在建公路削坡對已建鐵路邊坡穩定性的影響*

周大川 郭永建 謝永利

對于山區來說，由于場地與經費的原因，公路與鐵路一般都是順溝、順河，甚至是沿坡并行修建。多數情況下是先有鐵路，后筑公路，或者是先有公路，后筑鐵路。對沿坡并行的工程來說，后筑工程因削坡等原因，會改變先筑工程的環境條件，有可能造成先筑工程邊坡的不穩定，需要進行專門的分析。根據分析結果，在有依據的前提下，采取相應的交流或工程措施既確保了鐵路路基的穩定和安全運營，同時也可加強公、鐵雙方的團結。文章選擇數值分析方法，對某高速公路K119+060公鐵并行線處的公路削坡對鐵路邊坡的影響進行了分析[5，6]。

1 工程概況與計算模型

1.1 工程概況

該高速公路沿線有多處鐵路、公路并行。因鐵路工程在先，公路工程在后。鐵路工程在坡上、公路工程在坡下、設計的公路要削鐵路邊坡，考慮削坡對鐵路運營安全的影響選取鐵路與公路水平距離最近的K119+060處對鐵路工程最不利的邊坡進行分析。該處挖方路塹地段地質受區域構造擠壓變形影響，巖體碎裂風化強烈，按風化強度可劃分為強風化和弱風化以及微風化三個帶。根據設計文件提供的巖土體力學參數如表1所示。

表1 巖土體計算參數

1.2 計算參數的選取與模型的建立

計算應用大型商業有限元分析軟件Msc.Marc，建立二維平面應變模型[7]。邊坡巖土體采用線性Mohr-Coulomb屈服準則，Marc軟件中采用的線性Mohr-Coulomb準則實際上是線性的D-P屈服準則，其中屈服函數 α，σy為與C，φ值相關的試驗常數，計算式見式(1)。

鐵路所在位置采用線彈性問題分析，計算網格劃分如圖1所示。

火車運行速度選取為120 km/h，單輪軸荷載為160 kN，鐵軌間距1 435 mm，多節車廂施加形式為單節的重復，在此不再贅述。

1.3 計算工況

工況1:邊坡未開挖時，施加火車輪軸動荷載;工況2:邊坡一次性開挖未加支護時，施加火車輪軸動荷載;工況3:考慮邊坡開挖不穩定而采用錨桿支護時，施加火車輪軸動荷載。

2 計算結果及分析

根據圖2中的位移矢量變形圖可知，若采用一次性開挖，就會造成鐵路路基邊坡過大的變形而影響火車的安全運營，甚至因邊坡的失穩而造成安全事故，則對于這種工況，應采用邊開挖邊支護的工程措施。該處工程采用邊開挖邊錨桿支護的形式。錨桿加設形式如圖3所示，長度8 m，埋設方向與水平方向夾角為20°。

通過開挖邊坡受錨桿支護后的計算與分析，得出采取相應處理措施后，是滿足工程要求的。

圖4中給出了受動荷載時鐵軌兩側的動態豎向位移時程，邊坡未開挖時，左側最大位移為 0.195 mm，右側最大位移為0.001 mm，左側臨近邊坡處位移較大，左右鐵軌有不均勻的變形，但變形相對較小，屬于鐵路正常的安全運營范圍;邊坡開挖未支護情況下，鐵軌兩側出現了大的動態變形——左側最大動態位移值為0.85 mm，右側最大動態位移值為0.012 mm，變形量較大，且進一步加大了兩側鐵軌的不均勻變形，使鐵路運營存在很大的不安全因素;采用錨桿邊開挖邊支護形式處理的邊坡則沒有對鐵路產生較大的影響——鐵軌左側最大動態位移為0.24 mm，右側最大動態位移為0.002 3 mm，鐵軌變形基本接近于未開挖情況下的變形情況，對左側稍有影響，對右側基本沒有影響，變形屬于鐵路正常的安全運營范圍。可見采取適當的施工工藝與防護措施對鐵路路基的穩定能夠起到很好的作用。

3 結語

1)公路與鐵路在順溝、順河、沿坡并行，先后修建且后建工程對先建工程有削坡時，一定要對先建工程進行穩定分析，依據穩定分析結果采用相應的處理措施。2)上述工況下若要進行邊坡加固時，一定要采取邊開挖邊支護的施工工藝，防止在施工期內對先建工程造成損失。3)先建工程若是鐵路，則分析時最好要考慮火車輪軸的動荷作用。4)詳細分析時要認真考慮鐵軌、道碴所起的作用，也要考慮火車時速的影響。

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