摘要：早期修建山岭铁路大多技术标准相对较低，特别是在路堑高边坡地段存在病害隐患，对铁路行车运输安全形成威胁。本文结合某铁路整治工程实例，从总体设计角度，对增建明洞等方案设计工作进行了详细分析和论述，为以后同类项目的设计工作提供借鉴。
关键词：高边坡；整治方案；明洞；总体设计
1．前言
早期普速铁路修建，受设计理念、施工技术水平所限及对工程造价的控制，在选线上较为保守。在地形起伏很大的山岭河谷地貌，特别是面对大山大河时，多采取曲折绕行的方式，线型技术标准相对较低，线位选择大多考虑依山傍河，使得半堑半堤或深长路堑的高边坡情形极为常见。由于路堑设计边坡较为陡峻，且原有加固措施存在一定的局限性，加上暴雨、地下水等自然力的不断侵蚀作用，使得高边坡的安全度降低，出现病害险情的几率相对较大，给后期铁路运营安全带来较大风险。有些普速铁路营运多年后，原设计的高堑堤陡峻边坡在自然力不断的侵蚀作用下，稳定性逐渐降低（有目共睹个别地段由于锚固失效、岩体自稳变差等原因，就已发生大面积坍塌，中断行车的案例），考虑影响到高边坡不安全的随机因素多，对其检查巡视不方便因素多，养护、维修、组织、管理困难多等等，发生病害的可能性逐步加大，对行车安全始终是不可忽视的隐患。另外，由于地质复杂、岩土软弱、地下水丰富、连续大暴雨以及工程活动和对植被的人为破坏等诸因素的长期作用和影响，部分半堑堤高边坡路基地段工程地质病害时有发生，如地基沉降、边坡坍塌、滑坡、危岩落石等，不同程度地对铁路造成危害。特别是在雨季超常降雨量的作用下，岩土自稳和承重性能大幅度降低，原有支挡加固措施的可靠度也显著下降，导致整个高边坡稳定的失效概率加大，严重威胁到铁路正常营运，必须对这些地段进行防洪整治，使行车营运环境和条件得到改善。
基于此，为适应当前铁路运输安全形势的需要，我们认为在无法改移线路的前提下，为进一步提高既有边坡的稳定状态，不仅宜有效地对某些具较大病害风险的高边坡本身进行加固整治，还更应在条件许可的前提下，以增建明洞等遮蔽型构筑物的方式，克服以上诸多不利因素，获得安全可靠度大，功能较长久的效果，从根本上保证铁路运输的安全，保障铁路运营的社会效益和经济效益。
综上所述，既有铁路线上增建明洞工作的实施，对于提升原线路行车技术条件，提高铁路重点风险地段的防洪能力，消除行车安全隐患，确保铁路运输安全具有重要意义。
2．研究工作准备
在收到业主委托函后，设计者应认真阅读，理解其要求，对项目的规模、内容等做到心中有数。做好计划安排后，着手进行本项目相关资料的收集，并到现场进行实地的调查及踏勘工作。
通过对考察范围内的竣工（含地质）资料的研读，了解该区段的原设计、施工、设计变更等情况。为了解运营期间铁路构筑物的情况，需向工务等设备管理养护部门了解该区段线路、路基或隧道的整治、养护及观察的记录，在运营过程中该区段路基高边坡（包括既有隧道洞口边仰坡）是否出现过病害及何种病害，采取了何种加固措施及效果如何等。在实地踏勘的过程中，与工务部门一起，对区段内边坡的现状进行核对，对其稳定状况进行现场调查和评估，对场地周边的施工作业环境和地形地质条件进行勘察。此外还需了解所在区间的行车组织情况。在此基础上，从安全、经济和实施的效果等方面，对增建明洞、边坡加固及综合整治等各方案进行具体研究，从结构体系的安全性、适应性、先进性，成本的经济性及项目的可实施性等方面进行分析，考察各自利弊，形成若干有比选价值的设计方案。
3．设计方案的确定
在确定设计方案时，应从总体上进行把握，对研究对象已暴露出的病害特征以及可能存在的隐患，应分析病因根源及其发展趋势，所采取的设计方案和工程措施上应具有前瞻性和针对性。在遵守国家和铁道行业相关规范及规定的前提下，按照治病除根、不留隐患的原则进行设计，同时提高线路整体抗洪能力。
除遵循上述思路和原则外，设计中还应考虑方案的可实施性，重点考虑如何结合既有运营铁路的实际情况，做到在不中断运输的前提下，完成本项目的施工作业。另外由于线路地处崇山峻岭，当地的建设条件也是设计要考虑到的因素之一，如施工场地条件的限制、建筑材料的选择、交通运输不便的影响等等。通过对各种相关因素的考虑和研究，结合目标整治的侧重点，拟定各方面较具优势的方案并予以完善。
目前可供选择的方案从构筑物布置形式上划分，主要有两大类：线上覆盖类和线侧支挡类。线上覆盖一般指明洞、棚洞等方案，线侧支挡则主要是针对边坡的挡墙、锚索护桩加固、抗滑桩及其他各种边坡防护形式等。
对于拱形明洞方案，一般来说，由于拱形明洞净空与隧道基本一致，结构整体性较好且相对厚实，能承受较大垂直力和侧压力，在防坍塌、防滑移、防水患泥石流及支撑边坡等方面有明显优势，因此相较于其他结构形式，拱形明洞得到了较为广泛的应用。
拱形明洞结构形式包括拱圈、边墙及基础底板或仰拱等组成部分，由此形成一个包围状的闭合结构。按地形条件的不同，主要有对称式、偏压式和单压式以及其他特殊结构形式。明洞采用明挖立模现浇，结构形式应结合治理要求和场地条件等进行选择。由于内、外墙基础相对位移对内力的影响较大，因而对地基要求较高。既有线上现浇，特别是拱圈灌注施工时，对行车干扰较大，使得整个项目工期较长，造价相对高些。
棚洞构造相对轻巧，一般用于坍方量较少或少量落石地段，顶部为简支或悬臂结构，整体稳定和安全储备次于拱形明洞，但对地基承载力一般要求不高，可使用预制钢筋混凝土构件现场安装，工期相对短，施工对既有线行车的干扰相对较小。
棚洞的结构形式一般由内墙、顶梁及外侧支承结构三部分组成，主要有钢架式、墙式、柱式和悬臂式以及衍生出的各种特殊结构形式。相较于明洞，棚洞在结构的布置形式上具有较大的灵活性，技术经济比较上亦有一定优势。
线侧支挡类如挡墙、锚索护桩加固、抗滑桩等，在特定地形地质条件或某些限制条件下有一定的方案比较价值，有时需将明洞与抗滑等边坡防护问题综合考虑。此处不作赘述。
4．某地段整治设计方案比较分析
考察地段属于低山剥蚀地貌，地形起伏较大，地表基岩多出露，左高右低，右侧有一公路通过，公路下为河谷，自然坡度较陡，多为30°～50°，植被较发育。该段山坡部分表面有薄层覆盖层，大部分基岩直接出露，出露基岩为变质砂岩及板岩，节理裂隙发育，软硬不均，风化剥落严重。
区段内既有边坡坡率多为1：0.25～1：0.5，边坡既高且陡，现场调查和竣工资料显示，全段边坡部分喷射混凝土，部分喷锚网，部分采用土钉墙或锚杆加固，多数边坡未分级，最高处达30多米，堑顶上边坡多数较陡，属一级防洪看守。目前总体上看边坡外观基本无大的异常情况，但从现有边坡地层条件、坡高坡率及防护措施等条件看，整体安全度欠佳，需要进行研究，考察其稳定性及拟定消除隐患的方案措施。
从该段路基的现状来看，铁路线路左侧边坡既高且陡，尤其在堑顶附近安全度较差，在外部因素改变的条件下（如长期雨水侵蚀等原因）易出现边坡失稳，给列车运营带来很大的安全隐患；在铁路线路右侧下方有一县道公路并行，铁路路肩与公路路面高差约12m，既有边坡采用浆砌片石护墙加固，其安全储备也有所欠缺。经分析拟定明洞、棚洞及边坡加固3个方案对该段进行整治。
方案一采用单压耳墙式拱形明洞衬砌。明洞外墙基础沿着高边坡路肩布置，因右侧路堤宽度条件变化，部分地段外墙基础悬出路肩，为确保明洞基础稳定及下方公路安全，外边墙基础采用桩基托梁的形式。即在明洞范围铁路线路右侧，公路路堑边坡顶部沿线路方向施做一排预加固桩，桩顶设连续基础托梁，明洞衬砌外边墙置于托梁之上。该方案不仅能避免左侧高边坡坍塌落石等隐患对铁路行车造成危害，还对右侧12米高的路堤边坡做了预加固桩防护，保证该段路堤边坡的稳固，同时作为明洞外墙的基础，也加强了整个明洞结构的稳定性。（如图4-1所示）
图4-1
方案二结合本段地形地质条件采用立柱悬臂式棚洞，立柱布置于线路左侧，柱顶悬臂横梁及顶部盖板可预制安装，施工方便，节省大量圬工及墙厚回填，对行车干扰少。但该种结构形式仅能挡住左侧边坡少量的坍塌和落石，防避病害的功效有限。另外，右侧边坡原设计支挡结构为衡重式挡墙加护墙（坡率1：0.5，高12米），由于本方案不必在线路右侧设护桩，在节省费用的同时，也使得右边坡坍塌的隐患不能得到有效治理，对铁路和与其平行的县道公路形成威胁。（如图4-2所示）
图4-2
方案三考虑了在线路右侧做加固桩防护，提高右边坡的稳定性。对左侧高边坡也采取了锚索框架梁加强措施，但时间长了坡面特别是坡顶局部微小坍塌或偶然落石仍然不能避免，且随着地下水等自然力的不断侵蚀，预应力损失、构件锈蚀等原因导致功能降低而又难于监测维修，其加固效果会逐渐下降至最终失效，正常使用寿命长度不如明洞。
结合现场条件，从结构安全、边坡稳定及长远角度考虑，由于拱形明洞的整体稳定性和安全储备、使用寿命等方面更具优势，故拱形明洞方案成为首选。
5．结语
为消除隐患，对易失稳的既有高边坡进行整治，对铁路行车安全有重要意义。设计者应在详细掌握现场情况的条件下进行具体研究，因地制宜进行方案选择，同时注重方案可实施性和构筑物适应性，对结构体系本身的安全性、抗灾能力应有较高要求。按照“治病除根、不留隐患”的原则进行总体设计，从根本上保障铁路运营的安全。
参考文献：
[1]铁二院 《铁路工程设计技术手册（隧道）》
[2]《铁路隧道设计规范》（TB10003-2016）
论文作者:彭军波
论文发表刊物:《防护工程》2019年10期
论文发表时间:2019/8/9
标签：铁路论文; 病害论文; 结构论文; 方案论文; 拱形论文; 条件论文; 行车论文; 《防护工程》2019年10期论文;