既有鐵路高邊坡挖方施工防護技術(shù)

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(zhì)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?shù)乇砀采w0～2 m粉質(zhì)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(qū)未發(fā)現(xiàn)對工程影響較大的地質(zhì)構(gòu)造。巖層產(chǎn)狀為 N70°～80°E/15°～25°SE，節(jié)理產(chǎn)狀為N35°W/90°，N76°E/80°NW，N35°W/75°SW 等，節(jié)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(jié)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(jié)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(cè)坡腳設樁加固，采用錨桿框架梁內(nèi)噴混植生護坡。線路右側(cè)約13 m、下方約10 m為既有寶成鐵路，既有寶成鐵路右側(cè)為龍鳳至彰明縣道，再右為南河。平面位置關(guān)系見圖1?，F(xiàn)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(chǎn)狀平緩，垂直節(jié)理發(fā)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(jīng)松動，外界輕微擾動隨時可能滾落。

2)開挖區(qū)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(zhì)地段采用機械開挖，石質(zhì)地段需采用爆破結(jié)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(jù)周圍地勢及地質(zhì)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(jù)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(guān)系示意

圖2 施工現(xiàn)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(cè)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(cè)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(cè)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(cè)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(nèi)側(cè)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(cè)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(cè)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(wěn)，在爆破時必須采用防震措施。根據(jù)試驗及有關(guān)資料，鐵路設備的抗震能力大，較穩(wěn)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(wěn)定孤石可采用人工清除的辦法首先清除。

根據(jù)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(qū)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(shù)，這里石灰?guī)r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(nèi)微差的辦法控制爆破地震波，將受保護對象所在區(qū)域的爆破地震波控制在允許震動范圍內(nèi)。

4 孤石和隔墻處理方案

4.1 臨近既有線一側(cè)

臨近既有線孤石優(yōu)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(tǒng)調(diào)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(xiàn)場可能出現(xiàn)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(jié)構(gòu)支擋，確保其鑿除過程中安全穩(wěn)定。臨空面不確定的孤石采用布魯克主動防護網(wǎng)結(jié)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(cè)進行降坡，為破碎機工作提供施工作業(yè)平臺，鑿除過程中應時刻注意施工作業(yè)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(yè)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(yè)，防止高處墜物對低處作業(yè)人員造成傷害。

4.2 遠離既有線一側(cè)[6]

遠離既有線一側(cè)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(cè)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(wěn)定，邊坡采用預裂爆破技術(shù)，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(cè)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(yè)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(cè)2～3 m處設置鋼管排架防護，在防護排架內(nèi)側(cè)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(shù)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(nèi)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(wěn)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(cè)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(zhì)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(jié)論

在該類臨近既有線高邊坡挖方的施工中，首先要根據(jù)現(xiàn)場地形地質(zhì)條件、施工環(huán)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(wǎng)、緩沖溝槽以及鋼管排架等有效防護措施，多方位、多關(guān)卡對意外的落石進行主動和被動防護。對施工過程中關(guān)鍵工序認真組織，隨時監(jiān)測。進場前進行技術(shù)培訓及交底，必要時在安全區(qū)域演練，做到萬無一失。

本次臨近既有線高邊坡挖方作業(yè)，經(jīng)過盡心組織，未出現(xiàn)任何安全事故，可為以后此類施工作業(yè)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(xiàn)場應急調(diào)查及危巖處理[J].工程地質(zhì)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(yè)線深路塹控制爆破施工方案[J].工程技術(shù)，2012(7):238-241.

[3]朱玉國.營業(yè)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(yè)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(shù)[J].鐵道建筑，2012(7):91-92.

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