冀巧心

(大秦鐵路股份有限公司太原職工培訓(xùn)基地，山西太原 030009)

隨著現(xiàn)代化高速、重載鐵路的快速發(fā)展，對鐵路線路的結(jié)構(gòu)及線路的加固防護各方面提出了很高的標(biāo)準(zhǔn)，以滿足高速、重載列車安全、平順、穩(wěn)定的運行的要求，本文從現(xiàn)場實際出發(fā)，以有效整治鐵路線路邊坡崩塌落石等病害為目的，介紹太原鐵路局北同蒲線、石太線上等處使用SNS柔性防護網(wǎng)技術(shù)的情況及施工方法。

1 概述

人們很早就開始了對落石工作防治的研究，并且投入了巨資，為改善運營條件積累了大量的經(jīng)驗，建立了以護、頂、錨、噴、攔為主，排水、土石體改良、植被綠化為輔的工程防護措施。傳統(tǒng)的整治方法以漿砌片石、噴混凝土護坡、錨固和漿砌片石攔石墻等最為常見。

SNS柔性防護網(wǎng)是以鋼絲繩為主要特征構(gòu)件，以覆蓋的形式對山體松散部分施以壓力來防護危石的裝置，簡稱為SNS柔性防護系統(tǒng)。該防護網(wǎng)功能的實現(xiàn)，是以錨桿和支撐繩固定方式將鋼絲網(wǎng)繩和格柵覆蓋在具有潛在地質(zhì)災(zāi)害的坡面及山體上，從而實現(xiàn)坡面加固和限制落石運動范圍的一種工程措施。

太原鐵路局地處黃土高原，鐵路沿線大部分處于河谷及山地，山區(qū)深塹地段限界窄小，風(fēng)化剝落嚴重，崩塌落石等地質(zhì)災(zāi)害時有發(fā)生，由于線路點多線長的特點，加之運輸任務(wù)繁忙，在有限的人力、物力、財力條件下進行防護治理非常困難，而且防不勝防，長期以來威脅鐵路的正常運營。太原鐵路局管轄內(nèi)北同浦、太嵐、石太、太焦線、南同蒲，因山體陡峻，風(fēng)化、切割特別嚴重，崩塌落石嚴重危及行車安全，現(xiàn)已做了大量的棚洞工程，每米投資近2萬元，雖然可以解決問題，但費用昂貴。而地質(zhì)災(zāi)害本身具有的隨機性、多發(fā)性、區(qū)域性要求起碼在落石區(qū)段應(yīng)該連續(xù)布置防落石棚洞或攔石墻、攔石網(wǎng)等，當(dāng)山體開挖面高度超過50 m，線路中心與邊坡距離較近時，擋石墻等方案就無法實現(xiàn)。如果廢棄危險地段，修筑繞避線路是很無奈的選擇，需付出巨大的投資。

鑒于以上的情況，利用瑞士生產(chǎn)的SNS柔性防護網(wǎng)對山體落石實施防護，盡最大限度來解決鐵路線路邊坡崩塌落石病害，是值得研究的問題。

2 采用柔性防護的原理及可行性論證

2.1 SNS柔性防護網(wǎng)的原理

假定在山體崩塌表面一定深度內(nèi)是穩(wěn)定的，錨桿穩(wěn)定于山體內(nèi)，再把鋼絲繩與錨桿相連接;然后拉緊鋼絲繩網(wǎng)使其產(chǎn)生張力，把將要下滑的石塊約束起來，從而達到主動防護的目的。整個系統(tǒng)的傳力過程為“鋼絲繩網(wǎng)→支撐繩→錨桿→穩(wěn)定地層”。其中錨桿與錨桿間的支撐繩構(gòu)成固定結(jié)構(gòu)。

2.2 可行性分析

2.2.1 地質(zhì)條件分析

以北同浦線軒崗—長珍間184 km處為例，該處線路縱斷面向太原方向為13‰下坡屬于半填半挖路基，右側(cè)緊鄰山體，且山勢陡峻，線路與山體距離不足6 m。塹坡高20 m～50 m，修筑該線時由于大爆破，新鮮巖面裸露，個別地段已風(fēng)化成碎塊末狀。邊坡為1∶0.75，基本巖層走向為水平方向，最大傾角不超過5°，大部分傾角為0°，巖石成分為泥質(zhì)砂巖、頁巖和泥灰?guī)r?，F(xiàn)場挖探后確定坡面強風(fēng)化層為0.6 m～0.8 m范圍，超過0.8 m后巖石依次為弱風(fēng)化層及穩(wěn)定巖層，風(fēng)化范圍坡面裂隙中填充物較多，風(fēng)化的形成主要是氣溫、冰劈、結(jié)晶膨脹所致。在184.525 km～184.575 km范圍內(nèi)落石部分塊狀滾落較多并有兩次較大落石中斷行車并砸壞接觸網(wǎng)桿。此處采用鋼絲繩錨桿有足夠的錨固段，因此選用柔性防護，在技術(shù)上是可行的。

2.2.2 經(jīng)濟條件分析

184.525 km～184.575 km這50 m防護網(wǎng)的造價約為28萬元，該處若采用棚洞造價約為100萬元，該處若采用擋石墻則無法攔住50 m以上的落石。

從環(huán)境保護的角度看，掛網(wǎng)后風(fēng)化填充物逐漸堆于網(wǎng)后，待稍多時采用回裝草籽袋裝的方法，可以綠化該處山坡，具有較高的環(huán)境保護價值，而這恰是片石防護和棚洞防護都做不到的。

2.2.3 施工條件分析

按傳統(tǒng)的支護、攔截等方法，由于特殊的地形不適用，施工難度大、作業(yè)困難影響行車或成本高等原因，此處病害一直未解決，多年來只能采用人工看守雨中巡視的辦法，由于防護網(wǎng)是先鉆孔后掛支撐繩再掛防護網(wǎng)這樣分片積木式拼裝，使現(xiàn)場工藝十分簡單，一般作業(yè)人員能迅速掌握要領(lǐng)，無需供電配合，只要具備空壓機和吊鏈就可以向無限高的山上鋪設(shè)，人多時可以平行作業(yè)，人少時可以集中作業(yè)，適合于山區(qū)崩塌落石的整治。

3 針對北同浦線184 km工點對錨桿錨固長度進行分析與計算

所有柔性防護網(wǎng)內(nèi)的松散體在其失去穩(wěn)定后都要受到網(wǎng)的約束，這是個彈性受力過程，而固定柔性防護網(wǎng)的錨桿是受力最大的唯一部件，其所受的力是靠錨桿的有效錨固長度的抗拔力來平衡的，因此錨桿的質(zhì)量和錨桿的有效錨固長度是整體結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的關(guān)鍵。經(jīng)試驗證明:在半巖質(zhì)地層中，錨桿的抗拔力取決于砂漿與周圍地層接觸面的抗剪強度，北同浦線184 km整治范圍的試點屬泥質(zhì)頁巖，其抗剪強度為0.147 MPa～0.230 MPa。

如現(xiàn)場鉆孔直徑為50 mm，孔周長為5×3.14=15.7 cm，每塊(4×4)m2鋼絲繩網(wǎng)有4個錨位，錨位間距離為4.5 m，假設(shè)(4.5×4.5)m2范圍內(nèi)巖體在0.8 m厚度內(nèi)脫落或滑動時分析計算的錨桿長度如下。

3.1 滿足約束部分巖體脫落時錨桿長度計算

根據(jù)現(xiàn)場勘查，該處邊坡沿邊坡高度和水平方向，每塊(4.5×4.5)m2為一計算網(wǎng)格塊，網(wǎng)格塊下滑力∑F計算如下:

各巖質(zhì)的天然容重r和內(nèi)摩擦角φ由《鐵路工程地質(zhì)手冊》查得。各層巖體重量Wi=(0.8×4.5×hi×ri×103)kg，各層巖體下滑力 Fi=Wi× sinφi。

由計算可知，第V網(wǎng)塊所承受的下滑力最大，故選第V網(wǎng)塊為最不利情況計算錨桿長度，設(shè)錨桿長度為L，

上式中4L表示每塊網(wǎng)格塊由4根錨桿共同來承擔(dān)。

考慮風(fēng)化層鉆孔深度為215+80-20=275 cm，上式20是安裝支撐繩時預(yù)留孔口凹坑的深度。

3.2 滿足巖層軟弱面位于錨桿附近考慮滑動穩(wěn)定時錨桿長度的計算

根據(jù)現(xiàn)場觀察發(fā)現(xiàn)在坡頂厚80 cm處存在寬10 mm的裂縫，雨季位于泥灰?guī)r層處有少量水從坡面滲出，故確定泥灰?guī)r層為軟弱層。第Ⅱ，Ⅴ單元的泥灰?guī)r層位于錨桿附近。下面以第Ⅱ，Ⅴ網(wǎng)格單元塊為最不利情況計算。

因巖層傾角為5°，假設(shè)滑體背面垂直，由于雨水浸濕，軟弱層的摩擦系數(shù)及粘聚力有所降低。

取滑動穩(wěn)定系數(shù)K=1.3，平衡滑動體的下滑力面上應(yīng)有的總阻力外，尚需錨桿提供的力為:

Ⅱ網(wǎng)格單元體:23 461.66×1.3-20 458.4=10 041.758。

上式中2L表示當(dāng)網(wǎng)格單元塊滑動時主要由下部2個錨桿來抗滑。

考慮風(fēng)化層鉆孔深度為220+80-20=280 cm，根據(jù)以上計算，為統(tǒng)一起見現(xiàn)場鉆孔深度取280 cm，均小于300 cm(產(chǎn)品提供的深度)，滿足要求。

4 對鋼絲網(wǎng)支撐繩的抗拔力試驗

現(xiàn)場對5組12處支撐繩隨機進行了抗拔試驗，具體情況如下:試驗時鉆孔φ50 mm，孔深2.5 m，平行于巖層水平方向，鉆桿為φ16 mm，鋼絲繩為φ16 mm，繩卡緊固扭矩49 N·m，錨固砂漿標(biāo)號為M20，水泥為大同硅酸鹽525號，砂漿粒徑為2 mm，含泥量為2.8%，機械注漿，21 d后拉拔。

5 SNS柔性防護網(wǎng)材料的選擇、檢驗、現(xiàn)場掛網(wǎng)及布孔

5.1 鋼絲繩的材料選擇及檢驗

1)鋼絲繩符合GB/8918的規(guī)定。

2)編網(wǎng)用兩根鋼絲繩交叉聯(lián)結(jié)點的固定材質(zhì)為Q235的專用鋼質(zhì)“+”字卡扣，厚度不少于2 mm，并電鍍鋅，鍍鋅厚度不少于8 μm。

3)鋁質(zhì)接頭套管長不少于5 cm，外徑不少于3cm，厚度不少于3mm。

4)編成的鋼絲繩不得有斷絲、脫絲現(xiàn)象。

5)用機器生產(chǎn)網(wǎng)片，交叉點處抗錯動強度不得小于0.5 kN，抗脫落強度不得小于14.5 kN。

6)抗錯動強度檢驗條件，每批不超過200張，每批隨機抽樣4張檢驗。

5.2 現(xiàn)場掛網(wǎng)及布孔

根據(jù)該面積布孔156處，孔深為2.8 m。

6 綜合技術(shù)效果

1)防護網(wǎng)的積木式部件安裝十分方便，重量輕、體積小、安裝速度快、現(xiàn)場作業(yè)簡單，并最大限度地適用于各種地貌，減少了大量刷方工作。

2)保護原有植被及生態(tài)條件，同時為人工綠化即袋裝草籽提供了水土條件。

3)熱鍍鋅鋼絲繩有較長的防腐性能，壽命可達30年～50年。鋼絲彈性受力可隨巖體脫落的重力進行調(diào)整分配，從巖塊失去穩(wěn)定一開始就約束了它們，避免了巨大沖擊力的問題。

7 注意事項及結(jié)論

7.1 注意事項

1)SNS柔性防護網(wǎng)縱橫向支撐繩的安裝及鋼絲繩網(wǎng)的縫合要有一定的預(yù)張力。

2)在清除坡面防護區(qū)域內(nèi)的浮石時務(wù)必仔細，以免施工中落下傷人。

3)鉆鑿錨桿孔清孔要務(wù)必干凈，絕決不能留下過多的石粉在孔內(nèi)，以免影響錨固強度。

7.2 結(jié)論

通過在太原鐵路局北同浦、石太線等處的使用收到良好的效果。該防護不僅能用于山體崩塌落石防護，還可以充當(dāng)爆破防護，具有高安全性、靈活適應(yīng)性、效果好、植被破壞少、有益環(huán)境保護、使用壽命長、承載力大、質(zhì)地輕、材料零件少、外觀積木式、便于運輸、現(xiàn)場安裝方便、用工少且大大減少了養(yǎng)護維修工作量的特點，現(xiàn)已推廣于全國各地山體崩塌落石防護的使用。