某實訓(xùn)基地邊坡落石防護(hù)方案研究

(中鐵上海設(shè)計院集團(tuán)有限公司， 上海 200070)

某實訓(xùn)基地邊坡落石防護(hù)方案研究

郭迎琦

(中鐵上海設(shè)計院集團(tuán)有限公司， 上海 200070)

邊坡落石經(jīng)常給邊坡下部的建筑物以及人員活動造成危害，對存在落石隱患的邊坡進(jìn)行有效的防護(hù)能為建筑物和人員活動提供安全保障。以西湖景區(qū)某鐵路職工培訓(xùn)基地為例，根據(jù)前期勘察，以及采用三維激光掃描技術(shù)對邊坡進(jìn)行掃描，運(yùn)用Rockfall軟件分析落石的運(yùn)動軌跡及沖擊能量，為方案設(shè)計提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。通過方案論證、方案設(shè)計，以及業(yè)主組織的專家審查，最終確定柔性防護(hù)網(wǎng)的防護(hù)方案。

邊坡落石；三維激光掃描；Rockfall軟件；柔性防護(hù)網(wǎng)

0 引言

危巖是指陡峭邊坡上多組結(jié)構(gòu)面切割，在重力、風(fēng)化營力、地震力、和滲透壓力等作用下，可能與母巖分離而墜落的巖石塊體。當(dāng)危巖體與母巖徹底分離，以某種方式向坡下運(yùn)動時則稱為“落石”，落石對其前方的建筑物及人員活動會造成很大的危害，必須采取有效的措施進(jìn)行防護(hù)。目前國內(nèi)采用的防護(hù)形式較多，如主動網(wǎng)、掛網(wǎng)噴漿、簾式網(wǎng)、被動網(wǎng)、攔石墻等方法，限制落石的運(yùn)動，或者攔截落石等方式，本文以某實訓(xùn)基地操場東側(cè)高陡邊坡為研究對象，根據(jù)運(yùn)動學(xué)計算原理，運(yùn)用ROCKFALL程序，綜合模擬并預(yù)測落石可能達(dá)到的區(qū)域，選擇安全、經(jīng)濟(jì)合理的防護(hù)措施。

1 實訓(xùn)基地邊坡概況

實訓(xùn)基地位于西湖景區(qū)范圍內(nèi)，2012年12月實訓(xùn)基地邊坡發(fā)生落石，落石從邊坡頂部滾落，到坡腳后直接擊穿建筑物側(cè)墻，建筑物是實訓(xùn)基地培訓(xùn)人員的居住地，當(dāng)時建筑物內(nèi)沒有人員活動，雖然未造成人員傷害，但是造成的后果很嚴(yán)重。實訓(xùn)基地東側(cè)操場邊坡為九十年代中期行車的高陡邊坡，坡面主要為巖質(zhì)邊坡，巖性為凝灰質(zhì)砂巖，強(qiáng)～弱風(fēng)化，邊坡高度約為50-76m，邊坡坡率1:0.3～1:1。根據(jù)現(xiàn)場地質(zhì)調(diào)查及三維掃描軟件對操場區(qū)域邊坡的掃描，由于開采爆破使坡面裂隙張開，形成縱橫交錯的裂隙，在重力、風(fēng)化營力、地表水滲透壓力等作用下與母巖逐漸分離，形成潛在的危巖、

落石，成為安全隱患，威脅實訓(xùn)基地內(nèi)的建筑物及人員安全。落石的質(zhì)量主要集中在5000～8000kg之間，見圖1。

圖1 場地地形地貌及落石圖

2 落石運(yùn)動模擬分析

本文采用ROCKFALL軟件對該落石進(jìn)行模擬分析。

2.1 模擬剖面

根據(jù)現(xiàn)場的詳細(xì)調(diào)查，采用三維激光掃描技術(shù)，通過掃描得出坡面的三維影像(圖2)及切面數(shù)據(jù)，能更加準(zhǔn)確的模擬出落石的運(yùn)動軌跡。

落石初始條件：

在斜面頂部的下落：水平初速度為0m/s，豎向初速度為0m/s。

計算落石粒徑：半徑0.78m大小的落石。

落石的密度：2500 kg/m3。

落石重量：5000 kg。

落石位置：坡頂。

跌落統(tǒng)計次數(shù)：500次（根據(jù)此次數(shù)進(jìn)行概率統(tǒng)計）。落石計算結(jié)果

圖2 操場三維激光掃描影像

計算后可得到防護(hù)網(wǎng)設(shè)計需要的落石運(yùn)動軌跡、落石彈跳高度、落石沖擊能量、落石運(yùn)動速度、落石落點統(tǒng)計等參數(shù)。見圖3～圖7。

圖3 斷面落石運(yùn)動軌跡圖

圖4 最大彈跳高度包絡(luò)線

圖5 最大沖擊能量包絡(luò)線

圖6 最大運(yùn)動速度包絡(luò)線

圖7 落點統(tǒng)計圖

結(jié)論：通過落石分析軟件計算結(jié)果可知，落石在邊坡頂部發(fā)生滾落運(yùn)動中產(chǎn)生的最大彈跳高度為16m，最大沖擊能量約為2000kJ，落石最大沖擊速度約為32m/s，落石落點位于橫坐標(biāo)58m--85m范圍內(nèi)。落石在邊坡腰部發(fā)生滾落運(yùn)動中產(chǎn)生的最大彈跳高度為4.6m，最大沖擊能量約為2000kJ，落石最大沖擊速度約為22m/s，落石落點位于橫坐標(biāo)58m--65m之間。該處落石的運(yùn)動特點為能量大、速度快，彈跳高度較大，大部分落石在快接近山腳的位置直接彈跳并跨過山腳飛向操場中。通過上述結(jié)果分析，有必要對該處山體進(jìn)行落石防護(hù)。

3 防護(hù)措施

3.1防護(hù)措施比選

邊坡治理的防護(hù)措施通常有攔截措施（攔石墻或被動網(wǎng)）、坡面防護(hù)措施（主動網(wǎng)、張口式簾式網(wǎng)）。初定三種方案，方案一采用攔截措施，方案二采用全坡面覆蓋措施，方案三采用落石引導(dǎo)措施（張口式簾式網(wǎng)）。

方案一：采用傳統(tǒng)的攔石墻或者被動網(wǎng)等防護(hù)措施。采用攔石墻存在的問題：如若在坡腳設(shè)置攔石墻，則攔石墻的則非常高大，工程量大、費(fèi)用高，且不美觀，影響操場的使用功能。若采用被動網(wǎng)，根據(jù)ROCKFALL模擬成果，被動網(wǎng)需要設(shè)置在遠(yuǎn)離坡腳25m左右的位置，才能保證安全，這樣坡腳至被動網(wǎng)這段范圍，將不能使用，極大的壓縮了操場的使用范圍，這個是業(yè)主所不能接受的。

方案二：采用主動網(wǎng)防護(hù)，主要是通過網(wǎng)子和錨桿的作用，使網(wǎng)子限制坡面巖體的剝落、危巖崩塌等其他形式的破壞，以避免災(zāi)害的發(fā)生。若采用主動網(wǎng)，則需要全坡面采用主動網(wǎng)防護(hù)，防護(hù)量巨大，且需要清除邊坡上的植被，費(fèi)用很大，且對景觀影響較大。根據(jù)以往的工程案例，由于坡面節(jié)理裂隙發(fā)育，坡面結(jié)構(gòu)較松散，自穩(wěn)性能相對較差，采用主動網(wǎng)防護(hù)有一定的風(fēng)險。根據(jù)現(xiàn)場調(diào)查，在本工點距離不遠(yuǎn)的一些高陡邊坡采用了主動網(wǎng)防護(hù)，發(fā)現(xiàn)了主動網(wǎng)“鼓肚子”現(xiàn)象（圖8），而且一些主動網(wǎng)隨著此現(xiàn)象的發(fā)展，網(wǎng)子已經(jīng)發(fā)生破壞。

圖8 主動網(wǎng)防護(hù)示意圖

方案三：采用落石引導(dǎo)措施，即簾式網(wǎng)防護(hù)技術(shù)（圖9），通過柔性網(wǎng)的限制作用，將落石控制在一定范圍以內(nèi)。根據(jù)ROCKFALL模擬成果，本工點采用防護(hù)能級為2000 kJ張口式簾式網(wǎng)，將網(wǎng)子固定在邊坡高度約30m左右的位置，采用鋼柱支撐起網(wǎng)子，鋼柱長度5m，邊坡上所有的落石都是落入網(wǎng)子內(nèi)，落石會沿邊坡滑落到防護(hù)網(wǎng)底部的落石收集區(qū)，從而消除落石的危害，而且邊坡不用全坡面覆蓋，且不需要清除防護(hù)標(biāo)高以上的植被，投資節(jié)省，對景觀影響較小。簾式網(wǎng)不占用操場的空間，且能滿足邊坡落石防護(hù)能級的要求。

經(jīng)充分的調(diào)查和論證以及業(yè)主部門的認(rèn)可，選定張口式簾式網(wǎng)對邊坡進(jìn)行防護(hù)，在安全、經(jīng)濟(jì)、景觀上和工期都能滿足實訓(xùn)基地高陡邊坡落石防護(hù)工程的需求。

圖9 張口式簾式網(wǎng)防護(hù)示意圖

4 結(jié)語

（1）采用三維激光掃描技術(shù)和ROCKFALL落石分析軟件，所得出邊坡落石的軌跡及沖擊能，為方案設(shè)計提供了技術(shù)支撐。

（2）由于工點處于景區(qū)范圍內(nèi)，對植被的保護(hù)要求非常嚴(yán)格，采用張口式簾式網(wǎng)對邊坡進(jìn)行防護(hù)，減少了對邊坡植被的清除量。

（3）簾式網(wǎng)具有安全、環(huán)保、經(jīng)濟(jì)、易修復(fù)等特點，在以后使用期間的養(yǎng)護(hù)維修的工作量很少，值得在類似工程中推廣應(yīng)用。

[1]艾樹波，焦海峰，呂漢川.簾式網(wǎng)在門頭溝靈山路邊坡落石防護(hù)工程中的應(yīng)用.成都：路基工程，2015.

[2]熊劍，鄧輝.滾石運(yùn)動模擬分析與危險性評價.成都：路基工程,2015.

[3]任鑫. 柔性防護(hù)技術(shù)在硬質(zhì)巖石邊坡崩塌落石災(zāi)害治理中的應(yīng)用研究. 北京: 《中國地質(zhì)大學(xué)》,2011.

[4]張新光，朱和玲，麥尚德，趙興.露天礦高陡邊坡落石防護(hù)墻設(shè)計研究.《安全與環(huán)境工程》, 2009.

[5]劉慧明. 長白山天池地區(qū)龍門峰崩塌落石運(yùn)動軌跡研究. 《吉林大學(xué)》,2012.

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郭迎琦（1983年4月21日-），男，陜西咸陽人，本科，工程師，主要研究方向：鐵路路基