贛龍擴能施工圖設計路基風險評估探討

郭堅鴿

(中鐵第四勘察設計院集團有限公司，湖北武漢 430063)

眾多的工程實踐表明，風險評估對工程的安全具有非常重要的意義。路基風險評估是一項全新的工作，目前尚處于研究階段，沒有正式頒布的國家和行業標準。在鐵路系統風險評估中，目前有一定進展的是隧道工程，在文獻［1，2］中對各個勘察階段隧道的風險評估進行了規定，相關的單位也進行了一些研究［3-5］。從勘察設計的角度，參照隧道工程的風險評估方法對贛龍擴能施工圖階段的路基風險評估進行了探討，供相似工程參考。

1 工程概況

贛龍鐵路擴能改造工程位于江西省東南部、福建省西南部。西起江西省贛縣，東至福建省龍巖市，途徑江西省贛縣、于都縣、會昌縣、瑞金市，福建長汀縣、連城縣、上杭縣。正線全長249.42 km，其中路基長約55.03 km/220工點，占線路長的22.06%。

正線鐵路等級為國鐵Ⅰ級，雙線，限制坡度6‰，瑞金至龍巖段加力坡13‰，路段旅客列車設計行車速度為 200 km/h，最小曲線半徑:一般3 500m、困難2 800m。正線直線地段標準路基面寬度:單線路基路堤8.8m、路塹9.2m;雙線路基路堤13.2m、路塹13.6m;線間距為4.4m。路基面形狀為三角形，由路基面中心向兩側設4%的橫向排水坡，路基面加寬時，路基面仍保持三角形形狀。

2 工程地質條件

2.1 地形地貌

贛州至瑞金段，主要為丘陵及丘間谷地區，部分地段為河流階地區。地面起伏較大，自然斜坡一般為20°～35°，地面高程為 50～350m，相對高差為 50～200m，地表植被較發育。因山體巖層風化強烈，局部水土流失較嚴重。河流階地較發育，形成較寬闊的階地區。

瑞金至龍巖段，屬于武夷山東側的閩西中低山區，山間谷地發育，局部有丘陵及河流階地分布。山體受斷裂及褶皺構造的制約，大多呈北北東走向，地形較陡峻，地面高程為 200～1 200m，相對高差為 200～1000m，自然斜坡一般為 35°～45°，局部達到 60°～70°。地表大多植被茂密，除人工開挖外，基巖裸露地表少見，但河田附近因水土流失嚴重，植被稀少，多為丘陵與谷地相間地形，地面起伏小。沿線河流與山脈的延伸方向受構造線的控制，并與構造線的走向基本一致;河谷形態多為“V”字形。

2.2 地層巖性

沿線地層從老到新均存在，因褶皺、斷裂及侵入巖體的作用，地層分布較雜亂，部分地層缺失。中低山、丘陵區主要分布多期次侵入花崗巖類地層;寒武系主要為變質砂巖、長石石英砂巖、板巖;志留系—奧陶系主要為千枚狀頁巖、板巖、變質石英砂巖;泥盆系，二疊系，侏羅系，白堊系，第三系的礫巖、砂礫巖、砂巖、粉砂巖、灰巖夾頁巖等沉積巖地層，偶夾煤線。第四系地層分布范圍廣，厚度變化大，成因類型復雜，河流階地，低山丘陵，山間谷地主要分布沖洪積、坡殘積黏土，粉質黏土，砂卵礫石層，厚度2～30m不等。階地、山間谷地、丘間谷地部分地段存在厚2～10m的松軟土或軟土(淤泥質黏性土)，局部厚度大于10m。

2.3 地質構造

線路所經區域在大地構造上屬于贛中南褶隆、閩西南拗陷帶兩個二級地質構造單元，其中贛州至瑞金段屬于贛中南褶隆，瑞金至龍巖段屬于閩西南拗陷帶。

2.4 水文地質

本線所經地區的地下水主要為第四系孔隙水、基巖裂隙水和巖溶水。第四系孔隙水主要分布于谷地、河流及其階地和沖洪積平原的第四系沖洪積砂類土和碎石類土層中;高階地砂礫石層含有少量上層滯水。基巖裂隙水分布不均，主要賦存于低山丘陵區巖石的構造裂隙、層間裂隙以及風化裂隙中，在斷層破碎帶、侵入巖接觸帶、褶皺核部裂隙密集帶及揉皺強烈發育帶等儲水構造中水量較豐富;本線部分地段有碳酸鹽巖分布，巖溶現象發育，白堊系、第三系含鈣巖層亦有溶蝕現象，巖溶水十分發育。

2.5 地震動參數

根據1/400萬《中國地震動參數區劃圖》(GB18306—2001)和地震安全評估報告，沿線地震動峰值加速度為0.05g，反應譜特征周期為0.35 s。

2.6 不良地質和特殊巖土處理措施

本線不良地質類型主要為危巖落石和崩塌、滑坡、巖溶、人為坑洞等。全線特殊巖土主要為分布于河流沖積一級階地和谷地的軟土、松軟土及高階地上中上更新統的粉質黏土。

3 路基風險等級劃分

參考《鐵路隧道風險評估與管理暫行規定》(鐵建設［2007］200號)，根據事故發生的概率和后果等級，將路基風險等級分為四級，見表1。

結合贛龍鐵路路基工程的特點，依據風險評估的內容，將上述風險等級劃分原則細化為路堤填高、路塹挖深、不良地質、特殊巖土、并行既有線等定量及定性指標，沿線路基工點按照以下原則進行風險評估。

表1 風險等級標準

(1)極高風險

包括巖溶特別發育地表塌陷明顯的路基、鄰近既有線巖溶路基、路塹上方為公路的路基、采空區等不良地質地段路基。

(2)高度風險

緊鄰既有線路基、既有線改造路基、其他建筑物對鐵路有影響路基。

小型滑坡、小型危巖落石、小型淺表性采空區等不良地質工點。

路塹邊坡:微弱膨脹土、紅黏土高超過15m，一般土層全風化層高超過20m，軟質巖邊坡高超過25m，硬質巖邊坡高超過35m地段。順層路塹，節理裂隙發育路塹，地下水發育路塹。

路堤:陡坡路堤，軟土路基。高路堤:填高大于12m。巖溶路基:覆蓋層厚度35～25m，線巖溶率 ＞15%;覆蓋層厚度25～15m，線巖溶率＞10%;覆蓋層厚度＜15m，線巖溶率＞5%。

浸水路基等。

(3)低度風險

路塹邊坡:一般土層、風化層和軟質巖邊坡高小于6m，巖層高邊坡高度小于10m。路堤:對于非軟土、松軟土地段，填高小于6m的路堤;低填淺挖時，當地下水發育或地下水位高、基床地基土性質不良等除外。

(4)中度風險

除開上述情況外為中度。

特殊條件根據具體情況進行分析，當多種因素疊加時，按風險因素和影響程度劃分，取高風險等級。

4 路基風險評估和典型工點風險評估

4.1 路基工程總體風險評估

路基工程按評估內容分為路塹、路堤、既有線或其他建筑物影響路基等幾種情況。

按照上述風險評估的原則，根據地質條件、路基情況、設計措施，分析主要風險因素，評價該工點的初始風險等級，并提出相應的風險對策和工程措施，評估殘留風險等級。

一般對線路中心挖方超過20m的地段原則以隧道形式通過，部分剩余邊坡較高的危險路塹在施工圖設計階段經過風險排查，改為明洞形式通過。全線以路塹形式邊坡高度超過30m以上15處，超過20m以上39處，其中最高路塹邊坡41.5m，總體評判路塹高邊坡風險程度為中度。

全線路堤地基條件較好，路堤工程存在風險主要在于工后沉降控制、路基本體填筑和路基穩定三方面，相應工點類型可分為高路堤、軟土松軟土及一般地基處理路堤、陡坡路堤。

既有線或其他建筑物影響路基。既有線改造或緊鄰既有線施工有很高的施工風險，如施工控制不嚴格，極易造成施工安全與既有線運營安全等隱患，風險等級高或極高。施工圖設計中，根據具體的風險因素分別采取了施工便道、臨時封鎖、減速慢行、防護排架、設置臨時防護等措施，石質路塹設計控制爆破，確保既有線運營和施工的安全，同時還要求施工前施工單位應編制施工方案、安全措施等文件，報業主和路局批準后方可施工，有效降低了施工安全風險，保證既有線安全運營。

經對各路基工點進行逐一評估，大部分路基工點的初始風險等級評定為高度—中度，少部分路基工點的初始風險等級為低度。各路基工點采取相應工程設計處理措施后的殘留風險等級為低度—中度。

贛龍擴能鐵路風險路基概況見表2。

表2 贛龍鐵路風險路基概況一覽

4.2 典型工點風險評估

(1)DK105+250～DK106+350石門圩站

石門圩站地形地貌為丘陵及谷地，丘陵地勢起伏，自然坡度25°～40°，巖溶發育，局部坡面出露灰巖溶槽，坡面發育危巖孤石。谷地平坦，多辟為水塘、馬路、農田、房屋及車站、采石場。谷地表層局部為淤泥質粉質黏土，褐黃、褐紅色，軟—流塑，層厚0～6.0m;其下為粉質黏土，褐黃、褐紅色，硬塑，層厚5～20.0m;下覆C3c灰巖，灰白色，弱風化。溶蝕較發育，局部可見溶槽。多個鉆孔揭示巖溶呈串珠狀，溶洞大小1～18.3m，埋深5.5～29m不等，多無充填，部分充填軟塑粉質黏土，平均線巖溶率為60.5%。DK105+866～DK106+106段線路傍山而行，山坡表層為灰巖殘坡積層，由灰巖風化塊石夾粉質黏土組成，灰巖塊石較大，粉質黏土約占25%～40%，巖石風化溶蝕現象嚴重，分布危巖落石，右側邊坡高達32m;同時該段山坡坡體及坡腳溶蝕發育較深，因修建既有線，局部地段表層多為人工棄土，含大量塊石，層厚約為0～4.5m，部分既有路基亦為棄土填筑。

地基處理措施根據棄土、松軟土厚度，分別采用換填、CFG樁等處理措施;巖溶地段采用鉆孔注漿加固，加強沉降觀測;部分地段路塹邊坡高達32m，采用預應力錨索、三維生態護坡，并在危巖落石分布地段塹頂針對性地設被動攔石網等防護措施。基床換填時，應采用鋼軌樁等措施對既有線進行臨時防護。

石門圩站主要風險在于松軟土、巖溶深路塹及危巖落石且離既有線近，在進行施工過程中，應根據既有線運營單位要求，采用“要點”、緩行等措施。

同時，其他部分施工中，應注意相關機具、人員對既有線的干擾，作好隔離和防護措施，相關施工影響既有行車安全時，施工方案報設備管理單位的審批。

既有線施工中應加強對既有線的變形監測和作好應急預案，發現有變形跡象時應立即停止施工，按照相關預案進行處理。

鑒于以上因素，石門圩站路基評估為高度風險路基，應按照要求作好風險控制，其殘余的風險等級為中度—低度。

(2)DK139+127.72～DK139+200陡坡、順層深路塹

本段地形地貌為低丘，地形起伏較大，相對高差30～80m，自然坡度15°～30°;表層為 Qel+dl粉質黏土，黃褐色，硬塑，局部夾礫石，層厚0～2.0m，下伏為∈1變質砂巖夾板巖，黃褐色，全風化—弱風化，節理裂隙較為發育，全風化厚4～19m，強風化厚度＞6m。巖層產狀210°∠25°，巖層走向與線路夾角 23°，與橫剖面夾角67°，視傾角23°14'。左側順層，為順層路塹，部分層面常含有軟弱夾層，開挖極易發生滑動，線路左側鄰近既有贛龍線。

該段路塹中心最大挖深約11.48m，順層產狀23°14'，屬最易發生滑動的范圍，設計措施采用順巖層產狀放坡開挖，開挖坡率1：1.75，開挖后左側最高路塹邊坡約27m;坡腳設擋墻護腳。為防止因產狀變化出現淺層順層滑動和風化剝落，擋墻頂上部一級邊坡坡面采用預應力錨索+掛網基材植生防護，二級邊坡坡面采用框架錨桿+基材植生護坡防護。右側為陡坡路堤地段，為避免放長坡填土需設支擋，采用路堤樁基擋墻、路堤擋墻防護等措施。

開挖過程中該段路基極易發生順層滑動，應嚴格按照設計的坡率進行分段刷方分段固腳，經評估，該段路基為高度風險路基，放坡開挖坡腳加固等設計措施后其殘余的風險等級為中度—低度。

5 結束語

(1)在參考隧道的風險評估方法的基礎上，按照路堤填高、路塹挖深、不良地質、特殊巖土、既有線等定量及定性指標，初步建立了鐵路路基風險評估指標體系和風險分級方法，對路基工點的風險進行了評估，可用于指導施工圖設計和現場施工。

(2)路基風險評估是一項全新的工作，本文僅進行了探索性的分析，以期積累資料，形成改擴建路基工程風險評估體系和標準。

［1］鐵建設［2007］200號 鐵路隧道風險評估與管理暫行規定［S］

［2］鐵建設［2010］162號 鐵路建設工程安全風險管理暫行辦法［S］

［3］王志剛.淺議鐵路隧道風險評估相關問題［J］.中國新技術新產品，2011(20):201-201

［4］許增榮.鐵路隧道工程地下水風險評估探析［J］.鐵道工程學報，2011(6):39-43

［5］李明.高速鐵路隧道施工風險管理技術探索［J］.隧道建設，2010，30(2):173-178

［6］陳赤坤，鄭長青，曹磊.鐵路隧道風險評估體系的研究和探討［J］.鐵道標準設計，2007(Z1):12-16