某庫區鐵路路基防護工程設計的安全評估

覃全勝

(茂湛鐵路有限責任公司,廣東 湛江 524046)

1 庫區鐵路路基安全事故實例和防范措施

水電站運營后,若對庫區鐵路路基防護不當,將嚴重威脅行車安全,造成重大損失。近年來,已經出現多起庫區鐵路路基防護工程的安全問題。如:

閩江水口電站庫區的外福線,鐵路路基防護的設計施工依據兩段預測塌岸,只考慮波浪沖刷作用,故河岸防護基礎埋置淺,結構強度不足,不斷出現防護設施變形與破壞,耗費巨資再行防護,造成至少增加 2384萬元以上的投資[1]。湘黔線復線工程 K100+600～K 106+250段,左側路堤傍臨溪口水庫,1995年開通當月,由于水庫水位下降 10m,致使多處發生大型滑坡,路肩下沉達 3.0m,水平位移達 2.0m。右側瀕臨大塘港水庫的路堤K 42～K48段,2003年干旱少雨,水庫水位在兩個月內迅速下降約 3.85m,路基出現滑塌,在臨庫側 2/3斷面處下沉 3m左右,大塘港底長約 80m、寬約50m范圍的淤泥上升 20～30cm[2]。寶雞峽渠首工程加高22.6m,隴海鐵路 K 1256+862～K 1265+130區段路堤被淹深度 5～19m。由于受庫水淹沒浸泡、水位升降、泄洪沖刷、滲透管涌等作用,造成黃土填筑的路堤沉落,邊坡滑坍,路堤整體失穩等病害[3]。

可以看出,對庫區鐵路路基防護工程設計進行安全評估十分必要?，F行鐵路路基設計相關規范及有關設計手冊分別給出了庫區路基防護措施[4]、[5]。蔣凱,何良德等人認為路基或庫岸防護設計應遵循滑坡與塌岸綜合治理、庫岸防治與開發利用相結合、分時期分段落分水位區防護等原則。在不同庫岸地質結構及庫岸再造類型中采用不同的防護結構,如砌石坡式防護、防護林帶、格構錨固、擋土墻、抗滑樁、噴錨等。一般水庫路基以防滲為主,排滲為輔,沿河路基采用排滲措施為主[6]、[7]。林文騰認為外福線鐵路路基應該按沖刷設置防護,這樣在蓄水前根據閩江沿岸基巖裸露或埋藏不深,設計將防護工程的基礎埋入基巖,就會杜絕蓄水后坍岸威脅行車安全,耗費巨資整治的現象[1]。

2 庫區鐵路路基防護工程設計

某新建水電站,庫區內存在既有鐵路。水庫設計蓄水位高程及溢洪道頂面高程均為 1433.60m,壩頂高程 1435m。壩址軸線對應鐵路里程為K 97+910,軌頂面高程為 1436.10m,路肩高程為 1435.40m。

庫區范圍內主要分布地層有:人工填土、漂卵石土和塊碎石土、震旦系中統燈影組(Zbdn)白云巖夾白云質灰巖

電站蓄水后,將使庫區范圍內的鐵路路基長期處于浸泡狀態,路基的巖土物理力學指標降低,需對庫區鐵路路基進行防護。

根據有關規范及庫區蓄水后對鐵路的影響,防護工程設計措施有:

(1)作邊坡防護。受庫區蓄水影響的 K 96+760～K 96+795、K 96+821～ K97+175、K 97+285～ +590及 K 97+610～+871四段共 955m長的鐵路右側邊坡作防護。具體措施為邊坡下部設護腳墻,邊坡作漿砌片石護坡。

為保證邊坡穩定及減輕路基受水浸泡影響,護坡邊坡率設為 1∶1.75,墻后及邊坡幫填部分用滲水土填筑?？紤]到庫區波浪浸襲高、雍水高及回水坡度的影響,防護高度K 96+760～K97+000段高出蓄水水位 2.5m、K97+000～K 97++500段高出蓄水水位 2.0m,K 97+500～大壩高出蓄水水位1.5m。

(2)不作邊坡防護。K 96+760上游地段,因蓄水位小于1/100洪水位 2.8m以上,庫區蓄水后并未增加對鐵路路基的影響,不作防護。因 K 96+795～K96+821段工務段正在做防護施工、K 97+175～K 97+285及 K97+590～K97+610兩段右側平臺較寬,庫區至鐵路有一定的安全距離,且邊坡下部大塊石較多,不作防護。K 97+871～K 97+910(大壩)段已做了鋼筋混凝土擋墻及鋼筋混凝土護坡,不再做防護措施。

(3)作涵洞出口鋪砌。為防止庫區內既有鐵路涵洞出口對邊坡的沖刷,對 K 96+888.9、K 97+010.8、 +091.9、 +224、+303.2、+410、+575.3、+749.5等八個涵洞出口作鋪砌處理,原來有鋪砌但鋪砌長度不足的作接長處理。

(4)基坑采用漿砌片石回填和加深埋置深度。庫區內主要以淤積為主,對鐵路邊坡的穩定有利。在庫區完全泄洪時,在壩前約 100m范圍內受水流沖刷影響較大。為保證護腳墻的穩定,基坑回填采用M 7.5漿砌片石回填,并在壩前100m范圍內,護腳墻的基礎埋置深度加深至 2.5～4.5m。

3 防護工程設計的安全評估

安全評估采用現場調查、計算分析、工程類比的方法進行。

計算考慮設計的擋土墻在浸水狀態、非浸水狀態、泄洪狀態(擋土墻墻前墻后有水位差的狀態)3個工況。對庫區鐵路路基各典型斷面設計的計算結果表明,設計的擋土墻的滑動穩定性、傾覆穩定性、地基應力、墻底截面強度滿足規范要求。

《鐵路路基設計規范》(TB 10001-2005)第 3.0.3條規定,水庫路基的路肩高程,應高出設計水位加波浪侵襲高加雍水高(包括水庫回水及邊岸雍水),再加 0.5m。當按規定洪水頻率計算的設計水位低于水庫正常高水位時,應采用水庫正常高水位作為設計水位?！惰F路特殊土路基設計規范》(TB 10035-2006)第 13.2.1條規定,邊坡浸水防護高程,應大于設計水位加波浪侵襲高或斜水流沖高加雍水高(包括河道卡口或建筑物造成的雍水、河灣水面超高、橋前水面拱坡附加高)加河道淤積影響高度加不小于 0.5m的安全高度。《鐵路特殊土路基設計規范》(TB 10035-2006)14.3.2條規定,路基浸水部分應采用滲水土填筑?！惰F路特殊土路基設計規范》(TB 10035-2006)第 14.3.3條還規定,路基邊坡的防護應符合下列要求。

(1)路基邊坡浸水防護頂面高程因為線路設計水位(當線路設計水位低于水庫正常高水位時,采用水庫正常高水位為設計水位)加波浪侵襲高加安全高度 0.5 m,底面高程應為水庫設計低水位減波浪影響深度(可采用 2～2.5倍低水位時的波浪高)。當蓄水初期由于浸水或水流的作用影響邊坡穩定時,防護底面至路基坡腳之間的坡面應進行適當防護。淤積較快的地段,可采用臨時防護措施。

(2)防護頂面高程下一邊坡坡率可比非浸水路基的邊坡坡率放緩一級。當浸水較深或條件復雜時,應經穩定性檢算確定。

從計算分析結果及施工設計圖中可以看出,路基防護工程措施安全有效,符合規范要求。但是對于靠近大壩附近的K 97+610～K 97+871段,設計采用的防護高度為高出蓄水水位 1.5m,建議防護高度高出蓄水水位 2.0m。防護工程實施后將有效地防止鐵路側庫區坍岸、邊坡坍溜及滑坡病害的發生,保障鐵路運營的安全。電站運行 2年以來,庫區鐵路運營正常,無病害發生。

4 結論

(1)庫區鐵路路基防護工程要考慮各種不利因素,對于蓄水位、泄洪、沖刷的影響要充分考慮。

(2)某庫區鐵路路基防護工程設計符合規范要求,支擋工程能夠保證鐵路路基邊坡的安全。

(3)建議加強鐵路路基和水庫監測,發現異常及時處理,確保鐵路運營安全。

[1]林文騰.水口庫區外福線濱江路基應按防沖刷設置防護[J].鐵道工程學報,2000,(4):74-77

[2]黃谷豐.重視水位對路基穩定的影響[J].中國市政工程,2005(4):6-7

[3]張宗堂.隴海鐵路路基受寶雞峽加壩影響及加固措施初探[J].路基工程,2001(4):25-27

[4]鐵道部第一勘測設計院.鐵路工程設計技術手冊—路基[M].北京:中國鐵道出版社,1992

[5]交通部第二勘察設計院.公路設計手冊—路基(第 2版)[M].北京:人民交通出版社,2001

[6]蔣凱,何良德 .水庫地區路基的防護研究[J].石家莊鐵道學院學報,2006,19(3):98-103

[7]何良德,宗澤.水庫地區路基斷面設計與防滲設計[J].石家莊鐵道學院學報,2006,19(4):88-93