進(jìn)行水平和垂直運(yùn)輸，須由專職安全人員現(xiàn)場指揮。

3.3 接長明洞及被動防護(hù)網(wǎng)攔截

為防止樁板墻以下坡面落石，接長隧道明洞[3]9m 至D5K333+232 處，將洞頂10m 范圍內(nèi)陡坡削坡減載，并于坡頂與樁板墻間增設(shè)3道被動防護(hù)網(wǎng)[4]，分級攔截坡面危巖落石，避免影響正線運(yùn)營安全。

接長明洞待隧道貫通以及T 構(gòu)橋邊跨合龍后組織施工，施工中要充分調(diào)查、科學(xué)安排、精心組織，嚴(yán)禁坡面減載與坡下結(jié)構(gòu)交叉施工，確保安全。

3.4 物聯(lián)網(wǎng)自動監(jiān)測和防護(hù)柵欄封閉

如圖3所示，在危巖落石區(qū)沿坡面布置裂縫計并采用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)實時上傳至運(yùn)營單位管理平臺，該系統(tǒng)設(shè)備精度及功能應(yīng)滿足相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)。于崖頂簾式網(wǎng)范圍采用剛性防護(hù)柵欄封閉管理，為避免人為破壞，方便運(yùn)營及管理單位檢修。

圖3 危巖落石整治后照片

4 結(jié)語

在中國西南地區(qū)高速鐵路選線過程中隧道工程很難繞避所有不良地質(zhì)，為確保工程結(jié)構(gòu)和后期運(yùn)營安全，必須對隧道洞頂坡面危巖落石進(jìn)行處理，尤其高陡邊坡，危巖落石安全隱患更大，加之施工場地有限、施工條件困難等原因，建議在類似工程勘察階段采用無人機(jī)對坡面成像分析，為結(jié)構(gòu)設(shè)計提供準(zhǔn)確數(shù)據(jù)，設(shè)計階段結(jié)合結(jié)構(gòu)設(shè)防要求，對整治方案進(jìn)行充分研究，做到設(shè)計方案一步到位。施工前要進(jìn)行充分的現(xiàn)場調(diào)查，制定科學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)氖┕し桨?，充分發(fā)揮現(xiàn)代機(jī)械裝備優(yōu)勢，減小人工作業(yè)強(qiáng)度，降低安全風(fēng)險。同時，建立運(yùn)營期間全天候防侵入系統(tǒng)，利用自動監(jiān)測元器件及物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，對整條線路風(fēng)險點(diǎn)進(jìn)行監(jiān)測，建立異常情況預(yù)警系統(tǒng)[5]，為高速鐵路運(yùn)營安全提供保障。