懸臂棚洞在路基病害中的應用

劉福文

大秦鐵路股份有限公司太原工務段 山西 太原 030000

引言

對鐵路工程來講，路基病害是無法被車體消除掉的一個問題，因為鐵路在自然環(huán)境中一直都處于持續(xù)性暴露的狀態(tài)，處于不同自然環(huán)境中的鐵路會在環(huán)境的影響下出現不同類型的路基病害，給鐵路路基的正常使用帶來相應的負面影響。同時，在鐵路路基施工的過程中，如果未采用恰當的施工方法，也會給鐵路路基后續(xù)施工和使用帶來一些負面影響。為做好鐵路路基保護工作，盡量減低路基病害帶來的負面影響，不僅需要做好工程施工方案設計、施工監(jiān)督工作，在鐵路投入使用后，也需要做好后續(xù)的檢查維護，及時找出路基病害的誘因，采用綜合性的治理辦法確保鐵路運行安全。懸臂棚洞作為近些年新興的鐵路路基病害整治措施，探索它的具體應用勢在必行。

1 概述

1.1 概況

鐵路路基是指線路下部的地面工程結構，是軌道的基礎，它是承受軌道傳來的列車動荷載，是軌道，鐵路線路上部建筑的基礎，是線路中最重要部分之一，其狀態(tài)如何及完整與否、路基的質量直接影響線路質量的良好程度。

太原鐵路分局太原工務段管轄的太嵐支線位于太原市古交區(qū)，由太原汾河站引出，終點到鎮(zhèn)城底站，長53.837km，該線為Ⅱ級干線，單線；限制坡度：上行6%，下行12%，最小曲線半徑400m，沿線地形曲折，兩岸懸崖峭壁，凍結深度1～1.2m，地震烈度低于7度。

該線煤鐵資源豐富并有許多礦藏，國家決定修建太嵐支線，鐵三院1958年10月至1960年5月進行初測和定測，1975年12月提出施工設計，鐵道兵部隊在1975年6月做施工準備并且開工，1979年11月底全線完成鋪軌，1982年臨時運營，1983年1月31日正式驗收[1]。

線路沿汾河而上，九次跨越汾河，在臨管期間（1982年8月）沿線發(fā)生水害，施工部隊主動在工程上采取措施，保證工程質量。

1.2 病害類型

太嵐線的路基病害有：崩塌落石、路基下沉、路基浸水、滑坡、邊坡溜坍等。

下面就崩塌落石，簡單分析一下其原因和整治措施。

2 病害現狀及產生的原因

崩塌是指陡峻斜坡上的巖體或土體，突然而急劇地向下傾倒、崩落、翻滾和跳躍等的一種動力地質現象。它是山區(qū)鐵路常見的路基病害，其發(fā)生的原因與地貌、巖性、構造力、自然力、生物力及人為等諸多因素有關，常發(fā)生在地形陡峻、地質復雜的陡坡上。由于崩塌，落石往往是突發(fā)性的，其造成的危害是顯而易見的。因此，對崩塌落石必須以“預防為主，綜合治理”才能達到事半功倍的效果。

2.1 崩塌落石病害現狀

位于太嵐線掃石至古東站間六家河1#--2#隧道間，里程為32Kmt590m～32Km+913.5m，該段路基為半填半挖，左側路基邊坡伸入汾河，汾河河灘為粉砂系淤積而成，現左側較寬的平地為隧道棄碴堆集而成，右側為路塹，與線路相對高度達百米以上，山體屬石灰?guī)r，表層為土夾石。線路狀況：位于500半徑的曲線上，鋪設為60kg重型鋼軌，鋼筋砼軌枕，彈條Ⅰ型扣件，六家河1#隧道口為3%上坡，32Km+630.59m和32Km+855.43m處各設有1--1.75m板涵，線路左側基礎經挖試坑為棄碴堆集而成，工點屬電氣化已掛網地段，在32Km+795m設有供電錨端一處，線路外側（供電立柱外側）埋有電纜，該段屬電氣化改造區(qū)段，83年--87年間曾多次發(fā)生過落石，石頭直徑約在0.5m--0.7m，僅有兩次落石較大，直徑約1.5m左右，危及行車安全，我段設專人常年看守，隨時清理危石。但由于崩塌、落石的突發(fā)性，危害仍防不勝防，為了確保行車安全。此處病害必須高度重視，盡快治理[2]。

2.2 崩塌落石形成的原因

引起崩塌的原因比較復雜，它是由各種因素共同作用的結果，主要的原因有以下幾種。

2.2.1 地形條件。它是崩塌發(fā)生的外部原因，在崩塌的內因具備的情況下，一般當坡度大于55°，高度大于30m以上的陡峻斜坡，坡面不平整，易發(fā)生崩塌。當坡度陡于70°時，則更易發(fā)生崩塌。

2.2.2 巖性和地質構造。山坡表面的形狀往往與巖性和地質構造有關，一般情況下，高陡地形都是由硬質巖石組成的，而軟硬相間的巖層，往往形成凹凸不平的坡面，如砂頁巖互層，頁巖抗風化能力差，易形成凹槽，而砂巖往往形成凸出的懸?guī)r，若凸出部分有結構面存在時，在重力作用下易沿這些薄弱面發(fā)生剪切、墜落或形成崩塌。崩塌巖體中結構面的形成與地質構造有關，如巖體節(jié)理發(fā)育，且結構面的組合位置處于不利情況時，易沿這些面發(fā)生崩塌。當山坡上方有斷層破碎帶時，易沿斷層破碎帶發(fā)生崩塌。在黃土地區(qū)，也常有沿土的構造裂隙面發(fā)生崩塌的現象。

2.2.3 水的作用。水是引起崩塌最活躍的因素，絕大多部崩塌發(fā)生在雨季或暴雨之后，這是由于水滲入構造裂隙對巖、土產生軟化，潤滑和動水壓力作用，造成巖、土強度降低。內摩擦角減少，因而容易引起崩塌。

2.2.4 其他因素。強烈的地震、大爆破，以及人工開挖的邊坡過高過陡，破壞了山體的平衡條件也可形成崩塌。

該段線路右側路塹為石灰體，高達百米以上，山勢陡峭，地質構造復雜、巖石風化嚴重，山體上部巖層破碎，巖層被多組節(jié)理切割成大小不同的塊體，長期的風化、雨水的侵蝕，特別是反復的凍融作用，使表層節(jié)理張開增大，表皮大部分是土夾石形成大面積的危石地帶，以致使剝落掉塊時有發(fā)生，自竣工通車后不久即發(fā)生落石，后發(fā)生的頻率越來越高，對行車安全構成極大的威脅[3]。

3 整治措施

3.1 方案比選

鐵路工務部門為了防治此種路基病害，通過長期的探索實踐，建立了以看（安裝報警裝置，設點看守）、清（刷坡掃山，清除危石）、支（支擋加固，護坡護墻）、接（墻接網攔）、固（黏結加固，噴錨封閉）為主的運營防護措施；以及遮攔（明洞，棚洞）、防護（SNS軟網防護）繞避（改線繞行）為主的工程防治措施。實踐證明，這些措施對防治崩塌落石病害都是行之有效的。從適用條件和功能性來講，這些防治措施各具特點，對此項病害不太合適。“看”僅能減輕危害，并不能防治危害；“清”對行車影響較大并極易產生新的病害；“支”、“固”首先要建立在坡面穩(wěn)定且整體性好的情況下，同時這類結構物較高，施工難度大，一旦實施不好，這些結構物本身即可成為崩塌的物質來源；而噴錨施工時，錨桿的嵌入也會破壞巖面；“接”是較好的結構形式，但缺乏“遮蔽”的功能；“軟網防護”對破碎面小規(guī)模落石能起到較好的防護，但對中、大規(guī)模崩塌的防治尚未經過實踐的檢驗；“改線繞避”是最為有效且徹底的防治措施，但投資大，工期長，一般只在滑坡或泥石流等災難性危害多發(fā)區(qū)采用，而遮攔建筑物不僅投資適中，利于機械施工，同時具有側向攔截和頂部遮蔽線路的雙重功能。綜上所述，對于中、小型崩塌落石地段，全路通常都采用“遮攔建筑物”來處理，正如北京局在石太、太嵐、北同蒲、京原、京通等線修建的眾多明洞、棚潤以及擋墻攔網，其使用功效也證明了這一點[4]。

如前所述，該處屬中小型崩塌落石病害，以修建遮攔建筑物最為適宜，而明洞雖結構堅固，但其龐大的外墻結構要求線路外側必須有良好的地基和較寬的地勢，考慮施工供電干擾影響以及通訊電纜內移的困難（外側設置基礎有困難），不具備修建明洞，故確定修建為懸壁棚洞；為使危石與下部較完整的巖層形成整體，防落石棚在32km+686m～32km+716m地段為錨桿懸壁棚洞。

3.2 懸壁棚洞的設計

根據巖體的大小、數量、分布情況及沖擊力的強弱，確定棚洞的類型、結構尺寸及位置。

主要荷載有：懸臂棚洞自重、回填土石重量、落石堆積的土石。附加荷載有：崩塌落石的沖擊力。

洞頂排水：按線路3%順坡排水流向32km+630.59m1～1.75m版涵中。

3.3 懸臂棚洞施工中的注意事項

3.3.1 施工放線以線路中線為準，標高以內軌頂面為基點。

3.3.2 懸臂棚洞每10m設一道沉降縫，錨桿懸壁棚洞每5～6m設一道沉降縫。

3.3.3 開挖基礎在靠線路一側應設擋土板，按規(guī)定邊坡施工，遇孤石禁止放炮。

3.3.4 安設防電拱架車時，要求列車慢行，其運行速度不得超過20Km/h，不得侵入限界，確保行車安全[5]。

3.3.5 必須保證擋墻的截面設計寬度，不足的部分應鑿除，超過的部分回填50#漿片與山體緊密連成整體，要求回填的漿片至少插入山體0.1m。

3.3.6 錨桿擋墻部分，在未安裝錨桿前應作抗撥力試驗，要求每根錨桿拉力達5T以上，如達不到測定的拉力應將錨桿長度增長，達到設計要求才能安裝錨桿，錨桿用300#水泥砂漿填塞密實。

3.3.7 要求基底承載力達到5.5kPa，基礎必須挖至基巖，整體巖層嵌入0.25m，一般巖層應嵌入0.6m，松軟巖層嵌入1m以下，基礎挖不到基巖，應變設計處理。

3.3.8 鋼筋必須經試拉合格才能對焊綁扎，混凝土的配合比按試驗的配合比施工。

3.3.9 頂棚達到設計強度才能受力[6]。

4 結束語

在對此段鐵路路基采用懸臂棚洞方式進行整治之后，進行展開觀察后發(fā)現，此段鐵路路基病害問題已經得到了預期的整治效果，為改短鐵路后續(xù)的安全、穩(wěn)定運行奠定了良好的基礎。通過上文的調查研究和分析發(fā)現，在整治鐵路路基病害的過程中，相關人員必須在現場做好仔細、嚴格的調查研究，明確導致路基病害的誘因和形成規(guī)律，以便在因地制宜的基礎上，根據相應的路基病害類型制定具體的整治方案。如果導致鐵路路基病害的誘因相對較多，則應當在綜合各類誘因的基礎上，制定綜合性的整治方案。但無論采用何種鐵路路基整治方案，都必須充分考慮投資額度的問題，力求在保證施工質量的基礎上，用最少的投資一次性解決路基問題，比曼由于重復投資和施工造成不必要的人力、物力、財力浪費。