簾式防護(hù)網(wǎng)在鐵路危巖邊坡整治中的應(yīng)用

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【摘要】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.【期刊名稱】《山西建筑》【年倦),期】2017(043)002【總頁數(shù)】4頁(P69-71,256)【關(guān)鍵詞】鐵路邊坡簾式網(wǎng)防護(hù)技術(shù)【作者】趙彪彭李趙志剛【作者單位】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;四川奧思特邊坡防護(hù)工程有限公司，四川成都610041;中鐵七局集團(tuán)有限公司，河南鄭州450016【正文語種】中文【中圖分類】U216.415既有川黔鐵路珞璜至桐梓段全長201.137km，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)1h33min。為保證鐵路運(yùn)營安全，近年來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。1.1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，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穩(wěn)固邊坡，與主動(dòng)網(wǎng)相比安裝更簡易；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。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，山體基巖中存在共扼節(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125m左右，寬度約30m，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)育有兩組共扼節(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60m~92m的范圍內(nèi)形成有一塊大型危巖體，見圖3。危巖體寬約7m，高約15m，厚度約為3m，危巖體左側(cè)裂縫寬度為0.3m~0.6m,右側(cè)裂縫寬度為2cm~3cm左右，裂縫自坡頂向下延伸長度約20m?？梢钥闯觯涸撐r體所在坡面坡度陡，位置高，危害大，整治加固難度大，但整治勢在必行。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5t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0m/s，豎向初速度為0m/s。計(jì)算落石半徑：0.78m。體積：2m3。落石密度：2500kg/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15m~70m,最大沖擊能量約為4400kJ,落石最大沖擊速度約為42m/s，落石落點(diǎn)位于橫坐標(biāo)52m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)。結(jié)合上述分析，并考慮現(xiàn)場情況，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)場情況，無足夠的安裝空間，且邊坡近于直立，落石易從上方飛過，既沒有安裝場地，亦無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90m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4m~5m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。覆蓋式簾式網(wǎng)采用能級(jí)為5000kJ的LF-500型覆蓋式簾式網(wǎng)，防護(hù)寬度約35m，防護(hù)高度約120m,防護(hù)面積約4200m2；危巖加固長7m，防護(hù)高度15m，防護(hù)面積約105m2。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60kN，中性煙霧試驗(yàn)時(shí)間不得低于600^雙絞六邊形網(wǎng)必須滿足頂破力不小于33kN。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1750t，高15m左右，寬約7m，邊坡坡度直立，根據(jù)現(xiàn)場勘察危巖體可能會(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1969kN和3500kN，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4725kN。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296kN。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50mm，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600kPa，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2.9MPa，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1.5m。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2中22的鋼絲繩連接在錨固點(diǎn)上（中22鋼絲繩破斷力為370kN），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15m,寬約7m,鋼絲繩采用橫向布置，布置間距約1.5m，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340kN。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7m，防護(hù)高度約15m;覆蓋環(huán)形網(wǎng)采用R13/3.0/300，極限頂破力不小于340kN;穩(wěn)定加固鋼絲繩采用中22,2根為一股共采用8股，布置間距約1.5m;錨固點(diǎn)錨孔孔徑不小于50mm，錨固體采用強(qiáng)度不小于M30的水泥砂漿，錨桿采用2中18的鋼絲繩錨桿，錨桿長4m。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1.5m，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1m，且錨固點(diǎn)設(shè)置于穩(wěn)定地層中，見圖11。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。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。依據(jù)本設(shè)計(jì)方案，長期監(jiān)測表明依托工點(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?！鞠嚓P(guān)文獻(xiàn)】艾樹波，焦海峰，呂漢川.簾式網(wǎng)在門頭溝