摘要：山区铁路受选线制约，隧道洞口常面临危岩落石风险，高陡边坡危岩落石高差大、坡面陡，下落过程中动能大、破坏能力强，跌落至轨面或与高速运行的列车相撞，将产生严重的后果。文章以西南山区某高速铁路隧道洞口为工程背景，研究铁路隧道洞口高陡边坡危岩落石整治措施，有效减小洞口危岩落石风险，可为类似工程提供参考。
关键词：隧道洞口；高陡边坡；危岩落石；处理措施
引言
为减小危岩落石对铁路施工及运营期间的危害，需采取相应的整治措施，重点在于研究分析落石失稳后的运动轨迹。落石失稳后一般沿垂直等高线的方向向下运动，与坡体或建(构)筑物发生碰撞后运动方向可发生改变。唐红梅等人基于理论力学和运动学，建立了危岩落石运动方程，采用Ｒockfall软件选择坡面最危险断面模拟得到了落石轨迹。
1工程概况
某隧道全长9913m，出口段为双洞分修，位于茂县渭门乡核桃沟内。洞口紧临桥台，仰坡山体自然横坡较陡，基岩出露，出露为茂县群千枚岩地层，岩质软破碎、风化强烈，岩体节理裂隙发育、分层明显。左线洞口部分位于小型新生滑坡(溜坍)体内，洞口上方危岩落石发育，局部坡面自稳性差，崩塌剥落有逐年累积恶化发展的趋势。
1.1地形、地貌
隧道出口段属邛崃山系岷山山脉构造剥蚀、深切割高中山地貌，沟谷纵横，地形起伏大，出口仰拱高度约500m，坡度35°～75°，局部陡壁。
1.2地层岩性
隧道出口主要覆盖层为第四系全新统人工填土层碎石土，滑坡堆积层碎石土，坡崩积层碎石土，泥石流堆积层粗圆砾土、卵(碎)石土、漂(块)石土，下伏基岩为志留系茂县群第一组炭质千枚岩夹砂岩、灰岩。
1.3地质构造及地震动
参数测区属龙门山华夏系构造体系之九顶山华夏系，本隧洞身穿越龙门山后山断裂－茂汶活动断裂，千枚岩呈千枚状构造，受区域构造影响，节理、层面发育，岩体破碎，遇水易软化。地震加速度峰值为0.20g，特征周期为0.35s。
2分布特征、成因及稳定性
2.1危岩落石分布特征
现场踏勘发现隧道洞口上方危岩落石可划分为4个区域分布示意如图1所示。1～3号区域位于轨面以上150～200m，危岩零星分布，块体体积较小，长约0.5～2.5m，宽约0.3～1.2m，厚约0.2～1.0m。4号危岩区，危岩以孤立的危石、风化卸荷岩体和坡面表层强风化松散岩体为主，位于坡体中下部陡坡段，沿山脊分布在内轨以上10～60m，其中最大的一块危岩高约5m，宽5m，厚1～3m，方量约50m3。
2.2成因分析
根据工程地质条件和现场调查，分析该洞口产生危岩落石的原因主要有:(1)岩性坡面基岩主要为志留系茂县组第一组(Smx1)炭质千枚岩夹砂岩、灰岩，其强度较低，在风化剥蚀和卸荷作用下易产生层理、节理裂隙。(2)构造本隧道处于龙门山断裂带，穿越茂汶活动断裂构造复杂，岩体节理裂隙发育，呈现碎裂～块状结构。(3)地形现场调查发现仰拱坡坡度40°～70°，局部近乎垂直，自然坡高度达200～300m，为危岩落石的形成和运动提供了有利地形条件。(4)地震隧道处于地震频发区，历史上曾发生多次7级以上地震，包括1933年叠溪7.5级地震，2008年汶川8.0级地震，2017年九寨沟7.0级地震。地震不仅使坡面岩松散破碎，也为危岩失稳提供动力。(5)气候隧区昼夜温差大，岩体长期在热胀、冷缩的循环作用下易产生裂隙，地下水进入裂隙进一步加速裂隙的形成和扩张。
2.3危岩落石稳定性
在多组结构面相互切割和组合下形成的楔形危岩体，在风化、剥蚀、地下水作用以及地震等外力扰动下，稳定性将逐渐降低，岩体可能发生滑移式或局部倾倒式崩塌坠落。现场调查和宏观地质判断，1～3号危岩区除零星危岩处于欠稳定状态外，大部分危岩总体稳定，4号危岩总体上处于欠稳定状态，在不利条件可能出现失稳[1]。通过分析发现发生较大规模破坏的可能性较小，但发生小规模失稳破坏的可能性较大，失稳模式有坠落和滑移破坏。由于危岩体位于洞口上方，一旦坠落至铁路线，对铁路工程危害很大，将对铁路施工及运营期安全造成巨大威胁。
3工程措施研究
3.1落石运动模式
式中:β———计算点的坡面角;v0x———落石碰撞前水平速度;v0y———落石碰撞前垂直速度;v1x———落石碰撞后水平速度;v1y———落石碰撞后垂直速度;Ｒt———坡面的切向摩擦系数;Ｒn———坡面的法向摩擦系数。
3.2危岩落石轨迹分析
为合理制定危岩落石防治措施，采用Ｒockfall二维落石分析软件选取典型断面对坡面落石轨迹进行模拟。在出口地形图上选取最危险的地面线作为计算断面，落石块径通过落石体积换算成等效直径。碰撞系数及动摩擦系数应根据斜坡面的岩性、坡面覆盖层和植被特征确定，计算中参考TB10035－2002《铁路特殊路基设计规范》选取法向系数(Ｒn)和切向系数(Ｒt)，考虑坡面凹凸不平及低矮植被动的影响，摩擦系数取0.7。为使模拟工况与实际情况更加吻合，计算时上表中参数通过给定标准差进行动态调整[2]。
3.3危岩落石处理措施
3.3.1清除、支顶对工程影响较大4号危岩区内的危岩进行清除平整，危岩清除后采取锚网喷进行防护。对危岩区内松动危岩进行清除，难以清除时采用片石混凝土支顶、嵌补[3]。
3.3.2被动支挡根据rockfall软件对落石轨迹模拟的计算结果，落石到达最远位置为明暗分界后16m，结合地形条件，左线隧道洞口明洞长度设为22m，右线隧道洞口明洞长度设为20m。
结论
落石在坡面线变化不大时，基本上沿坡面向下运动，当坡面由缓变陡时，出现飞离坡面运动，当坡面由陡变缓出现碰撞和弹跳运动。被动防护网宜布置在落石分布区域内，尽早设置，同时应结合仰坡坡度情况设置在缓坡段，并结合坡面长度，考虑多道设防。对于危岩落石整体清除区域，在清方后为防止基岩面风化、剥蚀再次形成危岩落石，应对岩面进行封闭，可采用锚网喷防护。高陂边坡的危岩落石防护，可根据地形情况，遵循“分区治理、分级防护、主动拦截、被动支挡”的理念，对不同区域的危岩区采用清除、支顶、加固、拦截、接长明洞等综合处理措施。
参考文献
[1]曾永红,丁兆锋,李宁.贵广铁路深路堑陡坡危岩落石整治方案设计[J].高速铁路技术,2017,8(02):20-23+48.
[2]赵彪,彭李,赵志刚.帘式防护网在铁路危岩边坡整治中的应用[J].山西建筑,2017,43(02):69-71+256.
[3]丁浩江,张广泽,岳志勤.坪上隧道口危岩落石失稳模式及运动特征分析[J].铁道工程学报,2015,32(12):7-11+29.
论文作者:王灿,王思君
论文发表刊物:《防护工程》2019年第1期
论文发表时间:2019/5/23
标签：落石论文; 洞口论文; 隧道论文; 裂隙论文; 地形论文; 节理论文; 基岩论文; 《防护工程》2019年第1期论文;