袁云洪

（中鐵二院昆明勘察設(shè)計研究院有限責(zé)任公司，云南 昆明 650200）

0 引言

溝谷深切的山區(qū)相對高差大，岸坡陡峻，裸露基巖卸荷裂隙發(fā)育，受選線制約，鐵路工程隧道洞口及鄰近橋梁面臨危巖落石威脅，給鐵路運營及安全造成嚴(yán)重的影響，如何有效處理高陡仰坡危巖落石危害成為現(xiàn)階段鐵路工程熱點課題之一[1-3]。鑒于此，本文以大臨鐵路三家村隧道出口高陡仰坡危巖落石綜合防護(hù)治理為背景，通過對岸坡進(jìn)行勘察，分析危巖分布情況、危巖結(jié)構(gòu)、穩(wěn)定性和落石運動特征，并考慮極端天氣條件下其他區(qū)域?qū)﹁F路工程的影響，針對性展開分區(qū)域、多級防護(hù)，確保鐵路工程結(jié)構(gòu)和運營安全。

1 工程概況

大臨鐵路為設(shè)計時速160km/h的客貨共線單線鐵路，穿行于云南省西南部地區(qū)，溝谷深切，地形陡峻，隧道占比77%。三家村隧道位于大理州南澗縣小灣東鎮(zhèn)境內(nèi)，隧道全長1 410m，隧道最大埋深350m。隧道橫穿瓦怒卜山山脊，出口洞口仰坡巖體破碎，風(fēng)化卸荷嚴(yán)重。隧道所在區(qū)域?qū)僦猩角治g、剝蝕地貌，地形起伏大，沖溝發(fā)育。地面高程為1200～1800m，相對高差600m，自然橫坡為40～60°，局部陡峻，坡度大于70°。坡上覆土層較薄，進(jìn)出口端坡面植被較差，基巖出露。本隧道處于公郎弧形構(gòu)造帶內(nèi)，工程區(qū)地震動峰值加速度為0.20g，地震動反應(yīng)譜特征周期為0.45s。

2 危巖發(fā)育特征

2.1 危巖巖體分布及結(jié)構(gòu)特征

通過現(xiàn)場實地調(diào)查及無人機航拍，劃分隧道出口測區(qū)岸坡潛在主要危巖體分布。針對危巖分布進(jìn)行標(biāo)識，將對三家村隧道出口影響較為重要的危巖分布重點劃分為Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ三個分區(qū)。其中Ⅰ區(qū)是調(diào)查區(qū)內(nèi)對在建線路三家村隧道口危害最為嚴(yán)重的危巖分布。該危巖位于線路正上方200m 范圍內(nèi)的巖質(zhì)邊坡中，危巖下方坡腳處測量邊坡的產(chǎn)狀大致為120°∠65°，危巖分布處坡面較陡并多處呈凹陷地形，卸荷裂隙貫通張開明顯，淺表層順坡結(jié)構(gòu)面大多已經(jīng)貫通；Ⅱ區(qū)分布于Ⅰ區(qū)沿線路方向右側(cè)，坡面陡峭，大量基巖被坡積物覆蓋，出露的基巖結(jié)構(gòu)面非常發(fā)育，部分基巖順坡面的結(jié)構(gòu)面已經(jīng)貫通。該區(qū)域位于線路右側(cè)，但部分落石有越過沖溝對線路構(gòu)成危害的可能；Ⅲ區(qū)位于調(diào)查區(qū)邊坡坡頂位置，Ⅱ區(qū)上方，與線路有一定距離，分布面積較廣，調(diào)查發(fā)現(xiàn)該處危巖是該區(qū)域內(nèi)巖體受風(fēng)化剝蝕和卸荷拉張裂隙共同作用產(chǎn)生的，如果發(fā)生危巖崩塌也會對線路造成一定危害。

2.2 岸坡穩(wěn)定性分析

調(diào)查認(rèn)為三家村隧道出口邊坡危巖體發(fā)育主要受地形地貌、風(fēng)化卸荷、差異風(fēng)化、地震、降雨、列車運營等因素影響。三家村隧道危巖體發(fā)育機理主要有風(fēng)化卸荷-剪切滑移破壞和風(fēng)化卸荷-拉裂-傾倒破壞兩種潛在類型。

基于Sarma計算法，對邊坡卸荷體在兩種滑動面類型下的穩(wěn)定性進(jìn)行評價。計算結(jié)果表明，隧道出口邊坡卸荷體在自然及地震狀態(tài)下整體處于穩(wěn)定狀態(tài)。在自然及地震工況下不會沿著潛在卸荷面發(fā)生整體大規(guī)模的滑移崩塌現(xiàn)象，但隨著構(gòu)造及卸荷的不斷發(fā)展，邊坡將會沿著坡面進(jìn)一步發(fā)生風(fēng)化卸荷-拉裂-傾倒剝落-崩落破壞，有可能會出現(xiàn)坡面危巖體季節(jié)規(guī)律性的崩落現(xiàn)象，威脅鐵路工程施工及運營安全。

3 危巖落石運動特征

根據(jù)現(xiàn)場調(diào)查結(jié)構(gòu)面切割巖體尺寸，通過數(shù)值模擬計算軟件模擬危巖的運動。危巖體在邊坡上的運動以滾動和彈跳為主，會對隧道洞口及橋梁工程產(chǎn)生影響，下部危巖體都能到達(dá)距離隧道洞口水平39.7m處。危巖體平均彈跳高度能達(dá)到2.22m，最大彈跳高度達(dá)3.963m；平均沖擊速度能達(dá)18.5m/s，最大速度值能達(dá)到24.90m/s。

為保障隧道洞口邊坡崩塌落石不影響行車安全，隧道前方應(yīng)接引明（棚）洞。通過能量統(tǒng)計發(fā)現(xiàn)，在水平位移由441m 向444m 過渡時，危巖體能量快速衰減，當(dāng)水平位移位于442～444m 區(qū)間時，能量已衰減到足夠小，綜合考慮仰坡防護(hù)措施、明（棚）洞高度等因素，外接長度不小于14m，可有效保障行車安全。

4 高陡仰坡危巖落石防治措施

4.1 仰坡危巖清理及加固處理

對于Ⅰ區(qū)的直接影響區(qū)域范圍陡崖處及隧道口上方其他基巖裸露裂隙發(fā)育區(qū)域，進(jìn)行淺表巖體清除，同時采用嵌補、灌漿方式加固巖體表層。坡面嵌補采用M10 漿砌片石，灌漿采用M30水泥漿無壓灌注。

隧道口正上方33m 范圍的陡崖區(qū)采用錨索（錨桿）豎梁加固。上面5排采用錨索（長度20m），下面3排采用長錨桿（長度12m）。豎梁節(jié)點間距為4m，豎梁采用C35 鋼筋混凝土現(xiàn)場澆筑。豎梁錨索單孔均為4 束，錨索鉆孔采用φ115mm 鉆孔，與水平面下傾角呈20°，每孔錨索設(shè)計錨固段長9m，全部錨入基巖中，自由段長11m，采用M35 水泥砂漿或純水泥漿灌注。錨桿設(shè)置在框架梁的節(jié)點上，采用單根φ32HRB400 螺紋鋼筋制作，錨桿長度為12m，鉆孔直徑采用φ110mm，與水平面呈20°施作，孔內(nèi)灌注M35 水泥砂漿。

4.2 防護(hù)網(wǎng)設(shè)置

將主動防護(hù)網(wǎng)設(shè)置于Ⅱ區(qū)靠近線路側(cè)，以及隧道出口上方其他基巖出露區(qū)域；簾式防護(hù)網(wǎng)設(shè)置于Ⅰ區(qū)的直接影響區(qū)域，敞口式簾式網(wǎng)入口標(biāo)高1 440，下緣標(biāo)高為1 330，寬度范圍為左側(cè)42m至右側(cè)45m；柔性被動防護(hù)網(wǎng)防護(hù)，防護(hù)網(wǎng)立柱高度為6m，共設(shè)3道，具體位置如下：

（1）于山脊1590 頂標(biāo)高處設(shè)一道人字形被動防護(hù)網(wǎng)，對該標(biāo)高以上的坡面落石進(jìn)行攔擋、引導(dǎo)，設(shè)置長度為180m；

（2）于山脊1490 頂標(biāo)高處設(shè)一道人字形被動防護(hù)網(wǎng)，對1490～1590 標(biāo)高范圍內(nèi)的坡面落石進(jìn)行攔擋、引導(dǎo)，設(shè)置長度為140m；

（3）于隧道頂標(biāo)高1330 處，即簾式防護(hù)網(wǎng)出口處設(shè)一道被動防護(hù)網(wǎng)，設(shè)置長度為120m。

4.3 外接棚洞設(shè)置及棚洞結(jié)構(gòu)檢算

（1）外接棚洞設(shè)置

在隧道出口DK90+605—DK90+619 段設(shè)置外接棚洞，長14m，凈空高度為7.1m，該段坡面地形陡峻，棚洞結(jié)構(gòu)需結(jié)合地形設(shè)置。棚洞頂部設(shè)有厚度為2m 的回填土層，回填土層橫向下坡，兩側(cè)設(shè)耳墻，高1.5m。棚洞洞門端墻在T形梁以上高2m，端墻通過接茬鋼筋與下部T形梁連接。T形梁頂寬1m，腹板寬0.4m，高1.3m，長10.2m，橫向設(shè)置，鋪在縱向鋼架上，通過支座與鋼架連接。

（2）棚洞結(jié)構(gòu)檢算

落石沖擊荷載根據(jù)《鐵路工程技術(shù)手冊（路基）》和《鐵路工程技術(shù)手冊（隧道）》計算，結(jié)合現(xiàn)場實際調(diào)查，最大落石質(zhì)量為500kg，計算沖擊荷載為64.03kPa，至梁頂投影面積簡化為正方形（2.58m×2.58m），為移動荷載，移動步距按2m 分別計算后求包絡(luò)值。其余永久荷載為結(jié)構(gòu)自重、緩沖填土層自重。棚洞結(jié)構(gòu)計算模型采用荷載-結(jié)構(gòu)模型，采用通用有限元軟件計算，按概率極限狀態(tài)法進(jìn)行結(jié)構(gòu)檢算。鋼筋混凝土標(biāo)號為C35，鋼筋等級為HRB400，鋼筋凈保護(hù)層厚度為40mm，控制單元計算值見表1，配筋計算結(jié)果為：8根φ25、5根φ22、4根φ20。

表1 T梁（0.4m×1.3m）結(jié)構(gòu)控制單元計算值

5 結(jié)論

本文通過分析三家村隧道出口高陡仰坡圍巖落石發(fā)育特征和運動特征，結(jié)合數(shù)值計算分析，得出如下結(jié)論：

（1）考慮在極端條件（如地震、暴雨）下，Ⅱ區(qū)、Ⅲ區(qū)危巖體可能沿線路右側(cè)沖溝跌落到鐵路工程范圍內(nèi)，故該區(qū)域危巖體以被動防護(hù)網(wǎng)為主，引導(dǎo)危巖體運動方向，局部鄰近線路的裸露基巖采用主動防護(hù)網(wǎng)防護(hù)。

（2）危及鐵路工程的危巖體主要為Ⅰ區(qū)，在邊坡上的運動以滾動和彈跳為主。針對該區(qū)域先采取清除淺表危巖體、補嵌、灌漿等方式，然后通過錨桿（索）框架豎梁+主（被）動防護(hù)綜合防治。

（3）結(jié)合地形、地質(zhì)情況與落石運動特征等，外接棚洞14m，以防止落石進(jìn)入鐵路運營線路，確保運營安全。