高速鐵路危巖落石加固防護(hù)設(shè)計(jì)綜述

曾小波 陳利容

(1.中鐵二院工程集團(tuán)有限責(zé)任公司，四川 成都 610031； 2.中建基礎(chǔ)設(shè)施勘察設(shè)計(jì)建設(shè)集團(tuán)有限公司，四川 成都 610031)

1 概述

近十年來，中國高鐵飛速發(fā)展，現(xiàn)已建成"四縱四橫"的龐大高鐵網(wǎng)絡(luò)，而"八縱八橫"的雄偉藍(lán)圖也正在描繪當(dāng)中。統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)表明，截至2018年年底，中國已開通高鐵2.9萬km，占世界高鐵總量的2/3，成為世界上高鐵里程最長、運(yùn)輸密度最高、成網(wǎng)運(yùn)營場景最復(fù)雜的國家。

由于高鐵運(yùn)行速度快，缺乏智能化預(yù)警系統(tǒng)，稍有不慎，如遇危巖落石上道，將會(huì)嚴(yán)重危及行車和生命安全，造成不可挽回的損失。因此，危巖落石加固防護(hù)是高鐵建設(shè)中一個(gè)重要環(huán)節(jié)，必須嚴(yán)防危巖落石風(fēng)險(xiǎn)，確保高鐵運(yùn)營安全。

2 危巖落石的存在形態(tài)(類型)

危巖是指陡峭的巖石邊坡上，巖體內(nèi)部受到多組結(jié)構(gòu)面的切割，存在一些搖搖欲墜的巖塊。在某些因素影響下危巖將墜落下來，其規(guī)模大者稱為崩塌，僅個(gè)別巖塊崩落稱為落石[1]。落石病害多見于覆蓋層薄、植被甚少、巖體大部分裸露、褶曲斷裂和風(fēng)化較為嚴(yán)重的陡坡地段。

根據(jù)現(xiàn)場危巖落石進(jìn)行分析，危巖落石存在形態(tài)主要有：

1)零星山體裸露巖石：在自然坡面上，存在個(gè)別零星巖石矗立在邊坡上，如圖1所示；

2)破碎坡面：硬質(zhì)巖邊坡的節(jié)理、裂隙發(fā)育，形成破碎的坡體碎塊，如圖2所示；

3)陡峭巖體：多依附于體積較大的母巖上，由于受結(jié)構(gòu)面切割，整體性差，易發(fā)生崩塌、落石現(xiàn)象，如圖3所示；

4)倒懸?guī)r體：在外力作用下陡峭巖體基礎(chǔ)部分被掏空，形成倒懸的巖體，如圖4所示。在重力和其他外力作用下，以上幾種情況都容易發(fā)生落石現(xiàn)象，危及鐵路行車安全。

3 危巖落石加固防護(hù)設(shè)計(jì)

危巖落石加固防護(hù)設(shè)計(jì)應(yīng)分階段、有針對性地進(jìn)行動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)，可分為三個(gè)階段：

1)勘測選線階段；

2)調(diào)查設(shè)計(jì)研究階段；

3)現(xiàn)場施工及動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)。各階段均應(yīng)高度重視，爭取做到有問題早發(fā)現(xiàn)、早解決，為高鐵建設(shè)爭取寶貴時(shí)間，同時(shí)可避免前期不重視，后期補(bǔ)救增加額外的工程措施費(fèi)，產(chǎn)生不必要的浪費(fèi)。

3.1 勘測選線階段

勘測選線階段，應(yīng)高度重視危巖落石對選線的影響，可通過調(diào)查、了解附近既有線危巖落石的情況，區(qū)域地貌、地質(zhì)特點(diǎn)或通過無人機(jī)航拍，收集沿線危巖落石的影像、相片等相關(guān)資料，了解線路經(jīng)過區(qū)域危巖落石分布、規(guī)模，選線時(shí)應(yīng)盡量繞避大型危巖，危巖落石密集區(qū)或巖堆等危險(xiǎn)區(qū)域，必要時(shí)進(jìn)行線路方案綜合比選，確定最優(yōu)方案。

3.2 調(diào)查設(shè)計(jì)研究階段

線路方案確定后，針對難以繞避的小型、零星危巖落石，開展設(shè)計(jì)前應(yīng)對危巖落石進(jìn)行現(xiàn)場詳細(xì)調(diào)查，確定其分布范圍、規(guī)模、體積大小，對危巖落石存在形態(tài)進(jìn)行分類，并做好相應(yīng)的標(biāo)注、記錄，分析危巖落石可能對鐵路產(chǎn)生的危害，以便有針對性的進(jìn)行設(shè)計(jì)及方案比選。必要時(shí)應(yīng)對體積大、危害大的危巖落石進(jìn)行專項(xiàng)風(fēng)險(xiǎn)評估。

3.2.1 通過危巖落石區(qū)的線路工程方案

通過現(xiàn)場調(diào)查，在詳細(xì)了解危巖落石具體分布、規(guī)模和存在形態(tài)等基礎(chǔ)上，通過綜合比選確定危巖落石區(qū)的線路工程方案。對危巖落石進(jìn)行加固防護(hù)后，落石能得到有效控制的段落，原則上可采用路基形式通過；對危巖落石進(jìn)行加固防護(hù)后，仍有可能存在落石風(fēng)險(xiǎn)，但可通過設(shè)置明洞、棚洞等措施消除風(fēng)險(xiǎn)，此類情況，可采用隧道(明洞或棚洞)形式通過；對風(fēng)險(xiǎn)性較高的危巖落石，難以通過加固防護(hù)解決時(shí)，原則上對危巖落石進(jìn)行清除處理，結(jié)合加固防護(hù)的方案，或者進(jìn)行清除方案與線路繞避方案的綜合比較，根據(jù)結(jié)果確定最佳方案。

3.2.2 危巖落石的輔助設(shè)計(jì)

危巖落石加固防護(hù)可借助計(jì)算機(jī)進(jìn)行輔助設(shè)計(jì)，采用數(shù)值仿真分析，模擬危巖落石可能經(jīng)過的區(qū)域、運(yùn)動(dòng)方式和軌跡，以便確定合理攔截位置和高度，防護(hù)能級(jí)和防護(hù)措施，有針對性地對危巖落石進(jìn)行加固防護(hù)設(shè)計(jì)。

3.2.3 危巖落石的防護(hù)設(shè)計(jì)

危巖落石加固防護(hù)分為主動(dòng)防護(hù)和被動(dòng)防護(hù)，其中主動(dòng)防護(hù)措施主要有清除、支頂、錨桿(索)錨固、主動(dòng)防護(hù)網(wǎng)、嵌補(bǔ)封填等，被動(dòng)防護(hù)措施主要有被動(dòng)防護(hù)網(wǎng)、簾式網(wǎng)等柔性防護(hù)、攔石墻、落石槽、明洞、棚洞等。危巖落石防護(hù)設(shè)計(jì)可根據(jù)危巖落石具體情況，采用主動(dòng)防護(hù)、被動(dòng)防護(hù)或主被動(dòng)防護(hù)相結(jié)合的防護(hù)形式。

結(jié)合以往工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，根據(jù)危巖落石的具體存在形態(tài)，危巖落石可采用以下措施進(jìn)行加固防護(hù)。

1)零星山體裸露巖石的加固防護(hù)，應(yīng)根據(jù)裸露巖石的穩(wěn)定性及破碎程度而定，對穩(wěn)定性好、較完整的巖石，可采取原位支頂、嵌補(bǔ)，結(jié)合主動(dòng)防護(hù)網(wǎng)、攔石墻等進(jìn)行加固防護(hù)；對節(jié)理裂隙發(fā)育、穩(wěn)定性差的坡面孤石，原則上采用破碎清除結(jié)合坡面防護(hù)，但巖石清除應(yīng)在正線主體工程實(shí)施前完成。

2)破碎坡面的加固防護(hù)，應(yīng)根據(jù)坡面破碎程度采用不同的措施，針對較為破碎的坡面，可采用錨桿+鋼筋網(wǎng)+模注混凝土進(jìn)行加固防護(hù)；針對相對完整的坡面，可采用主動(dòng)防護(hù)網(wǎng)進(jìn)行防護(hù)，坡腳或平臺(tái)處可視地形情況設(shè)置鋼性防護(hù)格柵。

3)陡峭巖體，應(yīng)根據(jù)巖體破碎程度、距線路的距離等綜合分析：a.巖體與線路之間有一定安全距離時(shí)，可在線路與巖體間合適位置設(shè)置一道被動(dòng)防護(hù)網(wǎng)或攔石墻，巖體下方設(shè)置落石槽，巖體采用窗簾式網(wǎng)進(jìn)行覆蓋防護(hù)。b.巖體與線路較近時(shí)，可先對巖體的整體情況進(jìn)行分析，若節(jié)理、裂隙發(fā)育，巖體破碎，優(yōu)先考慮清除破碎巖體至母巖，然后采用窗簾式網(wǎng)進(jìn)行防護(hù)，線路采用明洞或棚洞方案，再結(jié)合被動(dòng)防護(hù)網(wǎng)或攔石墻防護(hù)；若巖體整體性較好，可采用錨桿(索)對巖體進(jìn)行預(yù)加固，再采用窗簾式網(wǎng)，結(jié)合被動(dòng)網(wǎng)或攔石墻進(jìn)行防護(hù)。

4)倒懸?guī)r體，當(dāng)陡峭巖體的基礎(chǔ)受外力作用被掏空便形成倒懸?guī)r體，設(shè)計(jì)時(shí)根據(jù)被加固的巖體體積大小綜合考慮，若倒懸?guī)r體體積較小，可對危巖體進(jìn)行清除處理。若體積較大，且清除較為困難時(shí)，應(yīng)先對巖體進(jìn)行支頂加固，然后參照陡峭巖體防護(hù)措施進(jìn)行加固防護(hù)。

3.3 現(xiàn)場施工及動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)

危巖落石加固防護(hù)施工前，設(shè)計(jì)單位應(yīng)進(jìn)行專項(xiàng)技術(shù)交底，施工技術(shù)人員應(yīng)詳細(xì)閱讀設(shè)計(jì)圖紙，充分理解設(shè)計(jì)意圖，并進(jìn)行現(xiàn)場核對，在核對或施工過程中，若發(fā)現(xiàn)設(shè)計(jì)與現(xiàn)場實(shí)際有出入時(shí)，應(yīng)及時(shí)通知設(shè)計(jì)人員調(diào)整加固防護(hù)措施，采用動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)的原則，施工過程中設(shè)計(jì)應(yīng)加強(qiáng)與施工的配合。

合理組織施工，做好施工計(jì)劃安排，設(shè)計(jì)有對危巖落石進(jìn)行清除處理時(shí)，務(wù)必在正線主體工程實(shí)施前完成清除施工，避免后期再進(jìn)行清除危及主體工程。

4 結(jié)語

危巖落石加固防護(hù)設(shè)計(jì)總體上應(yīng)遵循先勘察、后設(shè)計(jì)，個(gè)別設(shè)計(jì)和動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)的原則。高度重視各階段危巖落石的勘察設(shè)計(jì)，根據(jù)危巖落石的具體情況，針對性地采用相應(yīng)的加固防護(hù)措施。加強(qiáng)現(xiàn)場核對，以便進(jìn)行動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)。危巖落石加固防護(hù)設(shè)計(jì)還應(yīng)兼顧環(huán)境保護(hù)，盡可能不破壞原有自然環(huán)境或增設(shè)綠色植物防護(hù)等。