劉福文

大秦鐵路股份有限公司太原工務(wù)段 山西 太原 030000

引言

對(duì)鐵路工程來(lái)講，路基病害是無(wú)法被車(chē)體消除掉的一個(gè)問(wèn)題，因?yàn)殍F路在自然環(huán)境中一直都處于持續(xù)性暴露的狀態(tài)，處于不同自然環(huán)境中的鐵路會(huì)在環(huán)境的影響下出現(xiàn)不同類型的路基病害，給鐵路路基的正常使用帶來(lái)相應(yīng)的負(fù)面影響。同時(shí)，在鐵路路基施工的過(guò)程中，如果未采用恰當(dāng)?shù)氖┕し椒?，也?huì)給鐵路路基后續(xù)施工和使用帶來(lái)一些負(fù)面影響。為做好鐵路路基保護(hù)工作，盡量減低路基病害帶來(lái)的負(fù)面影響，不僅需要做好工程施工方案設(shè)計(jì)、施工監(jiān)督工作，在鐵路投入使用后，也需要做好后續(xù)的檢查維護(hù)，及時(shí)找出路基病害的誘因，采用綜合性的治理辦法確保鐵路運(yùn)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(yīng)用勢(shì)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(jié)構(gòu)，是軌道的基礎(chǔ)，它是承受軌道傳來(lái)的列車(chē)動(dòng)荷載，是軌道，鐵路線路上部建筑的基礎(chǔ)，是線路中最重要部分之一，其狀態(tài)如何及完整與否、路基的質(zhì)量直接影響線路質(zhì)量的良好程度。

太原鐵路分局太原工務(wù)段管轄的太嵐支線位于太原市古交區(qū)，由太原汾河站引出，終點(diǎn)到鎮(zhèn)城底站，長(zhǎng)53.837km，該線為Ⅱ級(jí)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(jié)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(guó)家決定修建太嵐支線，鐵三院1958年10月至1960年5月進(jìn)行初測(cè)和定測(cè)，1975年12月提出施工設(shè)計(jì)，鐵道兵部隊(duì)在1975年6月做施工準(zhǔn)備并且開(kāi)工，1979年11月底全線完成鋪軌，1982年臨時(shí)運(yùn)營(yíng)，1983年1月31日正式驗(yàn)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(fā)生水害，施工部隊(duì)主動(dòng)在工程上采取措施，保證工程質(zhì)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(jiǎn)單分析一下其原因和整治措施。

2 病害現(xiàn)狀及產(chǎn)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(dòng)力地質(zhì)現(xiàn)象。它是山區(qū)鐵路常見(jiàn)的路基病害，其發(fā)生的原因與地貌、巖性、構(gòu)造力、自然力、生物力及人為等諸多因素有關(guān)，常發(fā)生在地形陡峻、地質(zhì)復(fù)雜的陡坡上。由于崩塌，落石往往是突發(fā)性的，其造成的危害是顯而易見(jiàn)的。因此，對(duì)崩塌落石必須以“預(yù)防為主，綜合治理”才能達(dá)到事半功倍的效果。

2.1 崩塌落石病害現(xiàn)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(cè)路基邊坡伸入汾河，汾河河灘為粉砂系淤積而成，現(xiàn)左側(cè)較寬的平地為隧道棄碴堆集而成，右側(cè)為路塹，與線路相對(duì)高度達(dá)百米以上，山體屬石灰?guī)r，表層為土夾石。線路狀況：位于500半徑的曲線上，鋪設(shè)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(shè)有1--1.75m板涵，線路左側(cè)基礎(chǔ)經(jīng)挖試坑為棄碴堆集而成，工點(diǎn)屬電氣化已掛網(wǎng)地段，在32Km+795m設(shè)有供電錨端一處，線路外側(cè)（供電立柱外側(cè)）埋有電纜，該段屬電氣化改造區(qū)段，83年--87年間曾多次發(fā)生過(guò)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(chē)安全，我段設(shè)專人常年看守，隨時(shí)清理危石。但由于崩塌、落石的突發(fā)性，危害仍防不勝防，為了確保行車(chē)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(fù)雜，它是由各種因素共同作用的結(jié)果，主要的原因有以下幾種。

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

2.2.2 巖性和地質(zhì)構(gòu)造。山坡表面的形狀往往與巖性和地質(zhì)構(gòu)造有關(guān)，一般情況下，高陡地形都是由硬質(zhì)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(yè)巖互層，頁(yè)巖抗風(fēng)化能力差，易形成凹槽，而砂巖往往形成凸出的懸?guī)r，若凸出部分有結(jié)構(gòu)面存在時(shí)，在重力作用下易沿這些薄弱面發(fā)生剪切、墜落或形成崩塌。崩塌巖體中結(jié)構(gòu)面的形成與地質(zhì)構(gòu)造有關(guān)，如巖體節(jié)理發(fā)育，且結(jié)構(gòu)面的組合位置處于不利情況時(shí)，易沿這些面發(fā)生崩塌。當(dāng)山坡上方有斷層破碎帶時(shí)，易沿?cái)鄬悠扑閹Оl(fā)生崩塌。在黃土地區(qū)，也常有沿土的構(gòu)造裂隙面發(fā)生崩塌的現(xiàn)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(fā)生在雨季或暴雨之后，這是由于水滲入構(gòu)造裂隙對(duì)巖、土產(chǎn)生軟化，潤(rùn)滑和動(dòng)水壓力作用，造成巖、土強(qiáng)度降低。內(nèi)摩擦角減少，因而容易引起崩塌。

2.2.4 其他因素。強(qiáng)烈的地震、大爆破，以及人工開(kāi)挖的邊坡過(guò)高過(guò)陡，破壞了山體的平衡條件也可形成崩塌。

該段線路右側(cè)路塹為石灰體，高達(dá)百米以上，山勢(shì)陡峭，地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜、巖石風(fēng)化嚴(yán)重，山體上部巖層破碎，巖層被多組節(jié)理切割成大小不同的塊體，長(zhǎng)期的風(fēng)化、雨水的侵蝕，特別是反復(fù)的凍融作用，使表層節(jié)理張開(kāi)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(shí)有發(fā)生，自竣工通車(chē)后不久即發(fā)生落石，后發(fā)生的頻率越來(lái)越高，對(duì)行車(chē)安全構(gòu)成極大的威脅[3]。

3 整治措施

3.1 方案比選

鐵路工務(wù)部門(mén)為了防治此種路基病害，通過(guò)長(zhǎng)期的探索實(shí)踐，建立了以看（安裝報(bào)警裝置，設(shè)點(diǎn)看守）、清（刷坡掃山，清除危石）、支（支擋加固，護(hù)坡護(hù)墻）、接（墻接網(wǎng)攔）、固（黏結(jié)加固，噴錨封閉）為主的運(yùn)營(yíng)防護(hù)措施；以及遮攔（明洞，棚洞）、防護(hù)（SNS軟網(wǎng)防護(hù)）繞避（改線繞行）為主的工程防治措施。實(shí)踐證明，這些措施對(duì)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(lái)講，這些防治措施各具特點(diǎn)，對(duì)此項(xiàng)病害不太合適?！翱础眱H能減輕危害，并不能防治危害；“清”對(duì)行車(chē)影響較大并極易產(chǎn)生新的病害；“支”、“固”首先要建立在坡面穩(wěn)定且整體性好的情況下，同時(shí)這類結(jié)構(gòu)物較高，施工難度大，一旦實(shí)施不好，這些結(jié)構(gòu)物本身即可成為崩塌的物質(zhì)來(lái)源；而噴錨施工時(shí)，錨桿的嵌入也會(huì)破壞巖面；“接”是較好的結(jié)構(gòu)形式，但缺乏“遮蔽”的功能；“軟網(wǎng)防護(hù)”對(duì)破碎面小規(guī)模落石能起到較好的防護(hù)，但對(duì)中、大規(guī)模崩塌的防治尚未經(jīng)過(guò)實(shí)踐的檢驗(yàn)；“改線繞避”是最為有效且徹底的防治措施，但投資大，工期長(zhǎng)，一般只在滑坡或泥石流等災(zāi)難性危害多發(fā)區(qū)采用，而遮攔建筑物不僅投資適中，利于機(jī)械施工，同時(shí)具有側(cè)向攔截和頂部遮蔽線路的雙重功能。綜上所述，對(duì)于中、小型崩塌落石地段，全路通常都采用“遮攔建筑物”來(lái)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(rùn)以及擋墻攔網(wǎng)，其使用功效也證明了這一點(diǎn)[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(jié)構(gòu)堅(jiān)固，但其龐大的外墻結(jié)構(gòu)要求線路外側(cè)必須有良好的地基和較寬的地勢(shì)，考慮施工供電干擾影響以及通訊電纜內(nèi)移的困難（外側(cè)設(shè)置基礎(chǔ)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(shè)計(jì)

根據(jù)巖體的大小、數(shù)量、分布情況及沖擊力的強(qiáng)弱，確定棚洞的類型、結(jié)構(gòu)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(xiàng)

3.3.1 施工放線以線路中線為準(zhǔn)，標(biāo)高以內(nèi)軌頂面為基點(diǎn)。

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

3.3.3 開(kāi)挖基礎(chǔ)在靠線路一側(cè)應(yīng)設(shè)擋土板，按規(guī)定邊坡施工，遇孤石禁止放炮。

3.3.4 安設(shè)防電拱架車(chē)時(shí)，要求列車(chē)慢行，其運(yùn)行速度不得超過(guò)20Km/h，不得侵入限界，確保行車(chē)安全[5]。

3.3.5 必須保證擋墻的截面設(shè)計(jì)寬度，不足的部分應(yīng)鑿除，超過(guò)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(yīng)作抗撥力試驗(yàn)，要求每根錨桿拉力達(dá)5T以上，如達(dá)不到測(cè)定的拉力應(yīng)將錨桿長(zhǎng)度增長(zhǎng)，達(dá)到設(shè)計(jì)要求才能安裝錨桿，錨桿用300#水泥砂漿填塞密實(shí)。

3.3.7 要求基底承載力達(dá)到5.5kPa，基礎(chǔ)必須挖至基巖，整體巖層嵌入0.25m，一般巖層應(yīng)嵌入0.6m，松軟巖層嵌入1m以下，基礎(chǔ)挖不到基巖，應(yīng)變?cè)O(shè)計(jì)處理。

3.3.8 鋼筋必須經(jīng)試?yán)细癫拍軐?duì)焊綁扎，混凝土的配合比按試驗(yàn)的配合比施工。

3.3.9 頂棚達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度才能受力[6]。

4 結(jié)束語(yǔ)

在對(duì)此段鐵路路基采用懸臂棚洞方式進(jìn)行整治之后，進(jìn)行展開(kāi)觀察后發(fā)現(xiàn)，此段鐵路路基病害問(wèn)題已經(jīng)得到了預(yù)期的整治效果，為改短鐵路后續(xù)的安全、穩(wěn)定運(yùn)行奠定了良好的基礎(chǔ)。通過(guò)上文的調(diào)查研究和分析發(fā)現(xiàn)，在整治鐵路路基病害的過(guò)程中，相關(guān)人員必須在現(xiàn)場(chǎng)做好仔細(xì)、嚴(yán)格的調(diào)查研究，明確導(dǎo)致路基病害的誘因和形成規(guī)律，以便在因地制宜的基礎(chǔ)上，根據(jù)相應(yīng)的路基病害類型制定具體的整治方案。如果導(dǎo)致鐵路路基病害的誘因相對(duì)較多，則應(yīng)當(dāng)在綜合各類誘因的基礎(chǔ)上，制定綜合性的整治方案。但無(wú)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(wèn)題，力求在保證施工質(zhì)量的基礎(chǔ)上，用最少的投資一次性解決路基問(wèn)題，比曼由于重復(fù)投資和施工造成不必要的人力、物力、財(cái)力浪費(fèi)。