贵广铁路深路堑陡坡危岩落石整治方案设计

曾永红;丁兆锋;李宁

【摘 要】文章以贵广铁路D3K 456 +752.562～ D3K 456 +923段深路堑陡坡危岩落石工点为例,在地质调查资料的基础上,采用落石分析软件对危岩落石滚落轨迹及能量分布进行数值模拟分析.针对工点空间位置有限,路堑两侧边坡高陡,危岩落石分布区域大、储量大的特点,提出“一清、二防、三拦截”的设计原则,并结合数值分析结果采取锚拉式拦石墙与消能措施相结合的整治设计方案,其设计成果可以为类似工点提供借鉴.

【期刊名称】《高速铁路技术》 【年(卷),期】2017(008)002 【总页数】5页(P20-23,48)

【关键词】危岩落石;拦石墙;消能措施 【作 者】曾永红;丁兆锋;李宁

【作者单位】中铁二院工程集团有限责任公司,成都610031;中铁二院工程集团有限责任公司,成都610031;中铁二院工程集团有限责任公司,成都610031 【正文语种】中 文 【中图分类】U213.1+5

贵广铁路D3K 456+752.562～D3K 456+923段路基为深路堑，路堑两侧地形较陡峭，山体存在危岩，边坡缓坡地带有落石。该段路堑下伏基岩为灰岩、白云质灰岩夹白云岩(D3g-d)，隐晶质结构，中厚层状，钙质胶结，质坚、性脆、裂隙节理

较发育。原设计采用分级放坡开挖，右侧边坡开挖一到三级，左侧边坡开挖一到两级，边坡坡率均为1∶0.75,每级边坡高度为10 m，每级边坡顶设置3 m宽平台，边坡均采用挂柔性防护网护坡防护，堑顶设置一道高4 m的防异物侵入防护网。 在平整场地施工过程中发现地表孤石多，及时进行了地质补勘工作。补勘后揭示：段内基岩溶槽、溶缝、溶隙发育，充填黏土，导致局部岩体较破碎，在外力作用下易剥落。同时对两侧堑顶被灌木覆盖的危岩进行了补充调查，左侧堑顶危岩落石约73处，右侧堑顶危岩落石约38处，危石落石直径大小不一，一般在0～2 m，左侧危岩落石直径最大3 m， 右侧危岩落石直径最大4.5 m。由于本段路堑陡崖高度较大，岩体破碎，危岩密集，原设计一道高4 m防异物侵入被动防护网的措施，存在落石连续滚落撞破防护网风险，对本段路堑工程形成安全隐患[1]，故需对该段路堑补堪揭示的危岩落石进行补强整治。

危岩落石本身及地面条件是多样的，其运动形式呈多样性，有自由落体、斜(平)抛运动以及滑动和滚动，要实现对落石的运动轨迹精确计算有很大的困难。目前只能通过一定的假设条件对落石的轨迹进行模拟[2]。运用基于运动学公式及能量守恒定理[3]编制的落石分析软件对本工点落石进行数值模拟分析。分析参数取值如下：、根据概率理论最大期望值，取落石直径1.8 m，体积6 m3，质量15 t；工程边坡法向恢复系数Rn=0.35，切向恢复系数Rt=0.90，天然边坡法向恢复系数Rn=0.30，切向恢复系数Rt=0.80。分析结果如图1所示。

从图1可以看出，危岩落石开始基本沿路堑边坡滚动，但在一级边坡平台处多数轨迹为跳跃式滚动，滚落到线路中心，甚至越过路基面到达左侧边坡坡脚。分析结果说明落石很大可能在一级边坡平台处发生跳跃，设计应在该位置对落石进行拦截。根据落石的体积、重量、滚落的高度以及滚动时的能量损失计算落石在一级边坡平台处跳跃前冲击能，计算结果如表1所示。

从表1可以看出,不同尺寸的落石最大冲击能量的范围为1 070～4 460 kJ，冲击

能量较大，若要在平台处拦截该落石，必须设置拦石墙和消能措施。

根据数值分析结果可知，落石很大可能在原设计的一级边坡平台处发生跳跃，设计应在该位置设置拦石墙对落石进行拦截，为避免落石直接撞击拦石墙，产生较大的冲击力，撞坏拦石墙，必须同时设置消能措施。 3.1 锚拉式拦石墙

若该段路堑一级边坡平台处设置重力式路堑挡土墙作为拦石墙，由于空间位置有限，堑顶地形较陡峭，与原设计相比将大大的增加边坡的开挖高度、挖方量和用地。同时边坡开挖将扰动岩体，使岩体变得更为破碎，防护的面积也将大大增加。为避免开挖边坡高度过高，设计考虑采用锚拉式拦石墙。

锚拉式拦石墙由上墙、下墙和锚杆组成，下墙通过锚杆连接已开挖边坡。其工作机理是通过上墙拦截落石，将落石冲击力传递给下墙，再传递给锚杆直至传递给基岩，同时挡墙自重也会减弱一部分冲击力。锚拉式拦石墙通过锚杆的锚拉作用，可有效增加结构的稳定性，减小结构截面尺寸，避免边坡大面积开挖。 3.2 消能措施

该段危岩落石的冲击能量较大，连续滚落的落石直接对拦石墙冲击，易产生较大的冲击力，损坏拦石墙，因此有必要设置消能措施。措施包括在拦石墙墙顶边坡平台处或堑顶外设置几道柔性被动防护网，在上墙与开挖边坡之间设置柔性落石槽等。同时为防止落石弹跳或滚动翻过墙顶，在墙顶还应设置刚性防护网。 4.1 技术要求

本段路堑危岩落石整治方案设计应满足以下技术要求：

(1)拦石墙和锚杆应进行稳定性检算。不计入落石冲击力时，拦石墙抗滑稳定性系数不小于1.3，抗倾覆稳定性系数不小于1.6；计入落石冲击力时，拦石墙抗滑稳定性系数不小于1.05，抗倾覆稳定性系数不小于1.1。锚杆的抗拔稳定性系数不小于2.2。

(2)拦石墙基底平均压应力，不计入落石冲击力时，不应大于基底容许承载力，计入落石冲击力时，不应大于1.2倍的基底容许承载力。

(3)拦石墙上墙承受落石的撞击力，应按钢筋混凝土结构设计，满足正截面抗弯承载力和斜截面抗剪承载力要求。

(4)拦石墙下墙起传递力和稳定的作用，可按重力式挡土墙设计，墙身截面强度应满足设计要求。

(5)拦石墙的墙身混凝土材料应满足结构耐久性要求。 4.2 工程措施

根据本段深路堑陡坡危岩落石分布的特点及数值分析、方案分析成果，本段危岩落石整治方案设计可遵循“一清、二防、三拦截”的原则：对已经松动、有明显滚动趋势的落石进行清除，对未松动、但有滚落风险的落石进行防护[7]，对潜在的可能冲破防护设置的落石进行拦截。危岩落石整治方案如图2所示。 主要工程措施综述如下： (1)一清

D3K 456+752～D3K 456+923段，对线路两侧堑顶已松动的危岩落石进行人工清除，特别是不稳定的孤石应重点清理。 (2)二防

①于D3K 456+730～D3K 456+880段线路右侧堑顶及D3K 456+780～D3K 456+840段线路右侧二级路堑边坡顶平台处各设置一道被动柔性防护网，防护网高度为6 m，于D3K 456+750～D3K 456+870段右侧堑顶外距离堑顶15 m处，设置一道被动柔性防护网，防护网高度为4 m。

②于D3K 456+730～D3K 456+880堑顶外设置一道主动防护网，主动防护网覆盖范围为堑顶外8～10 m。

③于D3K 456+820～D3K 456+923段线路左侧堑顶设置一道被动柔性防护网，

防护网高度4 m。左侧路堑边坡坡面设置喷锚网护坡，锚杆采用直径16 mm的HRB400钢筋制作，正方形布置，锚杆间距2 m，锚杆长4 m。 (3)三拦截

①于D3K 456+752.562～D3K 456+842.562段线路右侧和D3K 456+863～D3K 456+923段线路左侧，设置锚拉式拦石墙。

②锚拉式拦石墙下墙墙高9.5 m，采用C30素混凝土浇筑，上墙墙高5 m，采用C35钢筋混凝土浇筑，上墙主筋采用直径25 mm的HRB400钢筋，钢筋间距150 mm，分布钢筋采用直径20 mm的HRB400钢筋，钢筋间距150 mm。箍筋采用直径为16 mm的HRB400钢筋拉筋，拉筋间距300 mm×300 mm。 ③上墙与下墙采用三排抗剪钢筋连接，下墙基底与基岩采用三排抗剪钢筋连接。钢筋均采用直径32 mm的HRB400钢筋，纵向间距为1.0 m。上墙与下墙连接钢筋长1.0 m，下墙与基岩连接钢筋长3.4 m。

④下墙与开挖边坡采用三排锚杆连接，锚杆采用直径32 mm的HRB400钢筋制作，矩形布置，锚杆纵向间距为2 m，倾角15°，锚入岩层长度为5.0 m，锚入下墙长度为2.0 m，钻孔孔径为110 mm。

⑤拦石墙墙后设置3.0 m深落石槽，落石槽以下采用碎石回填，落石槽底部采用0.1 m厚C30混凝土垫层进行封闭，垫层上铺设一层废旧轮胎，轮胎间采用钢丝绑扎连接。

⑥拦石墙大小里程两端采用0.5 m厚C30混凝土封闭，封闭混凝土与拦石墙基础一并浇筑成型。浇筑过程中预留泄水孔，保证墙后积水通过纵向排水坡排出，并通过边坡排水槽引入侧沟排水系统。排水槽远离拦石墙侧设置一钢筋检查梯。 ⑦拦石墙每10 m设置一道沉降缝，缝宽2.0 cm，缝内沿墙内、外、顶三边填塞沥青木板，沥青木板宽0.5 m。

⑧上墙墙顶设置一道2 m高的刚性防护网。

4.3 施工技术要求

危岩落石整治工程较为复杂，必须合理的安排施工工序，施工过程中应确保施工安全，施工工序及技术要求如下：

(1)人工清除路堑两侧松动的危岩落石，并及时设置必要的临时隔离或覆盖措施，施工材料、机具、人员不得侵入。在施工过程中采取切实有效措施确保施工人员、机具安全。

(2)严格按设计要求自上而下分段开挖路堑边坡及拦石墙基础。施工期间严禁在墙顶平台及边坡平台上堆放弃土或杂物，墙顶以上挖方边坡不能随意改陡。拦石墙基础靠山侧岩体采用A类控制爆破开挖，开挖严禁欠挖，严格控制超挖。当施工出现超挖时，必须采用与拦石墙基础同标号混凝土回填。开挖弃碴不得随意堆放，应及时运至弃碴场。确保施工场地清洁、建材质量、环境卫生及施工安全。 (3)D3K 456+730～D3K 456+880段右侧堑顶外半坡第一道被动网在施工过程中应采取局部林间绕行方式，尽最大可能减少植被的砍伐，严禁大面积破坏堑顶外自然植被。

(4)拦石墙及基础应避开雨天施工。拦石墙施做前应先施工边坡连接锚杆及基础底部连接钢筋，然后再分段立模浇筑拦石墙下墙，并预埋上墙连接钢筋。然后绑扎上墙钢筋，并立模浇筑上墙，上墙墙顶应平顺渐变，不得出现小于135°的尖角。 (5)待拦石墙强度达到设计强度的80%后拆除模版，施作拦石墙回填及封闭，施作落石槽及刚性防护网。拦石墙墙后落石槽底部采用混凝土封闭。本段工程交验后，应对拦石墙及落石槽加强巡视，并对破环损毁的措施进行及时修复。

山区铁路危岩落石是较为常见的不良地质，存在落石直接崩塌滚落的风险，影响行车安全，应引起足够的重视。在勘察阶段应调查清楚危岩落石的分布、储量等信息，有条件时可通过现场抛石模拟落石轨迹，了解危岩落石的运动规律，分析其形成机制和诱发条件。设计阶段可通过数值模拟，分析危岩落石的运动轨迹和能量分布。

采取的设计措施应消除和控制影响危岩落石发生的因素，并确保设计方案安全可行、经济合理、便于施工。

常见的危岩落石整治措施有清除危岩落石、设置主、被动防护网、喷锚网护坡等防护措施和设置防撞墙、落石槽、刚性防护网等拦截措施，治理危岩落石通常需多种措施相互结合。本文所述案例是较为典型的危岩落石工点，其特点是空间位置有限，路堑两侧边坡高陡，危岩落石分布区域大、储量大，对于类似的工点可依据“一清、二防、三拦截”的设计原则，采取锚拉式拦石墙与消能措施相结合的整治方案。

【相关文献】

[1] 张义隆，诸炳麟，潘进明．阿里山山区道路落石风险评估与防护对策[C]∥崔鹏．海峡两岸山地灾害与环境保育研究 (第一卷)．成都：四川科学技术出版社，1998：311-315． ZHANG Yilong，CHU Binglin，PAN Jinming．Risk assessment and countermeasures of rockfall on mountainous road in Ali Mountain[C]∥Cui Peng．Study on mountain disasters and environmental protection across Taiwan Strait ( First Volume)．Chengdu: Sichuan Science and Technology Press，1998：311-315．

[2] 胡厚田．崩塌落石研究[J]．铁道工程学报，2005，22(S1)：387-391． HU

Houtian．Research on the collapse and falling stone[J]．Journal of Railway Engineering Society，2005，22(S1)：387-391．

[3] 刘恒.危岩落石轨迹及拦石构筑物稳定性分析[J].路基工程，2014，32(5)：220-224. LIU Heng. Analysis on Rockfall Trajectory and Stability of Rock-retaining Structure[J]. Subgrade Engineering，2014，32(5)：220-224.

[4] 叶四桥，陈洪凯，唐红梅．危岩落石防治技术体系及其特点[J]．公路，2010，55(7)：80-85． YE Siqiao,CHEN Hongkai,TANG Hongmei.Rockfall mitigation techniques and its characteristics[J].Highway，2010，55(7)：80-85．[5] 郭书云.石太线路基边坡危岩落石整治方案研究[J].铁道标准设计，2014，58(2)：4-7. GUO Shuyun. Research on Treatment Scheme of Perilous Rocks and Falling Rocks for Protecting Subgrade Slope of Shijiazhuang-Taiyuan Railway[J]. Railway Standard Design，2014，58(2)：4-7.

[6] 郭睿.金温铁路K139高边坡危岩落石综合治理[J].铁道勘察，2010，46(4)：58-61. GUO Rui. Comprehensive Treatment for Dangerous Rocks and Falling Stones over High Side Slope K139 along Jinwen Railway[J]. Railway Investigation and Surveying，2010,46(4)：58-61. [7] 白朝能，肖朝乾，李建国.大理至瑞丽铁路大理西车站路基设计[J].高速铁路技术，2014，5(8)：

41-47. BAI Chaoneng，XIAO Chaoqian，LI Jianguo. Subgrade Design of Dali West Station on Dali-Ruili Railway[J]. High Speed Railway Technology，2014,5(8)：41-47.