簾式防護網在鐵路危巖邊坡整治中的應用

趙 彪 彭 李 趙志剛

(1.中鐵二院重慶勘察設計研究院有限責任公司，重慶 400023； 2.四川奧思特邊坡防護工程有限公司，四川 成都 610041； 3.中鐵七局集團有限公司，河南 鄭州 450016)

簾式防護網在鐵路危巖邊坡整治中的應用

趙 彪1彭 李2趙志剛3

(1.中鐵二院重慶勘察設計研究院有限責任公司，重慶 400023； 2.四川奧思特邊坡防護工程有限公司，四川 成都 610041； 3.中鐵七局集團有限公司，河南 鄭州 450016)

以川黔鐵路K161+650處危巖整治工程為例，通過對落石軌跡、彈跳高度、沖擊能量等進行驗算，分析了該邊坡的穩定性，并提出了簾式柔性防護網整治措施，取得了良好的施工效果，保證了線路的安全。

鐵路，邊坡，簾式網，防護技術

0 引言

既有川黔鐵路珞璜至桐梓段全長201.137 km，地處四川盆地向云貴高原的過渡地帶，線路從地山丘陵、黔北中山區向云貴高原區過渡。根據現場調查及工務部門提供的資料統計，珞璜至桐梓段嚴重威脅行車安全的危巖病害多達42處，近年來落石時有發生，據不完全統計，發生因落石導致的行車中斷事故4次，共計1 h 33 min。

為保證鐵路運營安全，近年來成都鐵路局加大了對危巖落石病害的重視程度，積極引進新材料、新技術，根據輕重緩急分批有序地對沿線危巖進行整治，已初見成效。

本文通過對川黔鐵路K161+636～K161+703段右側危巖整治，在多方案分析比選的基礎上，采用了簾式柔性防護網進行治理，取得良好治理效果，保障了行車安全。

1 簾式網工作原理及特點[1]

1.1 工作原理

柔性防護系統是以鋼絲繩網、環形網或高強度鋼絲格柵為主的各類柔性網包裹在需防護的斜坡或危石上，通過柔性網的限制作用，將落石控制在一定范圍內運動，從而消除落石危害的防護技術。圍護引導系統通常也被稱為綜合防護系統，因其形狀類似“窗簾”，簡稱為簾式網，其中全部包裹在斜坡或危石上的，這種結構形式的簾式網稱為“覆蓋式簾式網”。這種防護技術既能憑借系統自重給潛在崩塌滑落體提供一定的覆壓穩定作用，部分地限制崩塌的發生，又能允許落石在系統與坡面構成相對封閉的空間內有一定限制地順坡滾落。由于防護網的阻滯作用，落石運動速度被降低到很小，在下落過程中也不會再發生彈跳，所以落石運動被限制成順坡向下的滑動、滾落，其運動過程的速度和能量都會很小，最終會在落臺、坡腳或其他具備堆石條件的地方靜止、堆積下來，從而避免了危害。其目的不是阻止崩塌的發生，而是控制崩塌發生的過程，使其不造成危害，對落石頻發的高陡邊坡來說是一種非常經濟、有效的防護方法，因為其既能避免部分災害發生，又能避免災害變成危害。

1.2 簾式網特點

簾式網運用落石“引導”的設計理念，采用摩擦方式逐漸衰耗落石動能，與運用“固定”理念的主動網和“攔截”理念的被動網相比，具有以下特點:

1)性能優越:與被動網相比簾式網防護能級更高，與主動防護網相比，可以有效避免二次危害;

2)適用性好:不僅可以安裝在坡度平緩的坡體表面，還可以在直立陡崖上安裝;

3)安裝簡便:簾式網主要通過引導落石至設定位置而防治災害，不需要安裝大量錨桿來穩固邊坡，與主動網相比安裝更簡易;

4)維護方便:簾式網下部“窗簾”結構對落石的導向性很強，可使落石落在設定的收集位置即落石收集區，因而容易除去落下的落石，與主、被動防護網相比，后期維護管理更為方便。

2 工程實例

川黔鐵路K161+636～K161+703段位于貴州桐梓縣新站鎮小水鄉合理村。位于既有龍腦山棚洞進口，洞頂及邊坡為灰巖，受構造、風化及卸荷作用影響，山體基巖中存在共軛節理，形成較多灰巖危巖，常有零星塊石滾落至鐵路附近，危及行車安全。

邊坡巖層主要為中厚層狀灰巖，巖層傾向與坡向相反屬于逆層邊坡，邊坡與鐵路線高差為125 m左右，寬度約30 m，邊坡坡度陡，局部近直立，見圖1。

邊坡中上部巖體裸露，植被稀疏，坡表巖質堅硬，巖體內部節理裂隙極其發育，其中主要發育有兩組共軛節理，這兩組節理產狀相互交叉導致淺表層巖體形成多個楔形體，見圖2。邊坡下部植被茂盛多為林木，坡度中緩，邊坡坡角從30°～20°逐漸減小。在距離鐵路線高差為60 m～92 m的范圍內形成有一塊大型危巖體，見圖3。危巖體寬約7 m，高約15 m，厚度約為3 m，危巖體左側裂縫寬度為0.3 m～0.6 m，右側裂縫寬度為2 cm～3 cm左右，裂縫自坡頂向下延伸長度約20 m。

可以看出：該危巖體所在坡面坡度陡，位置高，危害大，整治加固難度大，但整治勢在必行。

3 穩定分析

三維激光掃描。為確保方案的準確性，采用三維激光掃描儀對該處邊坡進行了三維激光掃描[2]，以獲取邊坡的三維模型，采用Rockfall落石分析軟件分析坡面的落石情況，包括落石的彈跳高度、運動速度和沖擊能量等進行模擬分析，結合邊坡現實情況，提出邊坡防護治理方案建議。

通過三維激光掃描軟件及后處理的邊坡三維模型，截取一個最大危巖體的斷面(見圖4)，用于落石的模擬計算。

落石計算輸入條件：由于單塊危巖過大，只能考慮對其加固，以5 t重質量進行落石分析模擬。落石在斜面頂部的下落：水平初速度為0 m/s，豎向初速度為0 m/s。計算落石半徑：0.78 m。體積：2 m3。落石密度：2 500 kg/m3。跌落統計次數為500次。落石運動軌跡、落石彈跳高度曲線、落石沖擊能量曲線、落石平移速度曲線、落石落點統計柱狀圖分別如圖5～圖9所示。

通過落石分析軟件計算結果可知，落石在邊坡頂部發生滾落運動中產生的最大彈跳高度為15 m～70 m，最大沖擊能量約為4 400 kJ，落石最大沖擊速度約為42 m/s，落石落點位于橫坐標52 m范圍內。由圖9可知，落石已經侵犯了鐵路所在的區域，有必要對該處山體進行落石防護。

4 治理方案比選

結合上述分析，并考慮現場情況,初步擬定三種方案[3-6]：方案一采用落石攔截技術，方案二采用斜坡穩定技術，方案三采用落石引導系統。

方案一:落石攔截技術有傳統的擋石墻和柔性被動網等防護措施。擋石墻存在的問題為:

1)沿線山體陡峭，攔石墻沒有施工空間;

2)攔石墻背后無落石坑，不能起到攔截作用；

3)落石落下后彈跳高度大，易從上方飛過，安全性差。而被動網防護依據現場情況，無足夠的安裝空間，且邊坡近于直立，落石易從上方飛過，既沒有安裝場地，亦無法提供減緩落石沖擊的作用。

方案二:主動柔性防護網+錨桿加固。

1)由于坡面高約百米，坡面近直立，錨桿施工需搭設約90 m高腳手架，腳手架搭設難度大，空間有限，腳手架自穩性能差，對作業人員安全構成極大威脅；

2)巖體危害程度較為嚴重，采用主動網施工需間隔4 m～5 m施鉆錨桿，數量多，對坡面擾動大，安全風險極高；

3)主動網安裝在高陡邊坡上，日積月累容易出現“鼓肚子”現象，可能會造成二次危害。

方案三:局部危巖加固+落石引導系統(即簾式網防護技術)，通過局部危巖加固提高其穩定性，同時通過柔性網的限制作用，將落石控制在一定范圍內運動，即使落石發生，也會沿邊坡滑落到防護網底部的落石收集區，從而消除落石危害。簾式網對工程場地空間沒有要求，對坡度陡立邊坡比較適用，能滿足該處邊坡落石防護的需求。

5 簾式網防護技術

覆蓋式簾式網采用能級為5 000 kJ的LF-500型覆蓋式簾式網，防護寬度約35 m，防護高度約120 m,防護面積約4 200 m2；危巖加固長7 m，防護高度15 m，防護面積約105 m2。其中，覆蓋式簾式網采用環形網和雙絞六邊形網的雙層配置，所用環形網必須滿足靜態試驗極限頂破力不小于60 kN，中性煙霧試驗時間不得低于600 h。雙絞六邊形網必須滿足頂破力不小于33 kN。

危巖加固方面，采用鋼絲繩配合環形網的方式對危巖體進行攔截加固，該方式可將受力模式由線受力形式轉換成面受力，同時可確保在危巖體未形成較大能量的危害體前有效將其穩固于坡面，使其破壞后能夠沿坡表向下運動。

5.1 錨固點基礎選擇

危巖體重量約1 750 t，高15 m左右，寬約7 m，邊坡坡度直立，根據現場勘察危巖體可能會以傾倒的形式失穩破壞，主要考慮在暴雨條件和地震條件下發生傾倒破壞。

1)危巖體施加穩固力。出于保守設計，且不考慮巖體與基巖間的粘結力即假設裂隙面完全貫通；依據規范條文[4，6]，假定危巖體可能會以傾倒的形式失穩，并考慮暴雨和地震兩種工況對危巖體所需穩固力進行分析。

暴雨工況條件下，假設強暴雨下裂隙面內充水水柱高度為裂隙面高度的一半；地震工況條件下，按鐵路抗震設計規范該區域抗震設防基本烈度為7度，確定的水平地震影響系數為a1=0.2。分別計算兩種工況下危巖體所需穩固力，分別為1 969 kN和3 500 kN，危巖體的最不利工況為地震工況，本工點設計計算按地震工況進行。

2)依據規范要求[4，6]，危巖體穩定系數取1.35，則危巖體穩固力設計值為4 725 kN。

3)錨固點錨固力取值。該危巖體共設16個錨固點進行錨固，假定每個錨固點錨固力按均勻受力設計，則單個錨點需提供穩固力296 kN。

4)錨固點設計。依據規范條文[4，6]，錨固點設計需進行錨桿破斷拉力、鋼絲繩錨桿錨固長度和錨固點抗拔力驗算。依托工點邊坡為巖質邊坡，巖體為較堅硬的灰巖。經過驗算分析采用以下錨固點設計參數可滿足加固要求：錨桿鉆孔孔徑不小于50 mm，注漿體采用不低于M30的水泥砂漿，巖體與水泥漿間的粘結強度取600 kPa，錨桿采用鋼絲繩錨桿，鋼絲繩抗拉安全系數取1.2；錨桿與錨固體間粘結強度取2.9 MPa，錨固體抗拉拔安全系數取1.2。錨固點位置距離危巖體區域邊界不少于1.5 m。主動網+錨桿加固方式見圖10。

5.2 鋼絲繩的選擇及布置

本工程依托錨固點16個，使用8股鋼絲繩，選用單股2φ22的鋼絲繩連接在錨固點上(φ22鋼絲繩破斷力為370 kN)，設置8股每股2根 共16根鋼絲繩可以滿足單股鋼絲繩極限破斷力的設計要求。同時考慮到危巖體高約15 m，寬約7 m，鋼絲繩采用橫向布置，布置間距約1.5 m，兩端固定于錨固點上。

5.3 環形網選擇

鋼絲繩間采用R13/3.0/300的纏繞型環形網，主要用于使鋼絲繩線受力形式變成環形網面受力，環形網極限頂破力不小于340 kN。

5.4 防護治理布置

危巖體穩固區域采用環形網覆蓋和鋼絲繩穩固處理，防護寬度約7 m，防護高度約15 m；覆蓋環形網采用R13/3.0/300，極限頂破力不小于340 kN；穩定加固鋼絲繩采用φ22，2根為一股共采用8股，布置間距約1.5 m；錨固點錨孔孔徑不小于50 mm，錨固體采用強度不小于M30的水泥砂漿，錨桿采用2φ18的鋼絲繩錨桿，錨桿長4 m。危巖體加固區域共設錨固點16個，錨固點到危巖體邊界距離不小于1.5 m，且錨固點設置于穩定地層中；危巖區域上部和下部各設置3個錨固點，共設6個錨點用于張緊環形網對危巖施加反壓力，錨點距離危巖體邊界距離不小于1 m，且錨固點設置于穩定地層中，見圖11。

6 結語

1)覆蓋型簾式防護網是一種新型柔性邊坡防護產品，與傳統主動防護網相比較，覆蓋型簾式防護網大大降低了二次落石危害。

2)在相同防護效果下，覆蓋型簾式防護網減少了錨桿的使用，降低了對原有坡面或防護體系的破壞，同時也降低了工程造價，縮短了工期。

3)依據本設計方案，長期監測表明依托工點高邊坡危巖病害得到了有效治理；覆蓋型簾式防護網作為一種新型處治措施，值得在類似工程中推廣應用。

[1] 艾樹波，焦海峰，呂漢川.簾式網在門頭溝靈山路邊坡落石防護工程中的應用[J].路基工程,2015(6):168-172.

[2] 董秀軍，黃潤秋．三維激光掃描技術在高陡邊坡地質調查中的應用[J].巖石力學與工程學報，2006，25(S2):3629-3635．

[3] 李 念.SNS邊坡柔性安全防護系統工程應用[M]．成都:西南交通大學出版社，2009．

[4] TB/T 3089—2004，鐵路沿線斜坡柔性安全防護網[S]．

[5] 周迎慶，陽友奎．滑坡文集[M]．北京:中國鐵道出版社，2000．

[6] JT/T 528—2004，公路邊坡柔性防護系統構件[S]．

Application of curtain protective net in the renovation of the railway rock slope

Zhao Biao1Peng Li2Zhao Zhigang3

(1.ChinaRailwayEryuanChongqingSurveyandDesignInstituteCo.,Ltd,Chongqing400023,China; 2.SichuanOSTSlopeProtectionEngineeringCompanyLtd,Chengdu610041,China； 3.ChinaRailwaySeventhGroupCo.,Ltd,Zhengzhou450016,China)

Taking the hazardous rock project at K161+650 section along Sichuan-Guiyang railway, the paper undertakes the calculation over the rockfall trajectory, maximum vertical jump, and energy impact, analyzes the stability of the slope, and points out the measures to achieve better effect and ensure the railway safety.

railway, slope, curtain protective net, protection technique

1009-6825(2017)02-0069-04

2016-11-02

趙 彪(1981- )，男，碩士，工程師

U216.415

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