郭堅鴿

(中鐵第四勘察設(shè)計院集團(tuán)有限公司，湖北武漢 430063)

眾多的工程實踐表明，風(fēng)險評估對工程的安全具有非常重要的意義。路基風(fēng)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(yè)標(biāo)準(zhǔn)。在鐵路系統(tǒng)風(fēng)險評估中，目前有一定進(jìn)展的是隧道工程，在文獻(xiàn)［1，2］中對各個勘察階段隧道的風(fēng)險評估進(jìn)行了規(guī)定，相關(guān)的單位也進(jìn)行了一些研究［3-5］。從勘察設(shè)計的角度，參照隧道工程的風(fēng)險評估方法對贛龍擴(kuò)能施工圖階段的路基風(fēng)險評估進(jìn)行了探討，供相似工程參考。

1 工程概況

贛龍鐵路擴(kuò)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(shè)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(biāo)準(zhǔn)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(cè)設(shè)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(zhì)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(qū)，部分地段為河流階地區(qū)。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(fā)育。因山體巖層風(fēng)化強(qiáng)烈，局部水土流失較嚴(yán)重。河流階地較發(fā)育，形成較寬闊的階地區(qū)。

瑞金至龍巖段，屬于武夷山東側(cè)的閩西中低山區(qū)，山間谷地發(fā)育，局部有丘陵及河流階地分布。山體受斷裂及褶皺構(gòu)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(dá)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(yán)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(gòu)造線的控制，并與構(gòu)造線的走向基本一致;河谷形態(tài)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(qū)主要分布多期次侵入花崗巖類地層;寒武系主要為變質(zhì)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(zhì)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?guī)r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(fù)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(zhì)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(zhì)黏性土)，局部厚度大于10m。

2.3 地質(zhì)構(gòu)造

線路所經(jīng)區(qū)域在大地構(gòu)造上屬于贛中南褶隆、閩西南拗陷帶兩個二級地質(zhì)構(gòu)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(zhì)

本線所經(jīng)地區(qū)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?；鶐r裂隙水分布不均，主要賦存于低山丘陵區(qū)巖石的構(gòu)造裂隙、層間裂隙以及風(fēng)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(qiáng)烈發(fā)育帶等儲水構(gòu)造中水量較豐富;本線部分地段有碳酸鹽巖分布，巖溶現(xiàn)象發(fā)育，白堊系、第三系含鈣巖層亦有溶蝕現(xiàn)象，巖溶水十分發(fā)育。

2.5 地震動參數(shù)

根據(jù)1/400萬《中國地震動參數(shù)區(qū)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(yīng)譜特征周期為0.35 s。

2.6 不良地質(zhì)和特殊巖土處理措施

本線不良地質(zhì)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(tǒng)的粉質(zhì)黏土。

3 路基風(fēng)險等級劃分

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

結(jié)合贛龍鐵路路基工程的特點，依據(jù)風(fēng)險評估的內(nèi)容，將上述風(fēng)險等級劃分原則細(xì)化為路堤填高、路塹挖深、不良地質(zhì)、特殊巖土、并行既有線等定量及定性指標(biāo)，沿線路基工點按照以下原則進(jìn)行風(fēng)險評估。

表1 風(fēng)險等級標(biāo)準(zhǔn)

(1)極高風(fēng)險

包括巖溶特別發(fā)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(qū)等不良地質(zhì)地段路基。

(2)高度風(fēng)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(qū)等不良地質(zhì)工點。

路塹邊坡:微弱膨脹土、紅黏土高超過15m，一般土層全風(fēng)化層高超過20m，軟質(zhì)巖邊坡高超過25m，硬質(zhì)巖邊坡高超過35m地段。順層路塹，節(jié)理裂隙發(fā)育路塹，地下水發(fā)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(fēng)險

路塹邊坡:一般土層、風(fēng)化層和軟質(zhì)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(dāng)?shù)叵滤l(fā)育或地下水位高、基床地基土性質(zhì)不良等除外。

(4)中度風(fēng)險

除開上述情況外為中度。

特殊條件根據(jù)具體情況進(jìn)行分析，當(dāng)多種因素疊加時，按風(fēng)險因素和影響程度劃分，取高風(fēng)險等級。

4 路基風(fēng)險評估和典型工點風(fēng)險評估

4.1 路基工程總體風(fēng)險評估

路基工程按評估內(nèi)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(fēng)險評估的原則，根據(jù)地質(zhì)條件、路基情況、設(shè)計措施，分析主要風(fēng)險因素，評價該工點的初始風(fēng)險等級，并提出相應(yīng)的風(fēng)險對策和工程措施，評估殘留風(fēng)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(shè)計階段經(jīng)過風(fēng)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(fēng)險程度為中度。

全線路堤地基條件較好，路堤工程存在風(fēng)險主要在于工后沉降控制、路基本體填筑和路基穩(wěn)定三方面，相應(yīng)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(fēng)險，如施工控制不嚴(yán)格，極易造成施工安全與既有線運營安全等隱患，風(fēng)險等級高或極高。施工圖設(shè)計中，根據(jù)具體的風(fēng)險因素分別采取了施工便道、臨時封鎖、減速慢行、防護(hù)排架、設(shè)置臨時防護(hù)等措施，石質(zhì)路塹設(shè)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(yīng)編制施工方案、安全措施等文件，報業(yè)主和路局批準(zhǔn)后方可施工，有效降低了施工安全風(fēng)險，保證既有線安全運營。

經(jīng)對各路基工點進(jìn)行逐一評估，大部分路基工點的初始風(fēng)險等級評定為高度—中度，少部分路基工點的初始風(fēng)險等級為低度。各路基工點采取相應(yīng)工程設(shè)計處理措施后的殘留風(fēng)險等級為低度—中度。

贛龍擴(kuò)能鐵路風(fēng)險路基概況見表2。

表2 贛龍鐵路風(fēng)險路基概況一覽

4.2 典型工點風(fēng)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(fā)育，局部坡面出露灰?guī)r溶槽，坡面發(fā)育危巖孤石。谷地平坦，多辟為水塘、馬路、農(nóng)田、房屋及車站、采石場。谷地表層局部為淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土，褐黃、褐紅色，軟—流塑，層厚0～6.0m;其下為粉質(zhì)黏土，褐黃、褐紅色，硬塑，層厚5～20.0m;下覆C3c灰?guī)r，灰白色，弱風(fēng)化。溶蝕較發(fā)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(zhì)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?guī)r殘坡積層，由灰?guī)r風(fēng)化塊石夾粉質(zhì)黏土組成，灰?guī)r塊石較大，粉質(zhì)黏土約占25%～40%，巖石風(fēng)化溶蝕現(xiàn)象嚴(yán)重，分布危巖落石，右側(cè)邊坡高達(dá)32m;同時該段山坡坡體及坡腳溶蝕發(fā)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(jù)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(qiáng)沉降觀測;部分地段路塹邊坡高達(dá)32m，采用預(yù)應(yīng)力錨索、三維生態(tài)護(hù)坡，并在危巖落石分布地段塹頂針對性地設(shè)被動攔石網(wǎng)等防護(hù)措施。基床換填時，應(yīng)采用鋼軌樁等措施對既有線進(jìn)行臨時防護(hù)。

石門圩站主要風(fēng)險在于松軟土、巖溶深路塹及危巖落石且離既有線近，在進(jìn)行施工過程中，應(yīng)根據(jù)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(yīng)注意相關(guān)機(jī)具、人員對既有線的干擾，作好隔離和防護(hù)措施，相關(guān)施工影響既有行車安全時，施工方案報設(shè)備管理單位的審批。

既有線施工中應(yīng)加強(qiáng)對既有線的變形監(jiān)測和作好應(yīng)急預(yù)案，發(fā)現(xiàn)有變形跡象時應(yīng)立即停止施工，按照相關(guān)預(yù)案進(jìn)行處理。

鑒于以上因素，石門圩站路基評估為高度風(fēng)險路基，應(yīng)按照要求作好風(fēng)險控制，其殘余的風(fēng)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(zhì)黏土，黃褐色，硬塑，局部夾礫石，層厚0～2.0m，下伏為∈1變質(zhì)砂巖夾板巖，黃褐色，全風(fēng)化—弱風(fēng)化，節(jié)理裂隙較為發(fā)育，全風(fēng)化厚4～19m，強(qiáng)風(fēng)化厚度＞6m。巖層產(chǎn)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(cè)順層，為順層路塹，部分層面常含有軟弱夾層，開挖極易發(fā)生滑動，線路左側(cè)鄰近既有贛龍線。

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

開挖過程中該段路基極易發(fā)生順層滑動，應(yīng)嚴(yán)格按照設(shè)計的坡率進(jìn)行分段刷方分段固腳，經(jīng)評估，該段路基為高度風(fēng)險路基，放坡開挖坡腳加固等設(shè)計措施后其殘余的風(fēng)險等級為中度—低度。

5 結(jié)束語

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

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

［1］鐵建設(shè)［2007］200號 鐵路隧道風(fēng)險評估與管理暫行規(guī)定［S］

［2］鐵建設(shè)［2010］162號 鐵路建設(shè)工程安全風(fēng)險管理暫行辦法［S］

［3］王志剛.淺議鐵路隧道風(fēng)險評估相關(guān)問題［J］.中國新技術(shù)新產(chǎn)品，2011(20):201-201

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

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

［6］陳赤坤，鄭長青，曹磊.鐵路隧道風(fēng)險評估體系的研究和探討［J］.鐵道標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計，2007(Z1):12-16