某實訓基地邊坡落石防護方案研究

(中鐵上海設計院集團有限公司， 上海 200070)

某實訓基地邊坡落石防護方案研究

郭迎琦

(中鐵上海設計院集團有限公司， 上海 200070)

邊坡落石經常給邊坡下部的建筑物以及人員活動造成危害，對存在落石隱患的邊坡進行有效的防護能為建筑物和人員活動提供安全保障。以西湖景區某鐵路職工培訓基地為例，根據前期勘察，以及采用三維激光掃描技術對邊坡進行掃描，運用Rockfall軟件分析落石的運動軌跡及沖擊能量，為方案設計提供基礎數據。通過方案論證、方案設計，以及業主組織的專家審查，最終確定柔性防護網的防護方案。

邊坡落石；三維激光掃描；Rockfall軟件；柔性防護網

0 引言

危巖是指陡峭邊坡上多組結構面切割，在重力、風化營力、地震力、和滲透壓力等作用下，可能與母巖分離而墜落的巖石塊體。當危巖體與母巖徹底分離，以某種方式向坡下運動時則稱為“落石”，落石對其前方的建筑物及人員活動會造成很大的危害，必須采取有效的措施進行防護。目前國內采用的防護形式較多，如主動網、掛網噴漿、簾式網、被動網、攔石墻等方法，限制落石的運動，或者攔截落石等方式，本文以某實訓基地操場東側高陡邊坡為研究對象，根據運動學計算原理，運用ROCKFALL程序，綜合模擬并預測落石可能達到的區域，選擇安全、經濟合理的防護措施。

1 實訓基地邊坡概況

實訓基地位于西湖景區范圍內，2012年12月實訓基地邊坡發生落石，落石從邊坡頂部滾落，到坡腳后直接擊穿建筑物側墻，建筑物是實訓基地培訓人員的居住地，當時建筑物內沒有人員活動，雖然未造成人員傷害，但是造成的后果很嚴重。實訓基地東側操場邊坡為九十年代中期行車的高陡邊坡，坡面主要為巖質邊坡，巖性為凝灰質砂巖，強～弱風化，邊坡高度約為50-76m，邊坡坡率1:0.3～1:1。根據現場地質調查及三維掃描軟件對操場區域邊坡的掃描，由于開采爆破使坡面裂隙張開，形成縱橫交錯的裂隙，在重力、風化營力、地表水滲透壓力等作用下與母巖逐漸分離，形成潛在的危巖、

落石，成為安全隱患，威脅實訓基地內的建筑物及人員安全。落石的質量主要集中在5000～8000kg之間，見圖1。

圖1 場地地形地貌及落石圖

2 落石運動模擬分析

本文采用ROCKFALL軟件對該落石進行模擬分析。

2.1 模擬剖面

根據現場的詳細調查，采用三維激光掃描技術，通過掃描得出坡面的三維影像(圖2)及切面數據，能更加準確的模擬出落石的運動軌跡。

落石初始條件：

在斜面頂部的下落：水平初速度為0m/s，豎向初速度為0m/s。

計算落石粒徑：半徑0.78m大小的落石。

落石的密度：2500 kg/m3。

落石重量：5000 kg。

落石位置：坡頂。

跌落統計次數：500次（根據此次數進行概率統計）。落石計算結果

圖2 操場三維激光掃描影像

計算后可得到防護網設計需要的落石運動軌跡、落石彈跳高度、落石沖擊能量、落石運動速度、落石落點統計等參數。見圖3～圖7。

圖3 斷面落石運動軌跡圖

圖4 最大彈跳高度包絡線

圖5 最大沖擊能量包絡線

圖6 最大運動速度包絡線

圖7 落點統計圖

結論：通過落石分析軟件計算結果可知，落石在邊坡頂部發生滾落運動中產生的最大彈跳高度為16m，最大沖擊能量約為2000kJ，落石最大沖擊速度約為32m/s，落石落點位于橫坐標58m--85m范圍內。落石在邊坡腰部發生滾落運動中產生的最大彈跳高度為4.6m，最大沖擊能量約為2000kJ，落石最大沖擊速度約為22m/s，落石落點位于橫坐標58m--65m之間。該處落石的運動特點為能量大、速度快，彈跳高度較大，大部分落石在快接近山腳的位置直接彈跳并跨過山腳飛向操場中。通過上述結果分析，有必要對該處山體進行落石防護。

3 防護措施

3.1防護措施比選

邊坡治理的防護措施通常有攔截措施（攔石墻或被動網）、坡面防護措施（主動網、張口式簾式網）。初定三種方案，方案一采用攔截措施，方案二采用全坡面覆蓋措施，方案三采用落石引導措施（張口式簾式網）。

方案一：采用傳統的攔石墻或者被動網等防護措施。采用攔石墻存在的問題：如若在坡腳設置攔石墻，則攔石墻的則非常高大，工程量大、費用高，且不美觀，影響操場的使用功能。若采用被動網，根據ROCKFALL模擬成果，被動網需要設置在遠離坡腳25m左右的位置，才能保證安全，這樣坡腳至被動網這段范圍，將不能使用，極大的壓縮了操場的使用范圍，這個是業主所不能接受的。

方案二：采用主動網防護，主要是通過網子和錨桿的作用，使網子限制坡面巖體的剝落、危巖崩塌等其他形式的破壞，以避免災害的發生。若采用主動網，則需要全坡面采用主動網防護，防護量巨大，且需要清除邊坡上的植被，費用很大，且對景觀影響較大。根據以往的工程案例，由于坡面節理裂隙發育，坡面結構較松散，自穩性能相對較差，采用主動網防護有一定的風險。根據現場調查，在本工點距離不遠的一些高陡邊坡采用了主動網防護，發現了主動網“鼓肚子”現象（圖8），而且一些主動網隨著此現象的發展，網子已經發生破壞。

圖8 主動網防護示意圖

方案三：采用落石引導措施，即簾式網防護技術（圖9），通過柔性網的限制作用，將落石控制在一定范圍以內。根據ROCKFALL模擬成果，本工點采用防護能級為2000 kJ張口式簾式網，將網子固定在邊坡高度約30m左右的位置，采用鋼柱支撐起網子，鋼柱長度5m，邊坡上所有的落石都是落入網子內，落石會沿邊坡滑落到防護網底部的落石收集區，從而消除落石的危害，而且邊坡不用全坡面覆蓋，且不需要清除防護標高以上的植被，投資節省，對景觀影響較小。簾式網不占用操場的空間，且能滿足邊坡落石防護能級的要求。

經充分的調查和論證以及業主部門的認可，選定張口式簾式網對邊坡進行防護，在安全、經濟、景觀上和工期都能滿足實訓基地高陡邊坡落石防護工程的需求。

圖9 張口式簾式網防護示意圖

4 結語

（1）采用三維激光掃描技術和ROCKFALL落石分析軟件，所得出邊坡落石的軌跡及沖擊能，為方案設計提供了技術支撐。

（2）由于工點處于景區范圍內，對植被的保護要求非常嚴格，采用張口式簾式網對邊坡進行防護，減少了對邊坡植被的清除量。

（3）簾式網具有安全、環保、經濟、易修復等特點，在以后使用期間的養護維修的工作量很少，值得在類似工程中推廣應用。

[1]艾樹波，焦海峰，呂漢川.簾式網在門頭溝靈山路邊坡落石防護工程中的應用.成都：路基工程，2015.

[2]熊劍，鄧輝.滾石運動模擬分析與危險性評價.成都：路基工程,2015.

[3]任鑫. 柔性防護技術在硬質巖石邊坡崩塌落石災害治理中的應用研究. 北京: 《中國地質大學》,2011.

[4]張新光，朱和玲，麥尚德，趙興.露天礦高陡邊坡落石防護墻設計研究.《安全與環境工程》, 2009.

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郭迎琦（1983年4月21日-），男，陜西咸陽人，本科，工程師，主要研究方向：鐵路路基