張宏

（中國鐵路蘭州局集團有限公司 建設部，甘肅 蘭州 730030）

0 引言

在直立陡坡黃土梁峁區(qū)，地面破碎、地形起伏較大，此類鐵路工程隧道洞口面臨危巖落石威脅，危巖體產(chǎn)生崩塌落石是典型坡面地質災害，給鐵路運營及安全造成嚴重的影響，如何有效處理危巖落石危害成為現(xiàn)階段鐵路工程熱點課題之一［1-3］。

葉四橋等［4］為厘清落石形狀、塊度大小和運動模式對其運動特征的影響規(guī)律，進行了112塊落石現(xiàn)場試驗；孔偉［5］通過PFC 軟件模擬了危巖落石運動過程，并與理論運動學計算結果進行對比，最終編制了落石危險分布圖。丁浩江等［6］提出了危巖落石的4 種失穩(wěn)模式，針對坪上隧道提出了危巖落石整治方法，并給出危巖落石的防護建議；通常采用Rockfall 軟件模擬落石運動軌跡及沖擊能量，確定危石的威脅范圍，建立風險評價模型，并將風險評價進行量化［7-8］；花曉鳴等［9］運用Rockfall 軟件建立了高陡邊坡落石運動分析模型，系統(tǒng)地研究了落石的運動特征。莫志藝［10］提出一種基于800 MHz通信傳輸?shù)奈r落石監(jiān)測系統(tǒng)。

基于中衛(wèi)—蘭州鐵路（中蘭鐵路）（甘肅段）的危巖落石現(xiàn)場調(diào)查情況，并以寶臺山隧道為例，通過評估其危巖穩(wěn)定性，對危巖體崩落的可能性及崩落后到達威脅對象區(qū)域可能性選用合適的方法進行定量預測，通過Rockfall 軟件研究不同落石軌跡預測線危巖落石的運動軌跡、動能、彈跳高度、落點位置等運動特征，并提出安全合理的防治措施。

1 工程概況

1.1 中蘭鐵路（甘肅段）線路概況

中蘭鐵路（甘肅段）位于白銀市和蘭州新區(qū)境內(nèi)。正線經(jīng)白銀市平川區(qū)、靖遠縣、白銀區(qū)，向西經(jīng)蘭州新區(qū)接至既有中川機場線樹屏站，是京蘭客專的重要組成部分，是我國“一帶一路”倡議發(fā)展核心區(qū)域的重要交通基礎設施。中蘭鐵路（甘肅段）正線長度173.458 km，新建雙線隧道25.598 km/15 座，占此段正線長度的14.8%。其中，寶臺山隧道位于白銀市白銀區(qū)四龍鎮(zhèn)和強灣鄉(xiāng)境內(nèi)。中蘭鐵路（甘肅段）線路走向見圖1。

圖1 中蘭鐵路線路（甘肅段）走向示意圖

1.2 寶臺山隧道的地形地貌

隧址區(qū)地貌屬黃土梁峁區(qū)，地形起伏較大，沖溝發(fā)育，一般海拔標高1 503～1 695 m，相對高差10～70 m。植被稀疏，主要為低矮的雜草，大多為荒山、荒坡，交通不便。

1.3 寶臺山隧道進口處地層巖性及地質構造

寶臺山隧道進口處陡坡由第四系上更新統(tǒng)風積砂質黃土、白堊系下統(tǒng)泥巖夾砂巖組成。泥巖夾砂巖，強風化～弱風化，節(jié)理裂隙發(fā)育，巖體破碎，節(jié)理、裂隙產(chǎn)狀傾向線路中線。寶臺山隧道進口見圖2。

圖2 寶臺山隧道進口

針對寶臺山隧道進口段危巖落石穩(wěn)定情況，在區(qū)域地質條件分析的基礎上，進行了詳細的工程地質調(diào)查，利用赤平投影法對危巖落石的整體穩(wěn)定性進行評估，得出結論：危巖落石分布于寶臺山隧道進口D1K174+100 處，右側直立陡坡為潛在崩塌體，距線路20～30 m，陡坡高約20 m，在重力及傾覆力矩作用下，陡坡巖體可能沿裂隙向線路滑移及崩塌，存在安全隱患，影響隧道進口安全。

2 模擬計算

2.1 模擬落石路線依據(jù)

采用赤平投影法進行評估，對孤石的崩塌、滑動可能性進行初步定性評價，并對孤石可能的失穩(wěn)模式或破壞機制作出準確判斷。

赤平投影法評估理論：赤平投影圖解法通過對巖質危巖體及其巖體軟弱結構面的大量調(diào)查統(tǒng)計，充分掌握其優(yōu)勢軟弱結構面的產(chǎn)狀特征，選取危巖體的優(yōu)勢軟弱結構面，以赤平投影理論為基礎，分析對危巖體穩(wěn)定性的影響。

有2組優(yōu)勢軟弱結構面的危巖體，穩(wěn)定性由交線的產(chǎn)狀控制，分為以下3種情況：

（1）交線傾向坡內(nèi)。在赤平投影圖上，2組結構面投影弧交線與坡面投影弧相對說明是穩(wěn)定的（見圖3（a））。

（2）交線的傾向與坡面傾向一致，但其傾角小于坡角。在赤平投影圖上結構面投影弧交線與坡面弧同在一側，但位于坡面弧的外側。這種情況說明是不穩(wěn)定的（見圖3（b））。

（3）交線的傾向與坡面傾向一致，但其傾角大于坡角。這種情況是基本穩(wěn)定的（見圖3（c））。

圖3 軟弱面邊坡赤平投影及穩(wěn)定情況

2.2 模型建立

根據(jù)寶臺山隧道的地質情況及赤平投影法，提出2 種落石軌跡預測線（見圖4），具體落石軌跡預測線縱向高度見圖5，并用于落石的模擬計算。

2007年實行課程標準后的高考，10年來隨高中課程改革的不斷推進，使用課標的省份逐漸增加，考生的常模不斷發(fā)生變化，高考試卷的難度也根據(jù)考生群體的變化逐年調(diào)整，以適應考生水平的變化.10年來數(shù)學試卷的難度怎樣？選擇題、填空題、解答題三種題型中哪種題型的難度比較穩(wěn)定？

圖4 落石軌跡預測線

圖5 落石軌跡

具體的落石計算輸入條件：在斜面頂部下落時，水平初速度為0，豎向初速度為0。計算落石為半徑0.15 m，大致方量為0.12 m3。落石的密度為2 500 kg/m3。落石質量為300 kg。跌落統(tǒng)計次數(shù)采用1 000 次，并根據(jù)此次數(shù)進行概率統(tǒng)計。

2.3 落石軌跡預測線1模擬結果

落石軌跡預測線1的模擬結果見圖6。

圖6 落石軌跡預測線1的模擬結果

通過落石分析軟件計算結果可知，落石在邊坡上部發(fā)生滾落運動中產(chǎn)生的最大彈跳高度為15 m，最大沖擊能量約為110 kJ，大部分落石落點位于洞口所在范圍，對洞口影響較大。

2.4 落石軌跡預測線2模擬結果

落石軌跡預測線2的模擬結果見圖7。

圖7 落石軌跡預測線2的模擬結果

通過落石分析軟件計算結果可知，落石在邊坡上部發(fā)生滾落運動中產(chǎn)生的最大彈跳高度為6.7 m，最大沖擊能量約為230 kJ，少部分落石落點位于洞口所在范圍。

3 治理措施

根據(jù)圖6（b）可知，在軌跡47 m 處落石彈跳高度小于1 m，設置1 個5 m 高被動網(wǎng)，可攔截部分落石。在65 m 處落石彈跳高度小于4 m，設置1 道6 m 高的攔石墻均能有效攔截落石，防止落石滾動上線（見圖8）。

圖8 軌跡1落石防護措施示意圖

根據(jù)圖7（b）可知，在軌跡95～140 m，落石彈跳高度小于1 m，但140 m 后落石運動軌跡較陡，彈跳高度和沖擊能力快速增加，在此設置1 道6 m 高的攔石墻攔截落石，在其未彈起時防止落石滾動上線（見圖9）。

圖9 軌跡2落石防護措施示意圖

綜合計算結果并結合現(xiàn)場實際情況，攔石墻具體防護位置示意見圖10。

圖10 攔石墻防護位置示意圖

經(jīng)過計算，落石軌跡1對隧道洞口影響比較大。并依據(jù)計算結果及現(xiàn)場實際情況提出寶臺山隧道中衛(wèi)端洞口端部防護原則如下：

（2）首先對直立陡坡進行削坡后采用錨桿框架梁防護，減少落石可能性，錨桿長12 m，一級坡坡率為1∶1.21，二、三級坡坡率為1∶1，分級平臺寬2 m。

（3）土石分界線以下設高6 m 厚1.85 m 的C25 混凝土擋墻，在軌跡1 的47 m 處設置1 個5 m 高被動網(wǎng)，土質坡面按1∶1分級開挖放坡，每8 m分1級，以減小落石的彈跳高度，坡腳及坡頂采用50 cm 厚C25 混凝土護腳進行護砌，以抵抗落石的沖擊能量。

4 結論

以中蘭鐵路寶臺山隧道為例，通過現(xiàn)場調(diào)研和落石分析軟件計算，得出以下結論：

（1）通過寶臺山隧道的地質情況及赤平投影法判斷所得，在重力及傾覆力矩作用下，陡坡巖體可能沿裂隙向線路滑移及崩塌，存在安全隱患，影響隧道進口安全。

（2）通過對落石軌跡1計算結果可知，落石在邊坡上部發(fā)生滾落運動中產(chǎn)生的最大彈跳高度為15 m，最大沖擊能量約為110 kJ，大部分落石落點位于洞口所在范圍，對洞口影響較大。

（3）通過對落石軌跡2計算結果可知，落石在邊坡上部發(fā)生滾落運動中產(chǎn)生的最大彈跳高度為6.7 m 在145 m 處，最大沖擊能量約為230 kJ，少部分落石落點位于洞口所在范圍。

（4）針對寶臺山隧道危巖落石應采用對直立陡坡進行削坡后采用錨桿框架梁防護，土石分界線以下設高6 m 厚1.85 m 的C25 混凝土擋墻，并分三級進行放坡，一級坡坡率為1∶1.21，二、三級坡坡率為1∶1，分級平臺寬2 m。