簾式防護(hù)網(wǎng)在鐵路危巖邊坡整治中的應(yīng)用

趙 彪 彭 李 趙志剛

(1.中鐵二院重慶勘察設(shè)計(jì)研究院有限責(zé)任公司，重慶 400023； 2.四川奧思特邊坡防護(hù)工程有限公司，四川 成都 610041； 3.中鐵七局集團(tuán)有限公司，河南 鄭州 450016)

簾式防護(hù)網(wǎng)在鐵路危巖邊坡整治中的應(yīng)用

趙 彪1彭 李2趙志剛3

(1.中鐵二院重慶勘察設(shè)計(jì)研究院有限責(zé)任公司，重慶 400023； 2.四川奧思特邊坡防護(hù)工程有限公司，四川 成都 610041； 3.中鐵七局集團(tuán)有限公司，河南 鄭州 450016)

以川黔鐵路K161+650處危巖整治工程為例，通過對(duì)落石軌跡、彈跳高度、沖擊能量等進(jìn)行驗(yàn)算，分析了該邊坡的穩(wěn)定性，并提出了簾式柔性防護(hù)網(wǎng)整治措施，取得了良好的施工效果，保證了線路的安全。

鐵路，邊坡，簾式網(wǎng)，防護(hù)技術(shù)

0 引言

既有川黔鐵路珞璜至桐梓段全長(zhǎng)201.137 km，地處四川盆地向云貴高原的過渡地帶，線路從地山丘陵、黔北中山區(qū)向云貴高原區(qū)過渡。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查及工務(wù)部門提供的資料統(tǒng)計(jì)，珞璜至桐梓段嚴(yán)重威脅行車安全的危巖病害多達(dá)42處，近年來(lái)落石時(shí)有發(fā)生，據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，發(fā)生因落石導(dǎo)致的行車中斷事故4次，共計(jì)1 h 33 min。

為保證鐵路運(yùn)營(yíng)安全，近年來(lái)成都鐵路局加大了對(duì)危巖落石病害的重視程度，積極引進(jìn)新材料、新技術(shù)，根據(jù)輕重緩急分批有序地對(duì)沿線危巖進(jìn)行整治，已初見成效。

本文通過對(duì)川黔鐵路K161+636～K161+703段右側(cè)危巖整治，在多方案分析比選的基礎(chǔ)上，采用了簾式柔性防護(hù)網(wǎng)進(jìn)行治理，取得良好治理效果，保障了行車安全。

1 簾式網(wǎng)工作原理及特點(diǎn)[1]

1.1 工作原理

柔性防護(hù)系統(tǒng)是以鋼絲繩網(wǎng)、環(huán)形網(wǎng)或高強(qiáng)度鋼絲格柵為主的各類柔性網(wǎng)包裹在需防護(hù)的斜坡或危石上，通過柔性網(wǎng)的限制作用，將落石控制在一定范圍內(nèi)運(yùn)動(dòng)，從而消除落石危害的防護(hù)技術(shù)。圍護(hù)引導(dǎo)系統(tǒng)通常也被稱為綜合防護(hù)系統(tǒng)，因其形狀類似“窗簾”，簡(jiǎn)稱為簾式網(wǎng)，其中全部包裹在斜坡或危石上的，這種結(jié)構(gòu)形式的簾式網(wǎng)稱為“覆蓋式簾式網(wǎng)”。這種防護(hù)技術(shù)既能憑借系統(tǒng)自重給潛在崩塌滑落體提供一定的覆壓穩(wěn)定作用，部分地限制崩塌的發(fā)生，又能允許落石在系統(tǒng)與坡面構(gòu)成相對(duì)封閉的空間內(nèi)有一定限制地順坡滾落。由于防護(hù)網(wǎng)的阻滯作用，落石運(yùn)動(dòng)速度被降低到很小，在下落過程中也不會(huì)再發(fā)生彈跳，所以落石運(yùn)動(dòng)被限制成順坡向下的滑動(dòng)、滾落，其運(yùn)動(dòng)過程的速度和能量都會(huì)很小，最終會(huì)在落臺(tái)、坡腳或其他具備堆石條件的地方靜止、堆積下來(lái)，從而避免了危害。其目的不是阻止崩塌的發(fā)生，而是控制崩塌發(fā)生的過程，使其不造成危害，對(duì)落石頻發(fā)的高陡邊坡來(lái)說是一種非常經(jīng)濟(jì)、有效的防護(hù)方法，因?yàn)槠浼饶鼙苊獠糠譃?zāi)害發(fā)生，又能避免災(zāi)害變成危害。

1.2 簾式網(wǎng)特點(diǎn)

簾式網(wǎng)運(yùn)用落石“引導(dǎo)”的設(shè)計(jì)理念，采用摩擦方式逐漸衰耗落石動(dòng)能，與運(yùn)用“固定”理念的主動(dòng)網(wǎng)和“攔截”理念的被動(dòng)網(wǎng)相比，具有以下特點(diǎn):

1)性能優(yōu)越:與被動(dòng)網(wǎng)相比簾式網(wǎng)防護(hù)能級(jí)更高，與主動(dòng)防護(hù)網(wǎng)相比，可以有效避免二次危害;

2)適用性好:不僅可以安裝在坡度平緩的坡體表面，還可以在直立陡崖上安裝;

3)安裝簡(jiǎn)便:簾式網(wǎng)主要通過引導(dǎo)落石至設(shè)定位置而防治災(zāi)害，不需要安裝大量錨桿來(lái)穩(wěn)固邊坡，與主動(dòng)網(wǎng)相比安裝更簡(jiǎn)易;

4)維護(hù)方便:簾式網(wǎng)下部“窗簾”結(jié)構(gòu)對(duì)落石的導(dǎo)向性很強(qiáng)，可使落石落在設(shè)定的收集位置即落石收集區(qū)，因而容易除去落下的落石，與主、被動(dòng)防護(hù)網(wǎng)相比，后期維護(hù)管理更為方便。

2 工程實(shí)例

川黔鐵路K161+636～K161+703段位于貴州桐梓縣新站鎮(zhèn)小水鄉(xiāng)合理村。位于既有龍腦山棚洞進(jìn)口，洞頂及邊坡為灰?guī)r，受構(gòu)造、風(fēng)化及卸荷作用影響，山體基巖中存在共軛節(jié)理，形成較多灰?guī)r危巖，常有零星塊石滾落至鐵路附近，危及行車安全。

邊坡巖層主要為中厚層狀灰?guī)r，巖層傾向與坡向相反屬于逆層邊坡，邊坡與鐵路線高差為125 m左右，寬度約30 m，邊坡坡度陡，局部近直立，見圖1。

邊坡中上部巖體裸露，植被稀疏，坡表巖質(zhì)堅(jiān)硬，巖體內(nèi)部節(jié)理裂隙極其發(fā)育，其中主要發(fā)育有兩組共軛節(jié)理，這兩組節(jié)理產(chǎn)狀相互交叉導(dǎo)致淺表層巖體形成多個(gè)楔形體，見圖2。邊坡下部植被茂盛多為林木，坡度中緩，邊坡坡角從30°～20°逐漸減小。在距離鐵路線高差為60 m～92 m的范圍內(nèi)形成有一塊大型危巖體，見圖3。危巖體寬約7 m，高約15 m，厚度約為3 m，危巖體左側(cè)裂縫寬度為0.3 m～0.6 m，右側(cè)裂縫寬度為2 cm～3 cm左右，裂縫自坡頂向下延伸長(zhǎng)度約20 m。

可以看出：該危巖體所在坡面坡度陡，位置高，危害大，整治加固難度大，但整治勢(shì)在必行。

3 穩(wěn)定分析

三維激光掃描。為確保方案的準(zhǔn)確性，采用三維激光掃描儀對(duì)該處邊坡進(jìn)行了三維激光掃描[2]，以獲取邊坡的三維模型，采用Rockfall落石分析軟件分析坡面的落石情況，包括落石的彈跳高度、運(yùn)動(dòng)速度和沖擊能量等進(jìn)行模擬分析，結(jié)合邊坡現(xiàn)實(shí)情況，提出邊坡防護(hù)治理方案建議。

通過三維激光掃描軟件及后處理的邊坡三維模型，截取一個(gè)最大危巖體的斷面(見圖4)，用于落石的模擬計(jì)算。

落石計(jì)算輸入條件：由于單塊危巖過大，只能考慮對(duì)其加固，以5 t重質(zhì)量進(jìn)行落石分析模擬。落石在斜面頂部的下落：水平初速度為0 m/s，豎向初速度為0 m/s。計(jì)算落石半徑：0.78 m。體積：2 m3。落石密度：2 500 kg/m3。跌落統(tǒng)計(jì)次數(shù)為500次。落石運(yùn)動(dòng)軌跡、落石彈跳高度曲線、落石沖擊能量曲線、落石平移速度曲線、落石落點(diǎn)統(tǒng)計(jì)柱狀圖分別如圖5～圖9所示。

通過落石分析軟件計(jì)算結(jié)果可知，落石在邊坡頂部發(fā)生滾落運(yùn)動(dòng)中產(chǎn)生的最大彈跳高度為15 m～70 m，最大沖擊能量約為4 400 kJ，落石最大沖擊速度約為42 m/s，落石落點(diǎn)位于橫坐標(biāo)52 m范圍內(nèi)。由圖9可知，落石已經(jīng)侵犯了鐵路所在的區(qū)域，有必要對(duì)該處山體進(jìn)行落石防護(hù)。

4 治理方案比選

結(jié)合上述分析，并考慮現(xiàn)場(chǎng)情況,初步擬定三種方案[3-6]：方案一采用落石攔截技術(shù)，方案二采用斜坡穩(wěn)定技術(shù)，方案三采用落石引導(dǎo)系統(tǒng)。

方案一:落石攔截技術(shù)有傳統(tǒng)的擋石墻和柔性被動(dòng)網(wǎng)等防護(hù)措施。擋石墻存在的問題為:

1)沿線山體陡峭，攔石墻沒有施工空間;

2)攔石墻背后無(wú)落石坑，不能起到攔截作用；

3)落石落下后彈跳高度大，易從上方飛過，安全性差。而被動(dòng)網(wǎng)防護(hù)依據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況，無(wú)足夠的安裝空間，且邊坡近于直立，落石易從上方飛過，既沒有安裝場(chǎng)地，亦無(wú)法提供減緩落石沖擊的作用。

方案二:主動(dòng)柔性防護(hù)網(wǎng)+錨桿加固。

1)由于坡面高約百米，坡面近直立，錨桿施工需搭設(shè)約90 m高腳手架，腳手架搭設(shè)難度大，空間有限，腳手架自穩(wěn)性能差，對(duì)作業(yè)人員安全構(gòu)成極大威脅；

2)巖體危害程度較為嚴(yán)重，采用主動(dòng)網(wǎng)施工需間隔4 m～5 m施鉆錨桿，數(shù)量多，對(duì)坡面擾動(dòng)大，安全風(fēng)險(xiǎn)極高；

3)主動(dòng)網(wǎng)安裝在高陡邊坡上，日積月累容易出現(xiàn)“鼓肚子”現(xiàn)象，可能會(huì)造成二次危害。

方案三:局部危巖加固+落石引導(dǎo)系統(tǒng)(即簾式網(wǎng)防護(hù)技術(shù))，通過局部危巖加固提高其穩(wěn)定性，同時(shí)通過柔性網(wǎng)的限制作用，將落石控制在一定范圍內(nèi)運(yùn)動(dòng)，即使落石發(fā)生，也會(huì)沿邊坡滑落到防護(hù)網(wǎng)底部的落石收集區(qū)，從而消除落石危害。簾式網(wǎng)對(duì)工程場(chǎng)地空間沒有要求，對(duì)坡度陡立邊坡比較適用，能滿足該處邊坡落石防護(hù)的需求。

5 簾式網(wǎng)防護(hù)技術(shù)

覆蓋式簾式網(wǎng)采用能級(jí)為5 000 kJ的LF-500型覆蓋式簾式網(wǎng)，防護(hù)寬度約35 m，防護(hù)高度約120 m,防護(hù)面積約4 200 m2；危巖加固長(zhǎng)7 m，防護(hù)高度15 m，防護(hù)面積約105 m2。其中，覆蓋式簾式網(wǎng)采用環(huán)形網(wǎng)和雙絞六邊形網(wǎng)的雙層配置，所用環(huán)形網(wǎng)必須滿足靜態(tài)試驗(yàn)極限頂破力不小于60 kN，中性煙霧試驗(yàn)時(shí)間不得低于600 h。雙絞六邊形網(wǎng)必須滿足頂破力不小于33 kN。

危巖加固方面，采用鋼絲繩配合環(huán)形網(wǎng)的方式對(duì)危巖體進(jìn)行攔截加固，該方式可將受力模式由線受力形式轉(zhuǎn)換成面受力，同時(shí)可確保在危巖體未形成較大能量的危害體前有效將其穩(wěn)固于坡面，使其破壞后能夠沿坡表向下運(yùn)動(dòng)。

5.1 錨固點(diǎn)基礎(chǔ)選擇

危巖體重量約1 750 t，高15 m左右，寬約7 m，邊坡坡度直立，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)勘察危巖體可能會(huì)以傾倒的形式失穩(wěn)破壞，主要考慮在暴雨條件和地震條件下發(fā)生傾倒破壞。

1)危巖體施加穩(wěn)固力。出于保守設(shè)計(jì)，且不考慮巖體與基巖間的粘結(jié)力即假設(shè)裂隙面完全貫通；依據(jù)規(guī)范條文[4，6]，假定危巖體可能會(huì)以傾倒的形式失穩(wěn)，并考慮暴雨和地震兩種工況對(duì)危巖體所需穩(wěn)固力進(jìn)行分析。

暴雨工況條件下，假設(shè)強(qiáng)暴雨下裂隙面內(nèi)充水水柱高度為裂隙面高度的一半；地震工況條件下，按鐵路抗震設(shè)計(jì)規(guī)范該區(qū)域抗震設(shè)防基本烈度為7度，確定的水平地震影響系數(shù)為a1=0.2。分別計(jì)算兩種工況下危巖體所需穩(wěn)固力，分別為1 969 kN和3 500 kN，危巖體的最不利工況為地震工況，本工點(diǎn)設(shè)計(jì)計(jì)算按地震工況進(jìn)行。

2)依據(jù)規(guī)范要求[4，6]，危巖體穩(wěn)定系數(shù)取1.35，則危巖體穩(wěn)固力設(shè)計(jì)值為4 725 kN。

3)錨固點(diǎn)錨固力取值。該危巖體共設(shè)16個(gè)錨固點(diǎn)進(jìn)行錨固，假定每個(gè)錨固點(diǎn)錨固力按均勻受力設(shè)計(jì)，則單個(gè)錨點(diǎn)需提供穩(wěn)固力296 kN。

4)錨固點(diǎn)設(shè)計(jì)。依據(jù)規(guī)范條文[4，6]，錨固點(diǎn)設(shè)計(jì)需進(jìn)行錨桿破斷拉力、鋼絲繩錨桿錨固長(zhǎng)度和錨固點(diǎn)抗拔力驗(yàn)算。依托工點(diǎn)邊坡為巖質(zhì)邊坡，巖體為較堅(jiān)硬的灰?guī)r。經(jīng)過驗(yàn)算分析采用以下錨固點(diǎn)設(shè)計(jì)參數(shù)可滿足加固要求：錨桿鉆孔孔徑不小于50 mm，注漿體采用不低于M30的水泥砂漿，巖體與水泥漿間的粘結(jié)強(qiáng)度取600 kPa，錨桿采用鋼絲繩錨桿，鋼絲繩抗拉安全系數(shù)取1.2；錨桿與錨固體間粘結(jié)強(qiáng)度取2.9 MPa，錨固體抗拉拔安全系數(shù)取1.2。錨固點(diǎn)位置距離危巖體區(qū)域邊界不少于1.5 m。主動(dòng)網(wǎng)+錨桿加固方式見圖10。

5.2 鋼絲繩的選擇及布置

本工程依托錨固點(diǎn)16個(gè)，使用8股鋼絲繩，選用單股2φ22的鋼絲繩連接在錨固點(diǎn)上(φ22鋼絲繩破斷力為370 kN)，設(shè)置8股每股2根 共16根鋼絲繩可以滿足單股鋼絲繩極限破斷力的設(shè)計(jì)要求。同時(shí)考慮到危巖體高約15 m，寬約7 m，鋼絲繩采用橫向布置，布置間距約1.5 m，兩端固定于錨固點(diǎn)上。

5.3 環(huán)形網(wǎng)選擇

鋼絲繩間采用R13/3.0/300的纏繞型環(huán)形網(wǎng)，主要用于使鋼絲繩線受力形式變成環(huán)形網(wǎng)面受力，環(huán)形網(wǎng)極限頂破力不小于340 kN。

5.4 防護(hù)治理布置

危巖體穩(wěn)固區(qū)域采用環(huán)形網(wǎng)覆蓋和鋼絲繩穩(wěn)固處理，防護(hù)寬度約7 m，防護(hù)高度約15 m；覆蓋環(huán)形網(wǎng)采用R13/3.0/300，極限頂破力不小于340 kN；穩(wěn)定加固鋼絲繩采用φ22，2根為一股共采用8股，布置間距約1.5 m；錨固點(diǎn)錨孔孔徑不小于50 mm，錨固體采用強(qiáng)度不小于M30的水泥砂漿，錨桿采用2φ18的鋼絲繩錨桿，錨桿長(zhǎng)4 m。危巖體加固區(qū)域共設(shè)錨固點(diǎn)16個(gè)，錨固點(diǎn)到危巖體邊界距離不小于1.5 m，且錨固點(diǎn)設(shè)置于穩(wěn)定地層中；危巖區(qū)域上部和下部各設(shè)置3個(gè)錨固點(diǎn)，共設(shè)6個(gè)錨點(diǎn)用于張緊環(huán)形網(wǎng)對(duì)危巖施加反壓力，錨點(diǎn)距離危巖體邊界距離不小于1 m，且錨固點(diǎn)設(shè)置于穩(wěn)定地層中，見圖11。

6 結(jié)語(yǔ)

1)覆蓋型簾式防護(hù)網(wǎng)是一種新型柔性邊坡防護(hù)產(chǎn)品，與傳統(tǒng)主動(dòng)防護(hù)網(wǎng)相比較，覆蓋型簾式防護(hù)網(wǎng)大大降低了二次落石危害。

2)在相同防護(hù)效果下，覆蓋型簾式防護(hù)網(wǎng)減少了錨桿的使用，降低了對(duì)原有坡面或防護(hù)體系的破壞，同時(shí)也降低了工程造價(jià)，縮短了工期。

3)依據(jù)本設(shè)計(jì)方案，長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)表明依托工點(diǎn)高邊坡危巖病害得到了有效治理；覆蓋型簾式防護(hù)網(wǎng)作為一種新型處治措施，值得在類似工程中推廣應(yīng)用。

[1] 艾樹波，焦海峰，呂漢川.簾式網(wǎng)在門頭溝靈山路邊坡落石防護(hù)工程中的應(yīng)用[J].路基工程,2015(6):168-172.

[2] 董秀軍，黃潤(rùn)秋．三維激光掃描技術(shù)在高陡邊坡地質(zhì)調(diào)查中的應(yīng)用[J].巖石力學(xué)與工程學(xué)報(bào)，2006，25(S2):3629-3635．

[3] 李 念.SNS邊坡柔性安全防護(hù)系統(tǒng)工程應(yīng)用[M]．成都:西南交通大學(xué)出版社，2009．

[4] TB/T 3089—2004，鐵路沿線斜坡柔性安全防護(hù)網(wǎng)[S]．

[5] 周迎慶，陽(yáng)友奎．滑坡文集[M]．北京:中國(guó)鐵道出版社，2000．

[6] JT/T 528—2004，公路邊坡柔性防護(hù)系統(tǒng)構(gòu)件[S]．

Application of curtain protective net in the renovation of the railway rock slope

Zhao Biao1Peng Li2Zhao Zhigang3

(1.ChinaRailwayEryuanChongqingSurveyandDesignInstituteCo.,Ltd,Chongqing400023,China; 2.SichuanOSTSlopeProtectionEngineeringCompanyLtd,Chengdu610041,China； 3.ChinaRailwaySeventhGroupCo.,Ltd,Zhengzhou450016,China)

Taking the hazardous rock project at K161+650 section along Sichuan-Guiyang railway, the paper undertakes the calculation over the rockfall trajectory, maximum vertical jump, and energy impact, analyzes the stability of the slope, and points out the measures to achieve better effect and ensure the railway safety.

railway, slope, curtain protective net, protection technique

1009-6825(2017)02-0069-04

2016-11-02

趙 彪(1981- )，男，碩士，工程師

U216.415

A