(中鐵上海設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司， 上海 200070)

某實(shí)訓(xùn)基地邊坡落石防護(hù)方案研究

郭迎琦

(中鐵上海設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司， 上海 200070)

邊坡落石經(jīng)常給邊坡下部的建筑物以及人員活動(dòng)造成危害，對(duì)存在落石隱患的邊坡進(jìn)行有效的防護(hù)能為建筑物和人員活動(dòng)提供安全保障。以西湖景區(qū)某鐵路職工培訓(xùn)基地為例，根據(jù)前期勘察，以及采用三維激光掃描技術(shù)對(duì)邊坡進(jìn)行掃描，運(yùn)用Rockfall軟件分析落石的運(yùn)動(dòng)軌跡及沖擊能量，為方案設(shè)計(jì)提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。通過(guò)方案論證、方案設(shè)計(jì)，以及業(yè)主組織的專家審查，最終確定柔性防護(hù)網(wǎng)的防護(hù)方案。

邊坡落石；三維激光掃描；Rockfall軟件；柔性防護(hù)網(wǎng)

0 引言

危巖是指陡峭邊坡上多組結(jié)構(gòu)面切割，在重力、風(fēng)化營(yíng)力、地震力、和滲透壓力等作用下，可能與母巖分離而墜落的巖石塊體。當(dāng)危巖體與母巖徹底分離，以某種方式向坡下運(yùn)動(dòng)時(shí)則稱為“落石”，落石對(duì)其前方的建筑物及人員活動(dòng)會(huì)造成很大的危害，必須采取有效的措施進(jìn)行防護(hù)。目前國(guó)內(nèi)采用的防護(hù)形式較多，如主動(dòng)網(wǎng)、掛網(wǎng)噴漿、簾式網(wǎng)、被動(dòng)網(wǎng)、攔石墻等方法，限制落石的運(yùn)動(dòng)，或者攔截落石等方式，本文以某實(shí)訓(xùn)基地操場(chǎng)東側(cè)高陡邊坡為研究對(duì)象，根據(jù)運(yùn)動(dòng)學(xué)計(jì)算原理，運(yùn)用ROCKFALL程序，綜合模擬并預(yù)測(cè)落石可能達(dá)到的區(qū)域，選擇安全、經(jīng)濟(jì)合理的防護(hù)措施。

1 實(shí)訓(xùn)基地邊坡概況

實(shí)訓(xùn)基地位于西湖景區(qū)范圍內(nèi)，2012年12月實(shí)訓(xùn)基地邊坡發(fā)生落石，落石從邊坡頂部滾落，到坡腳后直接擊穿建筑物側(cè)墻，建筑物是實(shí)訓(xùn)基地培訓(xùn)人員的居住地，當(dāng)時(shí)建筑物內(nèi)沒有人員活動(dòng)，雖然未造成人員傷害，但是造成的后果很嚴(yán)重。實(shí)訓(xùn)基地東側(cè)操場(chǎng)邊坡為九十年代中期行車的高陡邊坡，坡面主要為巖質(zhì)邊坡，巖性為凝灰質(zhì)砂巖，強(qiáng)～弱風(fēng)化，邊坡高度約為50-76m，邊坡坡率1:0.3～1:1。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)地質(zhì)調(diào)查及三維掃描軟件對(duì)操場(chǎng)區(qū)域邊坡的掃描，由于開采爆破使坡面裂隙張開，形成縱橫交錯(cuò)的裂隙，在重力、風(fēng)化營(yíng)力、地表水滲透壓力等作用下與母巖逐漸分離，形成潛在的危巖、

落石，成為安全隱患，威脅實(shí)訓(xùn)基地內(nèi)的建筑物及人員安全。落石的質(zhì)量主要集中在5000～8000kg之間，見圖1。

圖1 場(chǎng)地地形地貌及落石圖

2 落石運(yùn)動(dòng)模擬分析

本文采用ROCKFALL軟件對(duì)該落石進(jìn)行模擬分析。

2.1 模擬剖面

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)的詳細(xì)調(diào)查，采用三維激光掃描技術(shù)，通過(guò)掃描得出坡面的三維影像(圖2)及切面數(shù)據(jù)，能更加準(zhǔn)確的模擬出落石的運(yùn)動(dòng)軌跡。

落石初始條件：

在斜面頂部的下落：水平初速度為0m/s，豎向初速度為0m/s。

計(jì)算落石粒徑：半徑0.78m大小的落石。

落石的密度：2500 kg/m3。

落石重量：5000 kg。

落石位置：坡頂。

跌落統(tǒng)計(jì)次數(shù)：500次（根據(jù)此次數(shù)進(jìn)行概率統(tǒng)計(jì)）。落石計(jì)算結(jié)果

圖2 操場(chǎng)三維激光掃描影像

計(jì)算后可得到防護(hù)網(wǎng)設(shè)計(jì)需要的落石運(yùn)動(dòng)軌跡、落石彈跳高度、落石沖擊能量、落石運(yùn)動(dòng)速度、落石落點(diǎn)統(tǒng)計(jì)等參數(shù)。見圖3～圖7。

圖3 斷面落石運(yùn)動(dòng)軌跡圖

圖4 最大彈跳高度包絡(luò)線

圖5 最大沖擊能量包絡(luò)線

圖6 最大運(yùn)動(dòng)速度包絡(luò)線

圖7 落點(diǎn)統(tǒng)計(jì)圖

結(jié)論：通過(guò)落石分析軟件計(jì)算結(jié)果可知，落石在邊坡頂部發(fā)生滾落運(yùn)動(dòng)中產(chǎn)生的最大彈跳高度為16m，最大沖擊能量約為2000kJ，落石最大沖擊速度約為32m/s，落石落點(diǎn)位于橫坐標(biāo)58m--85m范圍內(nèi)。落石在邊坡腰部發(fā)生滾落運(yùn)動(dòng)中產(chǎn)生的最大彈跳高度為4.6m，最大沖擊能量約為2000kJ，落石最大沖擊速度約為22m/s，落石落點(diǎn)位于橫坐標(biāo)58m--65m之間。該處落石的運(yùn)動(dòng)特點(diǎn)為能量大、速度快，彈跳高度較大，大部分落石在快接近山腳的位置直接彈跳并跨過(guò)山腳飛向操場(chǎng)中。通過(guò)上述結(jié)果分析，有必要對(duì)該處山體進(jìn)行落石防護(hù)。

3 防護(hù)措施

3.1防護(hù)措施比選

邊坡治理的防護(hù)措施通常有攔截措施（攔石墻或被動(dòng)網(wǎng)）、坡面防護(hù)措施（主動(dòng)網(wǎng)、張口式簾式網(wǎng)）。初定三種方案，方案一采用攔截措施，方案二采用全坡面覆蓋措施，方案三采用落石引導(dǎo)措施（張口式簾式網(wǎng)）。

方案一：采用傳統(tǒng)的攔石墻或者被動(dòng)網(wǎng)等防護(hù)措施。采用攔石墻存在的問(wèn)題：如若在坡腳設(shè)置攔石墻，則攔石墻的則非常高大，工程量大、費(fèi)用高，且不美觀，影響操場(chǎng)的使用功能。若采用被動(dòng)網(wǎng)，根據(jù)ROCKFALL模擬成果，被動(dòng)網(wǎng)需要設(shè)置在遠(yuǎn)離坡腳25m左右的位置，才能保證安全，這樣坡腳至被動(dòng)網(wǎng)這段范圍，將不能使用，極大的壓縮了操場(chǎng)的使用范圍，這個(gè)是業(yè)主所不能接受的。

方案二：采用主動(dòng)網(wǎng)防護(hù)，主要是通過(guò)網(wǎng)子和錨桿的作用，使網(wǎng)子限制坡面巖體的剝落、危巖崩塌等其他形式的破壞，以避免災(zāi)害的發(fā)生。若采用主動(dòng)網(wǎng)，則需要全坡面采用主動(dòng)網(wǎng)防護(hù)，防護(hù)量巨大，且需要清除邊坡上的植被，費(fèi)用很大，且對(duì)景觀影響較大。根據(jù)以往的工程案例，由于坡面節(jié)理裂隙發(fā)育，坡面結(jié)構(gòu)較松散，自穩(wěn)性能相對(duì)較差，采用主動(dòng)網(wǎng)防護(hù)有一定的風(fēng)險(xiǎn)。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查，在本工點(diǎn)距離不遠(yuǎn)的一些高陡邊坡采用了主動(dòng)網(wǎng)防護(hù)，發(fā)現(xiàn)了主動(dòng)網(wǎng)“鼓肚子”現(xiàn)象（圖8），而且一些主動(dòng)網(wǎng)隨著此現(xiàn)象的發(fā)展，網(wǎng)子已經(jīng)發(fā)生破壞。

圖8 主動(dòng)網(wǎng)防護(hù)示意圖

方案三：采用落石引導(dǎo)措施，即簾式網(wǎng)防護(hù)技術(shù)（圖9），通過(guò)柔性網(wǎng)的限制作用，將落石控制在一定范圍以內(nèi)。根據(jù)ROCKFALL模擬成果，本工點(diǎn)采用防護(hù)能級(jí)為2000 kJ張口式簾式網(wǎng)，將網(wǎng)子固定在邊坡高度約30m左右的位置，采用鋼柱支撐起網(wǎng)子，鋼柱長(zhǎng)度5m，邊坡上所有的落石都是落入網(wǎng)子內(nèi)，落石會(huì)沿邊坡滑落到防護(hù)網(wǎng)底部的落石收集區(qū)，從而消除落石的危害，而且邊坡不用全坡面覆蓋，且不需要清除防護(hù)標(biāo)高以上的植被，投資節(jié)省，對(duì)景觀影響較小。簾式網(wǎng)不占用操場(chǎng)的空間，且能滿足邊坡落石防護(hù)能級(jí)的要求。

經(jīng)充分的調(diào)查和論證以及業(yè)主部門的認(rèn)可，選定張口式簾式網(wǎng)對(duì)邊坡進(jìn)行防護(hù)，在安全、經(jīng)濟(jì)、景觀上和工期都能滿足實(shí)訓(xùn)基地高陡邊坡落石防護(hù)工程的需求。

圖9 張口式簾式網(wǎng)防護(hù)示意圖

4 結(jié)語(yǔ)

（1）采用三維激光掃描技術(shù)和ROCKFALL落石分析軟件，所得出邊坡落石的軌跡及沖擊能，為方案設(shè)計(jì)提供了技術(shù)支撐。

（2）由于工點(diǎn)處于景區(qū)范圍內(nèi)，對(duì)植被的保護(hù)要求非常嚴(yán)格，采用張口式簾式網(wǎng)對(duì)邊坡進(jìn)行防護(hù)，減少了對(duì)邊坡植被的清除量。

（3）簾式網(wǎng)具有安全、環(huán)保、經(jīng)濟(jì)、易修復(fù)等特點(diǎn)，在以后使用期間的養(yǎng)護(hù)維修的工作量很少，值得在類似工程中推廣應(yīng)用。

[1]艾樹波，焦海峰，呂漢川.簾式網(wǎng)在門頭溝靈山路邊坡落石防護(hù)工程中的應(yīng)用.成都：路基工程，2015.

[2]熊劍，鄧輝.滾石運(yùn)動(dòng)模擬分析與危險(xiǎn)性評(píng)價(jià).成都：路基工程,2015.

[3]任鑫. 柔性防護(hù)技術(shù)在硬質(zhì)巖石邊坡崩塌落石災(zāi)害治理中的應(yīng)用研究. 北京: 《中國(guó)地質(zhì)大學(xué)》,2011.

[4]張新光，朱和玲，麥尚德，趙興.露天礦高陡邊坡落石防護(hù)墻設(shè)計(jì)研究.《安全與環(huán)境工程》, 2009.

[5]劉慧明. 長(zhǎng)白山天池地區(qū)龍門峰崩塌落石運(yùn)動(dòng)軌跡研究. 《吉林大學(xué)》,2012.

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郭迎琦（1983年4月21日-），男，陜西咸陽(yáng)人，本科，工程師，主要研究方向：鐵路路基