既有鐵路高邊坡挖方施工防護技術

雷通文，郭興文

(中國中鐵二院工程集團有限公司，四川成都 610031)

1 工程概述

1.1 主要工程地質特征[1]

工程場地屬丘陵地貌，地形陡峻，地勢左高右低，多為密林。地面高程510～555 m，相對高差45 m，自然橫坡約40°，陡崖處基巖出露。坡頂地表覆蓋0～2 m粉質黏土，其下為砂巖夾泥巖，全風化帶厚0～2 m不等，強風化帶少見，余為弱風化帶。

工程區未發現對工程影響較大的地質構造。巖層產狀為 N70°～80°E/15°～25°SE，節理產狀為N35°W/90°，N76°E/80°NW，N35°W/75°SW 等，節理多呈垂直或近于垂直。地震動峰值加速度為0.15g，地震動反應譜特征周期為0.40 s。

地表水主要為坡面季節性少量溝水，直接受降雨控制。地下水為基巖裂隙水，含量甚微，地下水位埋藏較深。

1.2 工程概況

既有寶成線在該段沿山腳行進，左挖右填，線路走向 N70°E，新建鐵路走向 N55°E，兩者以小角度(16°)相交，巖層走向基本與既有鐵路走向平行。線路小里程端為南河雙線特大橋，采用門式墩上跨南河、龍鳳至彰明縣道和既有寶成鐵路，在DK11+170.556處結束后即為路基挖方。

DK11+170.556—DK11+247段為半填半挖，DK11+247—DK11+580段為全開挖地段。線路中心最大挖深26.0 m，邊坡最大高度約40 m。路塹分1～5級臺階開挖，每6～8 m分一級臺階，總開挖高度6～40 m，開挖寬度8～50 m。左側坡腳設樁加固，采用錨桿框架梁內噴混植生護坡。線路右側約13 m、下方約10 m為既有寶成鐵路，既有寶成鐵路右側為龍鳳至彰明縣道，再右為南河。平面位置關系見圖1。現場實景如圖2。

1.3 工程特點

1)該段陡峭山坡出露，走向近平行于既有寶成線，巖性為強～弱風化中厚層狀砂巖、泥巖。巖層產狀平緩，垂直節理發育。且由于砂巖、泥巖差異風化，使伏于中厚～巨厚層砂巖之下的泥巖逐漸被風化剝蝕，造成上部砂巖倒懸，從而形成危石。受5.12地震影響，部分孤石已經松動，外界輕微擾動隨時可能滾落。

2)開挖區緊臨既有線，山頂危巖落石較多。如何保證爆破飛石、山頂危巖、落石不侵入既有鐵路，確保既有線行車安全，是該段路塹工程施工的難點。

3)土質地段采用機械開挖，石質地段需采用爆破結合機械方式開挖，為防止新線施工時對既有運營鐵路造成影響，需采用必要的防護措施。

2 開挖方案[2-3]

根據周圍地勢及地質情況，為了保證安全及進度，本段路塹采用由上至下分層開挖。每層厚度控制在3～10 m，其中小臺階法厚度為3 m，大臺階法厚度為6～8 m。分層位置根據路基斷面設計的平臺確定。第一層開挖完成并施作坡面防護工程后，再進行第二層開挖。具體每層的開挖方案如下:

1)全段表層W4全風化層土方采用機械開挖，個別孤石采用控制爆破解體后機械開挖。

圖1 平面位置關系示意

圖2 施工現場實景

2)DK11+170.556—DK11+247段長76.444 m，采用“預留隔墻淺眼小臺階微差龜裂成縫控制爆破法”開挖，每次控制爆破臺階高度2～3 m。

3)DK11+247—DK11+580段長333 m，采用右側預留6 m寬隔墻的“預留隔墻深孔微差松動控制爆破法”，鉆孔直徑為76～100 mm，臺階高度為5～10 m。由于隔墻為W4和少量的W3強風化層，主體石方開挖完后，隔墻采用機械挖除。

3 防護方案

此段山體植被茂盛，靠近既有寶成線一側山坡高陡，山坡和山頂存有少量孤石，又緊鄰運營鐵路及公路，存在一定安全隱患。為了防止山坡側向危石和爆破滾石侵入既有鐵路和公路影響行車安全，在采取控制爆破的同時還需采取一定的防護措施，以確保行車安全。

3.1 爆破滾石和危巖落石防護[4]

1)在路塹既有鐵路側開挖線2～3 m外塹頂設置高5～6 m鋼管防護排架，在防護排架內側挖一條貫通的防護溝，以消耗落石的墜落動能。

2)開挖時在路塹既有線側預留巖體隔墻進行防護。即在路塹開挖時，中部主體巖體先開挖，留既有線山坡側6 m寬巖體先不開挖。小臺階法寬6 m，高度1.5～2.0 m;大臺階深孔爆破法寬度6 m，高度3～4 m，作為下一層開挖的防飛石及滾石的擋墻。

3)小臺階爆破開挖或處理孤石時在爆破體上進行覆蓋防護。

4)距既有鐵路＜50 m時如需爆破開挖，必須利用鐵路天窗“要點”封鎖線路爆破，同時對附近公路進行臨時封閉。

3.2 爆破地震波防護[5]

為了防止爆破地震波對既有線路造成破壞，或爆破地震波對山頂孤石造成擾動而失穩，在爆破時必須采用防震措施。根據試驗及有關資料，鐵路設備的抗震能力大，較穩定孤石的抗震能力一般均＞3 cm/s，對抗震能力＜3 cm/s的極不穩定孤石可采用人工清除的辦法首先清除。

根據安全距離震動公式Q=R3V3/K3/α(式中:Q為最大一次或一段起爆藥量，kg;R為建筑物距爆區距離，m;V為建筑物最大安全抗震動速度，cm/s;K，α為不同巖石的爆破性系數，這里石灰巖取K=200，α=1.5)進行估算，嚴格控制最大一次(段)起爆藥量。必要時采用孔間微差或孔內微差的辦法控制爆破地震波，將受保護對象所在區域的爆破地震波控制在允許震動范圍內。

4 孤石和隔墻處理方案

4.1 臨近既有線一側

臨近既有線孤石優先采用風鎬人工鑿除，其次采用破碎機鑿除，施工過程中嚴禁爆破施工。

在對臨近既有線孤石鑿除之前，首先對孤石進行系統調查，編號并標注大小，破碎的最大直徑不得大于防護溝及防護排架承受范圍。對現場可能出現的情況進行逐一分析，制定相應的處理方案。孤石基礎與軟弱層接觸面采用漿砌片石或混凝土結構支擋，確保其鑿除過程中安全穩定。臨空面不確定的孤石采用布魯克主動防護網結合土工格柵固定，并用錨桿(錨樁)固定后再進行人工鑿除。

采用破碎機鑿除孤石，首先對遠離既有線一側進行降坡，為破碎機工作提供施工作業平臺，鑿除過程中應時刻注意施工作業平臺的設置，不得將破碎機懸空。鑿除的渣土應及時清運出施工作業范圍，以防渣土過多對防護排架造成損害。清運時停止一切高處作業，防止高處墜物對低處作業人員造成傷害。

4.2 遠離既有線一側[6]

遠離既有線一側堅硬的孤石可采用小爆破方法處理，爆破時嚴禁采用裸露藥包進行糊炮，必須鉆眼爆破，并保證炮眼均勻地分布于孤石中。

遠離既有線一側山體由上至下逐層開挖，每層2～3 m。爆破時，為了保證邊坡穩定，邊坡采用預裂爆破技術，先沿邊坡線爆破開一條防震縫，然后再爆破主爆體。第一層主爆體爆破時，靠既有線一側留2～3 m寬的巖體不爆，作為中部主爆體爆破的“隔墻”。待下一層主爆孔爆破時，再在“隔墻”中部布一排豎直密眼爆除其高度的一部分，使隔墻始終保持比主爆體高1.5～2.0 m左右(強風化地段不需爆破，可用機械直接挖除)，確保施工作業安全。

4.3 防護措施

為防止飛石和滾石對既有寶成線和公路造成破壞，臨近既有線開挖邊線外側2～3 m處設置鋼管排架防護，在防護排架內側挖一條貫通的防護溝，以消耗鑿除的孤石墜落動能。主要參數如下:

1)鋼管采用直徑10 cm的普通鋼管(壁厚4 mm);鋼管樁間距150 cm，鋼管埋入地面以下不少于100 cm，排架露出地面高300 cm，坑內澆筑C20混凝土，振搗密實，鋼管中也灌入C20混凝土，振搗密實。

2)鋼管排架受力方向用同等直徑普通鋼管做斜支撐，保證斜支撐支點堅實穩固，受力良好。鋼管樁之間用8#鐵絲綁扎普通毛竹跳板，綁扎牢固，竹跳板安裝高3 m。受力鋼管用腳手架管做橫向連接，每排間距1 m，共3排，使鋼管排架有效形成受力整體。無斜支撐位置處，用直徑16 mm的鋼絲繩、地錨牽引固定。對于孤石較多地段采用P50鋼軌防護樁做防護排架，同樣做好豎向錨固和橫向連接，做好防護。

在遠離既有線一側爆破時尚需注意以下防護措施:①加強堵塞，保證堵塞長度和質量，深孔爆破孔口用沙包防護;②淺眼或孤石爆破采用廢舊輪胎編織的“炮被”或沙袋覆蓋在爆破體上。

5 結論

在該類臨近既有線高邊坡挖方的施工中，首先要根據現場地形地質條件、施工環境制定詳盡的施工組織方案，查清危險源，有針對性地形成防護措施。對于已松動危巖開挖前可進行臨時加固處理，以免在施工中由于爆破或機械振動而墮落。利用主動防護網、緩沖溝槽以及鋼管排架等有效防護措施，多方位、多關卡對意外的落石進行主動和被動防護。對施工過程中關鍵工序認真組織，隨時監測。進場前進行技術培訓及交底，必要時在安全區域演練，做到萬無一失。

本次臨近既有線高邊坡挖方作業，經過盡心組織，未出現任何安全事故，可為以后此類施工作業提供參考。

[1]黃潤秋，王運生.2009年8·6四川漢源猴子巖崩滑的現場應急調查及危巖處理[J].工程地質學報，2009，17(4):445-448.

[2]莫永春.浙贛鐵路橫峰站疏解線工程鄰近營業線深路塹控制爆破施工方案[J].工程技術，2012(7):238-241.

[3]朱玉國.營業線基坑開挖支護設計與施工[J].山西建筑，2008(31):118-119.

[4]王毅，劉同芳.營業線施工安全存在的問題及對策[J].運輸安全，2004(6):49-50.

[5]徐志宏.路塹山體邊坡控制爆破技術[J].鐵道建筑，2012(7):91-92.

[6]朱瑩.某鐵路營業線車站擴塹控制爆破施工技術[J].軌道交通，2011(24):154-156.