懸臂棚洞在路基病害中的應用

劉福文

大秦鐵路股份有限公司太原工務段 山西 太原 030000

引言

對鐵路工程來講，路基病害是無法被車體消除掉的一個問題，因為鐵路在自然環境中一直都處于持續性暴露的狀態，處于不同自然環境中的鐵路會在環境的影響下出現不同類型的路基病害，給鐵路路基的正常使用帶來相應的負面影響。同時，在鐵路路基施工的過程中，如果未采用恰當的施工方法，也會給鐵路路基后續施工和使用帶來一些負面影響。為做好鐵路路基保護工作，盡量減低路基病害帶來的負面影響，不僅需要做好工程施工方案設計、施工監督工作，在鐵路投入使用后，也需要做好后續的檢查維護，及時找出路基病害的誘因，采用綜合性的治理辦法確保鐵路運行安全。懸臂棚洞作為近些年新興的鐵路路基病害整治措施，探索它的具體應用勢在必行。

1 概述

1.1 概況

鐵路路基是指線路下部的地面工程結構，是軌道的基礎，它是承受軌道傳來的列車動荷載，是軌道，鐵路線路上部建筑的基礎，是線路中最重要部分之一，其狀態如何及完整與否、路基的質量直接影響線路質量的良好程度。

太原鐵路分局太原工務段管轄的太嵐支線位于太原市古交區，由太原汾河站引出，終點到鎮城底站，長53.837km，該線為Ⅱ級干線，單線；限制坡度：上行6%，下行12%，最小曲線半徑400m，沿線地形曲折，兩岸懸崖峭壁，凍結深度1～1.2m，地震烈度低于7度。

該線煤鐵資源豐富并有許多礦藏，國家決定修建太嵐支線，鐵三院1958年10月至1960年5月進行初測和定測，1975年12月提出施工設計，鐵道兵部隊在1975年6月做施工準備并且開工，1979年11月底全線完成鋪軌，1982年臨時運營，1983年1月31日正式驗收[1]。

線路沿汾河而上，九次跨越汾河，在臨管期間（1982年8月）沿線發生水害，施工部隊主動在工程上采取措施，保證工程質量。

1.2 病害類型

太嵐線的路基病害有：崩塌落石、路基下沉、路基浸水、滑坡、邊坡溜坍等。

下面就崩塌落石，簡單分析一下其原因和整治措施。

2 病害現狀及產生的原因

崩塌是指陡峻斜坡上的巖體或土體，突然而急劇地向下傾倒、崩落、翻滾和跳躍等的一種動力地質現象。它是山區鐵路常見的路基病害，其發生的原因與地貌、巖性、構造力、自然力、生物力及人為等諸多因素有關，常發生在地形陡峻、地質復雜的陡坡上。由于崩塌，落石往往是突發性的，其造成的危害是顯而易見的。因此，對崩塌落石必須以“預防為主，綜合治理”才能達到事半功倍的效果。

2.1 崩塌落石病害現狀

位于太嵐線掃石至古東站間六家河1#--2#隧道間，里程為32Kmt590m～32Km+913.5m，該段路基為半填半挖，左側路基邊坡伸入汾河，汾河河灘為粉砂系淤積而成，現左側較寬的平地為隧道棄碴堆集而成，右側為路塹，與線路相對高度達百米以上，山體屬石灰巖，表層為土夾石。線路狀況：位于500半徑的曲線上，鋪設為60kg重型鋼軌，鋼筋砼軌枕，彈條Ⅰ型扣件，六家河1#隧道口為3%上坡，32Km+630.59m和32Km+855.43m處各設有1--1.75m板涵，線路左側基礎經挖試坑為棄碴堆集而成，工點屬電氣化已掛網地段，在32Km+795m設有供電錨端一處，線路外側（供電立柱外側）埋有電纜，該段屬電氣化改造區段，83年--87年間曾多次發生過落石，石頭直徑約在0.5m--0.7m，僅有兩次落石較大，直徑約1.5m左右，危及行車安全，我段設專人常年看守，隨時清理危石。但由于崩塌、落石的突發性，危害仍防不勝防，為了確保行車安全。此處病害必須高度重視，盡快治理[2]。

2.2 崩塌落石形成的原因

引起崩塌的原因比較復雜，它是由各種因素共同作用的結果，主要的原因有以下幾種。

2.2.1 地形條件。它是崩塌發生的外部原因，在崩塌的內因具備的情況下，一般當坡度大于55°，高度大于30m以上的陡峻斜坡，坡面不平整，易發生崩塌。當坡度陡于70°時，則更易發生崩塌。

2.2.2 巖性和地質構造。山坡表面的形狀往往與巖性和地質構造有關，一般情況下，高陡地形都是由硬質巖石組成的，而軟硬相間的巖層，往往形成凹凸不平的坡面，如砂頁巖互層，頁巖抗風化能力差，易形成凹槽，而砂巖往往形成凸出的懸巖，若凸出部分有結構面存在時，在重力作用下易沿這些薄弱面發生剪切、墜落或形成崩塌。崩塌巖體中結構面的形成與地質構造有關，如巖體節理發育，且結構面的組合位置處于不利情況時，易沿這些面發生崩塌。當山坡上方有斷層破碎帶時，易沿斷層破碎帶發生崩塌。在黃土地區，也常有沿土的構造裂隙面發生崩塌的現象。

2.2.3 水的作用。水是引起崩塌最活躍的因素，絕大多部崩塌發生在雨季或暴雨之后，這是由于水滲入構造裂隙對巖、土產生軟化，潤滑和動水壓力作用，造成巖、土強度降低。內摩擦角減少，因而容易引起崩塌。

2.2.4 其他因素。強烈的地震、大爆破，以及人工開挖的邊坡過高過陡，破壞了山體的平衡條件也可形成崩塌。

該段線路右側路塹為石灰體，高達百米以上，山勢陡峭，地質構造復雜、巖石風化嚴重，山體上部巖層破碎，巖層被多組節理切割成大小不同的塊體，長期的風化、雨水的侵蝕，特別是反復的凍融作用，使表層節理張開增大，表皮大部分是土夾石形成大面積的危石地帶，以致使剝落掉塊時有發生，自竣工通車后不久即發生落石，后發生的頻率越來越高，對行車安全構成極大的威脅[3]。

3 整治措施

3.1 方案比選

鐵路工務部門為了防治此種路基病害，通過長期的探索實踐，建立了以看（安裝報警裝置，設點看守）、清（刷坡掃山，清除危石）、支（支擋加固，護坡護墻）、接（墻接網攔）、固（黏結加固，噴錨封閉）為主的運營防護措施；以及遮攔（明洞，棚洞）、防護（SNS軟網防護）繞避（改線繞行）為主的工程防治措施。實踐證明，這些措施對防治崩塌落石病害都是行之有效的。從適用條件和功能性來講，這些防治措施各具特點，對此項病害不太合適。“看”僅能減輕危害，并不能防治危害；“清”對行車影響較大并極易產生新的病害；“支”、“固”首先要建立在坡面穩定且整體性好的情況下，同時這類結構物較高，施工難度大，一旦實施不好，這些結構物本身即可成為崩塌的物質來源；而噴錨施工時，錨桿的嵌入也會破壞巖面；“接”是較好的結構形式，但缺乏“遮蔽”的功能；“軟網防護”對破碎面小規模落石能起到較好的防護，但對中、大規模崩塌的防治尚未經過實踐的檢驗；“改線繞避”是最為有效且徹底的防治措施，但投資大，工期長，一般只在滑坡或泥石流等災難性危害多發區采用，而遮攔建筑物不僅投資適中，利于機械施工，同時具有側向攔截和頂部遮蔽線路的雙重功能。綜上所述，對于中、小型崩塌落石地段，全路通常都采用“遮攔建筑物”來處理，正如北京局在石太、太嵐、北同蒲、京原、京通等線修建的眾多明洞、棚潤以及擋墻攔網，其使用功效也證明了這一點[4]。

如前所述，該處屬中小型崩塌落石病害，以修建遮攔建筑物最為適宜，而明洞雖結構堅固，但其龐大的外墻結構要求線路外側必須有良好的地基和較寬的地勢，考慮施工供電干擾影響以及通訊電纜內移的困難（外側設置基礎有困難），不具備修建明洞，故確定修建為懸壁棚洞；為使危石與下部較完整的巖層形成整體，防落石棚在32km+686m～32km+716m地段為錨桿懸壁棚洞。

3.2 懸壁棚洞的設計

根據巖體的大小、數量、分布情況及沖擊力的強弱，確定棚洞的類型、結構尺寸及位置。

主要荷載有：懸臂棚洞自重、回填土石重量、落石堆積的土石。附加荷載有：崩塌落石的沖擊力。

洞頂排水：按線路3%順坡排水流向32km+630.59m1～1.75m版涵中。

3.3 懸臂棚洞施工中的注意事項

3.3.1 施工放線以線路中線為準，標高以內軌頂面為基點。

3.3.2 懸臂棚洞每10m設一道沉降縫，錨桿懸壁棚洞每5～6m設一道沉降縫。

3.3.3 開挖基礎在靠線路一側應設擋土板，按規定邊坡施工，遇孤石禁止放炮。

3.3.4 安設防電拱架車時，要求列車慢行，其運行速度不得超過20Km/h，不得侵入限界，確保行車安全[5]。

3.3.5 必須保證擋墻的截面設計寬度，不足的部分應鑿除，超過的部分回填50#漿片與山體緊密連成整體，要求回填的漿片至少插入山體0.1m。

3.3.6 錨桿擋墻部分，在未安裝錨桿前應作抗撥力試驗，要求每根錨桿拉力達5T以上，如達不到測定的拉力應將錨桿長度增長，達到設計要求才能安裝錨桿，錨桿用300#水泥砂漿填塞密實。

3.3.7 要求基底承載力達到5.5kPa，基礎必須挖至基巖，整體巖層嵌入0.25m，一般巖層應嵌入0.6m，松軟巖層嵌入1m以下，基礎挖不到基巖，應變設計處理。

3.3.8 鋼筋必須經試拉合格才能對焊綁扎，混凝土的配合比按試驗的配合比施工。

3.3.9 頂棚達到設計強度才能受力[6]。

4 結束語

在對此段鐵路路基采用懸臂棚洞方式進行整治之后，進行展開觀察后發現，此段鐵路路基病害問題已經得到了預期的整治效果，為改短鐵路后續的安全、穩定運行奠定了良好的基礎。通過上文的調查研究和分析發現，在整治鐵路路基病害的過程中，相關人員必須在現場做好仔細、嚴格的調查研究，明確導致路基病害的誘因和形成規律，以便在因地制宜的基礎上，根據相應的路基病害類型制定具體的整治方案。如果導致鐵路路基病害的誘因相對較多，則應當在綜合各類誘因的基礎上，制定綜合性的整治方案。但無論采用何種鐵路路基整治方案，都必須充分考慮投資額度的問題，力求在保證施工質量的基礎上，用最少的投資一次性解決路基問題，比曼由于重復投資和施工造成不必要的人力、物力、財力浪費。