某庫區(qū)鐵路路基防護(hù)工程設(shè)計(jì)的安全評估

覃全勝

(茂湛鐵路有限責(zé)任公司,廣東 湛江 524046)

1 庫區(qū)鐵路路基安全事故實(shí)例和防范措施

水電站運(yùn)營后,若對庫區(qū)鐵路路基防護(hù)不當(dāng),將嚴(yán)重威脅行車安全,造成重大損失。近年來,已經(jīng)出現(xiàn)多起庫區(qū)鐵路路基防護(hù)工程的安全問題。如:

閩江水口電站庫區(qū)的外福線,鐵路路基防護(hù)的設(shè)計(jì)施工依據(jù)兩段預(yù)測塌岸,只考慮波浪沖刷作用,故河岸防護(hù)基礎(chǔ)埋置淺,結(jié)構(gòu)強(qiáng)度不足,不斷出現(xiàn)防護(hù)設(shè)施變形與破壞,耗費(fèi)巨資再行防護(hù),造成至少增加 2384萬元以上的投資[1]。湘黔線復(fù)線工程 K100+600～K 106+250段,左側(cè)路堤傍臨溪口水庫,1995年開通當(dāng)月,由于水庫水位下降 10m,致使多處發(fā)生大型滑坡,路肩下沉達(dá) 3.0m,水平位移達(dá) 2.0m。右側(cè)瀕臨大塘港水庫的路堤K 42～K48段,2003年干旱少雨,水庫水位在兩個月內(nèi)迅速下降約 3.85m,路基出現(xiàn)滑塌,在臨庫側(cè) 2/3斷面處下沉 3m左右,大塘港底長約 80m、寬約50m范圍的淤泥上升 20～30cm[2]。寶雞峽渠首工程加高22.6m,隴海鐵路 K 1256+862～K 1265+130區(qū)段路堤被淹深度 5～19m。由于受庫水淹沒浸泡、水位升降、泄洪沖刷、滲透管涌等作用,造成黃土填筑的路堤沉落,邊坡滑坍,路堤整體失穩(wěn)等病害[3]。

可以看出,對庫區(qū)鐵路路基防護(hù)工程設(shè)計(jì)進(jìn)行安全評估十分必要。現(xiàn)行鐵路路基設(shè)計(jì)相關(guān)規(guī)范及有關(guān)設(shè)計(jì)手冊分別給出了庫區(qū)路基防護(hù)措施[4]、[5]。蔣凱,何良德等人認(rèn)為路基或庫岸防護(hù)設(shè)計(jì)應(yīng)遵循滑坡與塌岸綜合治理、庫岸防治與開發(fā)利用相結(jié)合、分時期分段落分水位區(qū)防護(hù)等原則。在不同庫岸地質(zhì)結(jié)構(gòu)及庫岸再造類型中采用不同的防護(hù)結(jié)構(gòu),如砌石坡式防護(hù)、防護(hù)林帶、格構(gòu)錨固、擋土墻、抗滑樁、噴錨等。一般水庫路基以防滲為主,排滲為輔,沿河路基采用排滲措施為主[6]、[7]。林文騰認(rèn)為外福線鐵路路基應(yīng)該按沖刷設(shè)置防護(hù),這樣在蓄水前根據(jù)閩江沿岸基巖裸露或埋藏不深,設(shè)計(jì)將防護(hù)工程的基礎(chǔ)埋入基巖,就會杜絕蓄水后坍岸威脅行車安全,耗費(fèi)巨資整治的現(xiàn)象[1]。

2 庫區(qū)鐵路路基防護(hù)工程設(shè)計(jì)

某新建水電站,庫區(qū)內(nèi)存在既有鐵路。水庫設(shè)計(jì)蓄水位高程及溢洪道頂面高程均為 1433.60m,壩頂高程 1435m。壩址軸線對應(yīng)鐵路里程為K 97+910,軌頂面高程為 1436.10m,路肩高程為 1435.40m。

庫區(qū)范圍內(nèi)主要分布地層有:人工填土、漂卵石土和塊碎石土、震旦系中統(tǒng)燈影組(Zbdn)白云巖夾白云質(zhì)灰?guī)r

電站蓄水后,將使庫區(qū)范圍內(nèi)的鐵路路基長期處于浸泡狀態(tài),路基的巖土物理力學(xué)指標(biāo)降低,需對庫區(qū)鐵路路基進(jìn)行防護(hù)。

根據(jù)有關(guān)規(guī)范及庫區(qū)蓄水后對鐵路的影響,防護(hù)工程設(shè)計(jì)措施有:

(1)作邊坡防護(hù)。受庫區(qū)蓄水影響的 K 96+760～K 96+795、K 96+821～ K97+175、K 97+285～ +590及 K 97+610～+871四段共 955m長的鐵路右側(cè)邊坡作防護(hù)。具體措施為邊坡下部設(shè)護(hù)腳墻,邊坡作漿砌片石護(hù)坡。

為保證邊坡穩(wěn)定及減輕路基受水浸泡影響,護(hù)坡邊坡率設(shè)為 1∶1.75,墻后及邊坡幫填部分用滲水土填筑。考慮到庫區(qū)波浪浸襲高、雍水高及回水坡度的影響,防護(hù)高度K 96+760～K97+000段高出蓄水水位 2.5m、K97+000～K 97++500段高出蓄水水位 2.0m,K 97+500～大壩高出蓄水水位1.5m。

(2)不作邊坡防護(hù)。K 96+760上游地段,因蓄水位小于1/100洪水位 2.8m以上,庫區(qū)蓄水后并未增加對鐵路路基的影響,不作防護(hù)。因 K 96+795～K96+821段工務(wù)段正在做防護(hù)施工、K 97+175～K 97+285及 K97+590～K97+610兩段右側(cè)平臺較寬,庫區(qū)至鐵路有一定的安全距離,且邊坡下部大塊石較多,不作防護(hù)。K 97+871～K 97+910(大壩)段已做了鋼筋混凝土擋墻及鋼筋混凝土護(hù)坡,不再做防護(hù)措施。

(3)作涵洞出口鋪砌。為防止庫區(qū)內(nèi)既有鐵路涵洞出口對邊坡的沖刷,對 K 96+888.9、K 97+010.8、 +091.9、 +224、+303.2、+410、+575.3、+749.5等八個涵洞出口作鋪砌處理,原來有鋪砌但鋪砌長度不足的作接長處理。

(4)基坑采用漿砌片石回填和加深埋置深度。庫區(qū)內(nèi)主要以淤積為主,對鐵路邊坡的穩(wěn)定有利。在庫區(qū)完全泄洪時,在壩前約 100m范圍內(nèi)受水流沖刷影響較大。為保證護(hù)腳墻的穩(wěn)定,基坑回填采用M 7.5漿砌片石回填,并在壩前100m范圍內(nèi),護(hù)腳墻的基礎(chǔ)埋置深度加深至 2.5～4.5m。

3 防護(hù)工程設(shè)計(jì)的安全評估

安全評估采用現(xiàn)場調(diào)查、計(jì)算分析、工程類比的方法進(jìn)行。

計(jì)算考慮設(shè)計(jì)的擋土墻在浸水狀態(tài)、非浸水狀態(tài)、泄洪狀態(tài)(擋土墻墻前墻后有水位差的狀態(tài))3個工況。對庫區(qū)鐵路路基各典型斷面設(shè)計(jì)的計(jì)算結(jié)果表明,設(shè)計(jì)的擋土墻的滑動穩(wěn)定性、傾覆穩(wěn)定性、地基應(yīng)力、墻底截面強(qiáng)度滿足規(guī)范要求。

《鐵路路基設(shè)計(jì)規(guī)范》(TB 10001-2005)第 3.0.3條規(guī)定,水庫路基的路肩高程,應(yīng)高出設(shè)計(jì)水位加波浪侵襲高加雍水高(包括水庫回水及邊岸雍水),再加 0.5m。當(dāng)按規(guī)定洪水頻率計(jì)算的設(shè)計(jì)水位低于水庫正常高水位時,應(yīng)采用水庫正常高水位作為設(shè)計(jì)水位。《鐵路特殊土路基設(shè)計(jì)規(guī)范》(TB 10035-2006)第 13.2.1條規(guī)定,邊坡浸水防護(hù)高程,應(yīng)大于設(shè)計(jì)水位加波浪侵襲高或斜水流沖高加雍水高(包括河道卡口或建筑物造成的雍水、河灣水面超高、橋前水面拱坡附加高)加河道淤積影響高度加不小于 0.5m的安全高度。《鐵路特殊土路基設(shè)計(jì)規(guī)范》(TB 10035-2006)14.3.2條規(guī)定,路基浸水部分應(yīng)采用滲水土填筑。《鐵路特殊土路基設(shè)計(jì)規(guī)范》(TB 10035-2006)第 14.3.3條還規(guī)定,路基邊坡的防護(hù)應(yīng)符合下列要求。

(1)路基邊坡浸水防護(hù)頂面高程因?yàn)榫€路設(shè)計(jì)水位(當(dāng)線路設(shè)計(jì)水位低于水庫正常高水位時,采用水庫正常高水位為設(shè)計(jì)水位)加波浪侵襲高加安全高度 0.5 m,底面高程應(yīng)為水庫設(shè)計(jì)低水位減波浪影響深度(可采用 2～2.5倍低水位時的波浪高)。當(dāng)蓄水初期由于浸水或水流的作用影響邊坡穩(wěn)定時,防護(hù)底面至路基坡腳之間的坡面應(yīng)進(jìn)行適當(dāng)防護(hù)。淤積較快的地段,可采用臨時防護(hù)措施。

(2)防護(hù)頂面高程下一邊坡坡率可比非浸水路基的邊坡坡率放緩一級。當(dāng)浸水較深或條件復(fù)雜時,應(yīng)經(jīng)穩(wěn)定性檢算確定。

從計(jì)算分析結(jié)果及施工設(shè)計(jì)圖中可以看出,路基防護(hù)工程措施安全有效,符合規(guī)范要求。但是對于靠近大壩附近的K 97+610～K 97+871段,設(shè)計(jì)采用的防護(hù)高度為高出蓄水水位 1.5m,建議防護(hù)高度高出蓄水水位 2.0m。防護(hù)工程實(shí)施后將有效地防止鐵路側(cè)庫區(qū)坍岸、邊坡坍溜及滑坡病害的發(fā)生,保障鐵路運(yùn)營的安全。電站運(yùn)行 2年以來,庫區(qū)鐵路運(yùn)營正常,無病害發(fā)生。

4 結(jié)論

(1)庫區(qū)鐵路路基防護(hù)工程要考慮各種不利因素,對于蓄水位、泄洪、沖刷的影響要充分考慮。

(2)某庫區(qū)鐵路路基防護(hù)工程設(shè)計(jì)符合規(guī)范要求,支擋工程能夠保證鐵路路基邊坡的安全。

(3)建議加強(qiáng)鐵路路基和水庫監(jiān)測,發(fā)現(xiàn)異常及時處理,確保鐵路運(yùn)營安全。

[1]林文騰.水口庫區(qū)外福線濱江路基應(yīng)按防沖刷設(shè)置防護(hù)[J].鐵道工程學(xué)報(bào),2000,(4):74-77

[2]黃谷豐.重視水位對路基穩(wěn)定的影響[J].中國市政工程,2005(4):6-7

[3]張宗堂.隴海鐵路路基受寶雞峽加壩影響及加固措施初探[J].路基工程,2001(4):25-27

[4]鐵道部第一勘測設(shè)計(jì)院.鐵路工程設(shè)計(jì)技術(shù)手冊—路基[M].北京:中國鐵道出版社,1992

[5]交通部第二勘察設(shè)計(jì)院.公路設(shè)計(jì)手冊—路基(第 2版)[M].北京:人民交通出版社,2001

[6]蔣凱,何良德 .水庫地區(qū)路基的防護(hù)研究[J].石家莊鐵道學(xué)院學(xué)報(bào),2006,19(3):98-103

[7]何良德,宗澤.水庫地區(qū)路基斷面設(shè)計(jì)與防滲設(shè)計(jì)[J].石家莊鐵道學(xué)院學(xué)報(bào),2006,19(4):88-93