高速鐵路危巖落石加固防護設計綜述

曾小波 陳利容

(1.中鐵二院工程集團有限責任公司，四川 成都 610031； 2.中建基礎設施勘察設計建設集團有限公司，四川 成都 610031)

1 概述

近十年來，中國高鐵飛速發(fā)展，現(xiàn)已建成"四縱四橫"的龐大高鐵網(wǎng)絡，而"八縱八橫"的雄偉藍圖也正在描繪當中。統(tǒng)計數(shù)據(jù)表明，截至2018年年底，中國已開通高鐵2.9萬km，占世界高鐵總量的2/3，成為世界上高鐵里程最長、運輸密度最高、成網(wǎng)運營場景最復雜的國家。

由于高鐵運行速度快，缺乏智能化預警系統(tǒng)，稍有不慎，如遇危巖落石上道，將會嚴重危及行車和生命安全，造成不可挽回的損失。因此，危巖落石加固防護是高鐵建設中一個重要環(huán)節(jié)，必須嚴防危巖落石風險，確保高鐵運營安全。

2 危巖落石的存在形態(tài)(類型)

危巖是指陡峭的巖石邊坡上，巖體內(nèi)部受到多組結(jié)構面的切割，存在一些搖搖欲墜的巖塊。在某些因素影響下危巖將墜落下來，其規(guī)模大者稱為崩塌，僅個別巖塊崩落稱為落石[1]。落石病害多見于覆蓋層薄、植被甚少、巖體大部分裸露、褶曲斷裂和風化較為嚴重的陡坡地段。

根據(jù)現(xiàn)場危巖落石進行分析，危巖落石存在形態(tài)主要有：

1)零星山體裸露巖石：在自然坡面上，存在個別零星巖石矗立在邊坡上，如圖1所示；

2)破碎坡面：硬質(zhì)巖邊坡的節(jié)理、裂隙發(fā)育，形成破碎的坡體碎塊，如圖2所示；

3)陡峭巖體：多依附于體積較大的母巖上，由于受結(jié)構面切割，整體性差，易發(fā)生崩塌、落石現(xiàn)象，如圖3所示；

4)倒懸?guī)r體：在外力作用下陡峭巖體基礎部分被掏空，形成倒懸的巖體，如圖4所示。在重力和其他外力作用下，以上幾種情況都容易發(fā)生落石現(xiàn)象，危及鐵路行車安全。

3 危巖落石加固防護設計

危巖落石加固防護設計應分階段、有針對性地進行動態(tài)設計，可分為三個階段：

1)勘測選線階段；

2)調(diào)查設計研究階段；

3)現(xiàn)場施工及動態(tài)設計。各階段均應高度重視，爭取做到有問題早發(fā)現(xiàn)、早解決，為高鐵建設爭取寶貴時間，同時可避免前期不重視，后期補救增加額外的工程措施費，產(chǎn)生不必要的浪費。

3.1 勘測選線階段

勘測選線階段，應高度重視危巖落石對選線的影響，可通過調(diào)查、了解附近既有線危巖落石的情況，區(qū)域地貌、地質(zhì)特點或通過無人機航拍，收集沿線危巖落石的影像、相片等相關資料，了解線路經(jīng)過區(qū)域危巖落石分布、規(guī)模，選線時應盡量繞避大型危巖，危巖落石密集區(qū)或巖堆等危險區(qū)域，必要時進行線路方案綜合比選，確定最優(yōu)方案。

3.2 調(diào)查設計研究階段

線路方案確定后，針對難以繞避的小型、零星危巖落石，開展設計前應對危巖落石進行現(xiàn)場詳細調(diào)查，確定其分布范圍、規(guī)模、體積大小，對危巖落石存在形態(tài)進行分類，并做好相應的標注、記錄，分析危巖落石可能對鐵路產(chǎn)生的危害，以便有針對性的進行設計及方案比選。必要時應對體積大、危害大的危巖落石進行專項風險評估。

3.2.1 通過危巖落石區(qū)的線路工程方案

通過現(xiàn)場調(diào)查，在詳細了解危巖落石具體分布、規(guī)模和存在形態(tài)等基礎上，通過綜合比選確定危巖落石區(qū)的線路工程方案。對危巖落石進行加固防護后，落石能得到有效控制的段落，原則上可采用路基形式通過；對危巖落石進行加固防護后，仍有可能存在落石風險，但可通過設置明洞、棚洞等措施消除風險，此類情況，可采用隧道(明洞或棚洞)形式通過；對風險性較高的危巖落石，難以通過加固防護解決時，原則上對危巖落石進行清除處理，結(jié)合加固防護的方案，或者進行清除方案與線路繞避方案的綜合比較，根據(jù)結(jié)果確定最佳方案。

3.2.2 危巖落石的輔助設計

危巖落石加固防護可借助計算機進行輔助設計，采用數(shù)值仿真分析，模擬危巖落石可能經(jīng)過的區(qū)域、運動方式和軌跡，以便確定合理攔截位置和高度，防護能級和防護措施，有針對性地對危巖落石進行加固防護設計。

3.2.3 危巖落石的防護設計

危巖落石加固防護分為主動防護和被動防護，其中主動防護措施主要有清除、支頂、錨桿(索)錨固、主動防護網(wǎng)、嵌補封填等，被動防護措施主要有被動防護網(wǎng)、簾式網(wǎng)等柔性防護、攔石墻、落石槽、明洞、棚洞等。危巖落石防護設計可根據(jù)危巖落石具體情況，采用主動防護、被動防護或主被動防護相結(jié)合的防護形式。

結(jié)合以往工程實踐經(jīng)驗，根據(jù)危巖落石的具體存在形態(tài)，危巖落石可采用以下措施進行加固防護。

1)零星山體裸露巖石的加固防護，應根據(jù)裸露巖石的穩(wěn)定性及破碎程度而定，對穩(wěn)定性好、較完整的巖石，可采取原位支頂、嵌補，結(jié)合主動防護網(wǎng)、攔石墻等進行加固防護；對節(jié)理裂隙發(fā)育、穩(wěn)定性差的坡面孤石，原則上采用破碎清除結(jié)合坡面防護，但巖石清除應在正線主體工程實施前完成。

2)破碎坡面的加固防護，應根據(jù)坡面破碎程度采用不同的措施，針對較為破碎的坡面，可采用錨桿+鋼筋網(wǎng)+模注混凝土進行加固防護；針對相對完整的坡面，可采用主動防護網(wǎng)進行防護，坡腳或平臺處可視地形情況設置鋼性防護格柵。

3)陡峭巖體，應根據(jù)巖體破碎程度、距線路的距離等綜合分析：a.巖體與線路之間有一定安全距離時，可在線路與巖體間合適位置設置一道被動防護網(wǎng)或攔石墻，巖體下方設置落石槽，巖體采用窗簾式網(wǎng)進行覆蓋防護。b.巖體與線路較近時，可先對巖體的整體情況進行分析，若節(jié)理、裂隙發(fā)育，巖體破碎，優(yōu)先考慮清除破碎巖體至母巖，然后采用窗簾式網(wǎng)進行防護，線路采用明洞或棚洞方案，再結(jié)合被動防護網(wǎng)或攔石墻防護；若巖體整體性較好，可采用錨桿(索)對巖體進行預加固，再采用窗簾式網(wǎng)，結(jié)合被動網(wǎng)或攔石墻進行防護。

4)倒懸?guī)r體，當陡峭巖體的基礎受外力作用被掏空便形成倒懸?guī)r體，設計時根據(jù)被加固的巖體體積大小綜合考慮，若倒懸?guī)r體體積較小，可對危巖體進行清除處理。若體積較大，且清除較為困難時，應先對巖體進行支頂加固，然后參照陡峭巖體防護措施進行加固防護。

3.3 現(xiàn)場施工及動態(tài)設計

危巖落石加固防護施工前，設計單位應進行專項技術交底，施工技術人員應詳細閱讀設計圖紙，充分理解設計意圖，并進行現(xiàn)場核對，在核對或施工過程中，若發(fā)現(xiàn)設計與現(xiàn)場實際有出入時，應及時通知設計人員調(diào)整加固防護措施，采用動態(tài)設計的原則，施工過程中設計應加強與施工的配合。

合理組織施工，做好施工計劃安排，設計有對危巖落石進行清除處理時，務必在正線主體工程實施前完成清除施工，避免后期再進行清除危及主體工程。

4 結(jié)語

危巖落石加固防護設計總體上應遵循先勘察、后設計，個別設計和動態(tài)設計的原則。高度重視各階段危巖落石的勘察設計，根據(jù)危巖落石的具體情況，針對性地采用相應的加固防護措施。加強現(xiàn)場核對，以便進行動態(tài)設計。危巖落石加固防護設計還應兼顧環(huán)境保護，盡可能不破壞原有自然環(huán)境或增設綠色植物防護等。