既有滬昆鐵路水城至六盤水區(qū)間危巖落石整治方案研究

曾 誠, 周關(guān)學(xué), 孫夢雨

(1.中鐵二院工程集團(tuán)有限責(zé)任公司，四川成都 610031；2.四川外國語大學(xué)成都學(xué)院，四川成都 611844)

1 工程概況

安順至六盤水鐵路在水城站接軌后利用既有滬昆鐵路水城至六盤水區(qū)間進(jìn)入六盤水站。水城至六盤水區(qū)間滬昆下行線基本傍山修建，以路堤和半填半挖路基為主，右側(cè)為路塹高陡邊坡，鐵路左側(cè)臨近城市[1]。

由于既有滬昆鐵路水城至六盤水區(qū)間下行線為上世紀(jì)60年代修建的原貴昆鐵路，設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)低，區(qū)間危巖落石危害嚴(yán)重，對危巖落石的整治方案制約著安六鐵路是否能按期開通至六盤水站。

2 區(qū)間內(nèi)危巖落石發(fā)育情況

根據(jù)現(xiàn)場調(diào)查，滬昆下行線K242+580～K243+420危石工點由于右側(cè)邊坡高陡，危石分布多，對行車安全影響較大。具體情況如下。

該段位于水城斷陷盆地邊緣，地形陡峻，坡面高程1 801～2 025 m，自然坡度40 °～70 °，山脊與鐵路高差約224 m，距離鐵路約200 m，為單面坡，斜坡長、陡峭。基巖為石炭系中統(tǒng)黃龍群(C2hn)灰?guī)r，中厚層狀，弱風(fēng)化層，巖層走向與線路近于垂直，傾角51 °，表層溶蝕嚴(yán)重，石筍、石芽發(fā)育，受斷層影響，節(jié)理裂隙發(fā)育，節(jié)理呈張開狀，巖體較破碎，受節(jié)理切割，坡面分布有危巖、落石。坡面植被茂密，底部多為雜木樹，中部為雜草，有淺層覆蓋土，無放牧及耕種。

3 區(qū)間危巖落石整治方案研究

根據(jù)前述地形、地質(zhì)條件及K242+580～K243+420段危巖落石情況，對地面橫坡較緩，高度較低的K242+758～K242+960段修建樁板攔石墻，并在攔石墻上方設(shè)置1道被動網(wǎng)，由于K242+960～K243+330段地形陡峻，采用攔石墻、落石槽、主被動防護(hù)網(wǎng)等綜合防治方案防護(hù)效果難以保證，故K242+960～K243+330.58段采用新建370.58 m棚洞防護(hù)方案，增設(shè)棚洞防護(hù)范圍及樁板攔石墻如圖1所示。

圖1 增設(shè)棚洞方案示意

對于在既有線上修建棚洞的方案，結(jié)合棚洞所采用的材料不同，本次方案分別研究了鋼筋混凝土棚洞、柔性鋼結(jié)構(gòu)棚洞和波紋板棚洞三個方案，具體方案研究情況如下。

3.1 鋼筋混凝土棚洞方案

方案概況：該方案在滬昆下行線K242+960～K243+330.58段增設(shè)鋼筋混凝土棚洞，全長370.58 m。內(nèi)側(cè)(靠山側(cè))結(jié)構(gòu)為重力式擋土墻，外側(cè)結(jié)構(gòu)由立柱和縱梁組成，立柱縱向間距5.45 m，截面尺寸0.8 m×0.8 m；立柱基礎(chǔ)采用樁基礎(chǔ)，樁長14～24 m。縱梁采用現(xiàn)澆，截面尺寸0.8 m(寬)×1.0 m(高)，與立柱連接處加腋。頂梁采用預(yù)制的鋼筋混凝土T形梁及現(xiàn)澆鋼筋混凝土橫頂梁。鋼筋混凝土棚洞方案典型斷面如圖2、圖3所示。

圖2 鋼筋混凝土棚洞方案典型橫斷面

圖3 鋼筋混凝土棚洞方案外墻縱斷面

鋼筋混凝土棚洞工程施工工序：(1)施工準(zhǔn)備(含接觸網(wǎng)、纜線遷改)；(2)挖孔樁施工；(3)立柱及縱梁施工；(4)內(nèi)邊墻；(5)橫頂梁及縱梁施工；(6)T梁預(yù)制；(7)T梁架設(shè)；(8)回填及防水層施工。

施工組織及工期：鋼筋加工廠及臨時材料堆放場設(shè)置在K243+100線路左側(cè)耕地上，拆除臨街房屋即可打通運輸通道，施工材料從人民路運至臨時材料堆放場，然后垂直提升至線路上，最后轉(zhuǎn)運至施工工點。鋼筋混凝土棚洞方案施工工期7個月[2]。

工程投資：鋼筋混凝土棚洞工程投資2 334萬元。

3.2 柔性鋼結(jié)構(gòu)棚洞方案

方案概況：該方案在滬昆下行線K242+960～K243+330.58段增設(shè)柔性鋼結(jié)構(gòu)棚洞，全長370.58 m。棚洞以型鋼框架作為承載體，以柔性網(wǎng)作為防撞體。結(jié)構(gòu)主要組成部件包括：鋼拱架、撐桿、φ18鋼絲繩、消能器、環(huán)形網(wǎng)、雙絞六邊形網(wǎng)及支座等。環(huán)向鋼拱架采用H400型鋼，縱向間距3.0 m；撐桿采用φ114×4鋼管。棚洞內(nèi)側(cè)基礎(chǔ)采用條形基礎(chǔ)，截面尺寸1.0 m×1.5 m；外側(cè)基礎(chǔ)采用樁基托梁，樁基間距6 m，托梁斷面尺寸1.0 m×1.5 m。柔性鋼結(jié)構(gòu)棚洞方案如圖4、圖5所示。

圖4 柔性鋼結(jié)構(gòu)棚洞方案典型橫斷面

圖5 柔性鋼結(jié)構(gòu)棚洞方案軸測圖

柔性鋼結(jié)構(gòu)棚洞工程施工工序：(1)施工準(zhǔn)備(含接觸網(wǎng)、纜線遷改)；(2)挖孔樁施工；(3)托梁施工；(4)鋼架安裝及格柵網(wǎng)鋪設(shè)；(5)廢舊輪胎回填。

施工組織及工期：場地布置及材料運輸方式同鋼筋混凝土棚洞，柔性鋼結(jié)構(gòu)棚洞方案施工工期5個月。

工程投資：柔性鋼結(jié)構(gòu)棚洞工程投資3 353萬元。

3.3 波紋板棚洞

方案概況：該方案在滬昆下行線K242+960～K243+330.68段增設(shè)波紋板棚洞，全長370.68 m。棚洞以波紋板作為防撞體和承載體，波紋板波高300 mm，波距110 mm，壁厚8 mm，材質(zhì)采用Q345B，板片間采用高強(qiáng)螺栓連接，接縫處及螺栓孔采用封縫膠進(jìn)行防水處理。棚洞內(nèi)側(cè)基礎(chǔ)采用條形基礎(chǔ)，截面尺寸1.0 m×1.5 m；外側(cè)基礎(chǔ)采用樁基托梁，樁基間距6 m，托梁斷面尺寸1.0 m×1.5 m。波紋板棚洞方案如圖6、圖7所示。

圖6 波紋板棚洞方案典型橫斷面

圖7 波紋板棚洞方案示意

波紋板棚洞工程施工工序：(1)接觸網(wǎng)拆除及纜線遷改、挖孔樁及托梁施工同柔性鋼結(jié)構(gòu)棚洞；(2)紋板拼裝；(3)舊輪胎回填。

施工組織及工期：場地布置及材料運輸方式同鋼筋混凝土棚洞，波紋板結(jié)構(gòu)棚洞方案施工工期6個月。

工程投資：波紋板棚洞工程投資2 982萬元。

3.4 棚洞方案比選

鋼筋混凝土棚洞、柔性鋼結(jié)構(gòu)棚洞、波紋板棚洞三個方案各方案的優(yōu)缺點比較如下。

從施工工期分析：柔性鋼結(jié)構(gòu)棚洞方案和波紋板棚洞方案可采取工廠化制作，裝配式施工，能節(jié)省時間，滿足按期建成通車要求；鋼筋混凝土棚洞方案通過合理的施工組織亦能滿足按期建成通車的要求。

從防護(hù)危巖落石的效果分析：鋼筋混凝土棚洞防危巖落石能力相對較強(qiáng)，而柔性鋼結(jié)構(gòu)棚洞、波紋板棚洞防危巖落石防護(hù)能力相對較弱，特別是波紋板棚洞一般在大于200 kJ能級的危巖落石作用下就可能發(fā)生向外側(cè)整體傾倒。

從運營維護(hù)上分析：鋼筋混凝土棚洞后期運營維護(hù)工作量小，柔性鋼結(jié)構(gòu)棚洞、波紋板棚洞需要定期檢修，對螺栓連接進(jìn)行檢查，運營維護(hù)工作量相對較大。

從工程投資分析：鋼筋混凝土棚洞較柔性鋼結(jié)構(gòu)棚洞方案、波紋板棚洞方案投資較省。

從運營安全分析：各方案均能基本滿足運營安全需要，鋼筋混凝土棚洞可靠性相對最高，柔性鋼結(jié)構(gòu)棚洞方案居中，波紋板棚洞方案相對較低。

綜上所述，波紋板棚洞方案工期雖然能滿足要求，但其僅能抵御小于200 kJ能級的危巖落石作用，而本處危巖落石分布位置高，下落動能大，因此不宜采用。鋼筋混凝土棚洞方案雖然施工工期較柔性鋼結(jié)構(gòu)棚洞方案稍長，亦能滿足按期建成通車的要求，且比柔性鋼結(jié)構(gòu)棚洞方案投資少、后期運營維護(hù)工作量小、抗危巖落石能力強(qiáng)。

因此，對該段修建棚洞方案推薦采用鋼筋混凝土棚洞方案。

4 鋼筋混凝土棚洞設(shè)計概況

4.1 棚洞限界設(shè)計

本線按旅客列車設(shè)計行車速度100 km/h并通行雙層集裝箱，同時為滿足棚洞段接觸網(wǎng)與路基段接觸網(wǎng)銜接要求，本棚洞距內(nèi)軌頂面凈高為7.7 m，內(nèi)輪廓橫向凈寬按6.7 m設(shè)計。

4.2 棚洞洞身結(jié)構(gòu)設(shè)計

(1)K242+960～K243+330.58路基段增設(shè)棚洞，每三跨一個單元，共計17個單元，一個單元長21.78 m。棚洞縱斷面布置詳見圖8～圖10。

圖8 鋼筋混凝土棚洞外墻縱斷面(2個單元)

圖9 鋼筋混凝土棚洞典型橫斷面1

圖10 鋼筋混凝土棚洞典型橫斷面2

(2)棚洞線路左側(cè)結(jié)構(gòu)由立柱和縱梁組成，立柱縱向間距5.45 m，截面尺寸0.8 m×0.8 m；立柱基礎(chǔ)采用樁基礎(chǔ)，樁長14～24 m。縱梁采用現(xiàn)澆，截面尺寸0.8 m(寬)×1.0 m(高)，與立柱連接處加腋。頂梁采用預(yù)制的鋼筋混凝土T形梁及現(xiàn)澆鋼筋混凝土橫頂梁。T型梁間的縫采用半干硬性細(xì)石混凝土填塞。

(3)棚洞線路右側(cè)(靠山側(cè))內(nèi)墻為混凝土擋墻，其中K242+979～K243+289段內(nèi)邊墻結(jié)構(gòu)為重力式擋土墻，擋土墻露空處采用C20片石混凝土回填密實，其余段內(nèi)邊墻結(jié)構(gòu)為衡重式擋土墻，擋土墻衡重臺下部露空處采用C20片石混凝土回填密實，上部采用1 m厚C25混凝土緩沖層+夯填土石回填形成落石槽。

5 結(jié)束語

結(jié)合既有滬昆鐵路水城至六盤水區(qū)間地形、地質(zhì)條件及危巖落石情況，綜合考慮施工工期、防護(hù)落石效果、運營維護(hù)難易程度、工程投資等因素，對水城至六盤水區(qū)間危巖落石整治研究了鋼筋混凝土棚洞、柔性鋼結(jié)構(gòu)棚洞和波紋板棚洞，其中波紋板棚洞方案抵御危巖落石能力較鋼筋混凝土棚洞方案及柔性鋼結(jié)構(gòu)棚洞方案都相對較弱，然而本區(qū)間危巖落石較為發(fā)育，安全可靠度低，因此不宜使用；鋼筋混凝土棚洞方案雖然施工工期較柔性鋼結(jié)構(gòu)棚洞方案稍長，但亦能滿足按期建成通車的要求，且比柔性鋼結(jié)構(gòu)棚洞方案投資少、后期運營維護(hù)工作量小、抗危巖落石能力強(qiáng)，故經(jīng)過綜合方案比選選取鋼筋混凝土棚洞方案作為推薦方案。