任玉鵬

（中國(guó)鐵路蘭州局集團(tuán)有限公司 銀川工程建設(shè)指揮部，寧夏 銀川 750000）

1 概述

對(duì)于危巖落石崩塌軌跡的研究，多采用Rockfall 軟件進(jìn)行數(shù)值模擬，其結(jié)果與現(xiàn)場(chǎng)推石試驗(yàn)結(jié)果相接近［1-4］。丁浩江等［5］提出了危巖落石的4 種失穩(wěn)模式，針對(duì)坪上隧道提出了危巖落石整治方法并給出防護(hù)建議；肖智勇［6］利用Rockfall計(jì)算軟件獲得了花崗巖開(kāi)采區(qū)危巖邊坡巖體運(yùn)動(dòng)軌跡及沖擊能量并提出防治建議。以花山嶺隧道進(jìn)口為例，通過(guò)Rockfall 軟件研究不同落石軌跡預(yù)測(cè)線危巖落石的運(yùn)動(dòng)軌跡、動(dòng)能、彈跳高度、落點(diǎn)位置等運(yùn)動(dòng)特征，并提出安全合理的防治措施。

李恭晨［7］在分析危巖體破壞機(jī)制、穩(wěn)定性及運(yùn)動(dòng)路徑的基礎(chǔ)上，提出了一種“表層危巖清除+主被動(dòng)防護(hù)網(wǎng)+隧道接長(zhǎng)明洞”的綜合治理方案。王凱林等［8］基于Rockfall 等軟件，提出適用于高速鐵路常用跨度32 m簡(jiǎn)支箱梁的鋼筋混凝土剛架式橋梁-棚洞一體化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案，取得較好的效果。

2 工程概況

2.1 地形地貌

花山嶺隧道位于寧夏回族自治區(qū)中衛(wèi)市沙坡頭區(qū)香山鄉(xiāng)境內(nèi)。隧道位于低中山區(qū)，地形起伏較大，地面高程約1 699.2～1 766.3 m，相對(duì)高差20～66 m。自然邊坡坡率一般為35°～45°，局部為45°～65°。隧道進(jìn)口洞門仰坡山體垂高91 m，洞門左側(cè)山體垂高62 m，坡面陡立，基巖裸露，基巖主要為寒武系中統(tǒng)香山群狼嘴子組砂巖夾板巖，強(qiáng)風(fēng)化～弱風(fēng)化，巖層產(chǎn)狀較陡，主要發(fā)育2組節(jié)理，節(jié)理裂隙發(fā)育，巖體破碎。受剝蝕影響，山坡表層巖體風(fēng)化嚴(yán)重（見(jiàn)圖1）。

圖1 花山嶺隧道進(jìn)口全貌

2.2 地層巖性及地質(zhì)構(gòu)造

花山嶺隧道進(jìn)口基巖裸露，基巖主要為寒武系中統(tǒng)香山群狼嘴子組砂巖夾板巖，強(qiáng)風(fēng)化～弱風(fēng)化，巖層產(chǎn)狀較陡，主要發(fā)育2組節(jié)理，節(jié)理裂隙發(fā)育，巖體破碎。花山嶺隧道位于衛(wèi)寧北山東西向構(gòu)造和隴西旋卷構(gòu)造體系組成的復(fù)合構(gòu)造體系內(nèi)。衛(wèi)寧北山東西向構(gòu)造是受南北向主壓應(yīng)力作用的結(jié)果，隴西旋卷構(gòu)造體系的主壓應(yīng)力為南西—北東方向的擠壓，其外旋層相對(duì)內(nèi)旋層呈現(xiàn)出逆時(shí)針?lè)较虻呐?dòng)。節(jié)理產(chǎn)狀1：305°∠81°，節(jié)理微張～張開(kāi)，延伸性較差，局部填充泥質(zhì)，節(jié)理平均間距約5～15 cm；節(jié)理產(chǎn)狀2：20°∠83°，節(jié)理微張，延伸性一般，節(jié)理平均間距約3～20 cm。

局部巖體存在脫離母體向線路大里程方向與左側(cè)沖溝滾落崩塌的可能，向線路右側(cè)滾落崩塌的可能性及影響相對(duì)較小。危巖體范圍及體積較大，呈塊狀～碎散狀，巖性由灰綠色砂巖夾板巖及其不同程度的風(fēng)化物組成，以強(qiáng)～弱風(fēng)化為主，節(jié)理裂隙發(fā)育，巖體破碎，巖石表層風(fēng)化嚴(yán)重。巖體中主要發(fā)育2組不利結(jié)構(gòu)面，結(jié)構(gòu)面控制危巖體崩塌、落石的發(fā)生。

3 危巖落石穩(wěn)定性評(píng)估

針對(duì)花山嶺隧道進(jìn)口頂部危巖落石穩(wěn)定情況，在區(qū)域地質(zhì)條件分析的基礎(chǔ)上，進(jìn)行了詳細(xì)的工程地質(zhì)調(diào)查，利用赤平投影法對(duì)危巖落石的整體穩(wěn)定性進(jìn)行評(píng)估。根據(jù)花山嶺隧道進(jìn)口危巖落石幾何特征，分2個(gè)典型斷面對(duì)崩塌、滑動(dòng)可能性進(jìn)行評(píng)價(jià)。

3.1 線路左側(cè)邊坡

邊坡高度約55 m，坡向約306°，坡角約35°，主要為砂巖夾板巖，強(qiáng)風(fēng)化，結(jié)構(gòu)面受風(fēng)化影響較為雜亂，節(jié)理裂隙很發(fā)育，主要發(fā)育節(jié)理：J1 為300°∠32°、J2為20°∠83°。根據(jù)線路左側(cè)邊坡結(jié)構(gòu)面赤平投影分析（見(jiàn)圖2），邊坡目前整體處于基本穩(wěn)定狀態(tài)，局部巖體易脫離母體，形成落石，易發(fā)生崩塌。

圖2 線路左側(cè)邊坡結(jié)構(gòu)面赤平投影

3.2 線路大里程方向邊坡

邊坡高度約80 m，坡向約24°，坡角約34°，主要為砂巖夾板巖，強(qiáng)風(fēng)化，結(jié)構(gòu)面受風(fēng)化影響較為雜亂，節(jié)理裂隙很發(fā)育，主要發(fā)育節(jié)理：J1 為300°∠32°、J2為20°∠83°。根據(jù)線路大里程方向邊坡結(jié)構(gòu)面赤平投影分析（見(jiàn)圖3），邊坡目前整體處于基本穩(wěn)定狀態(tài)，局部巖體易脫離母體，形成落石，易發(fā)生崩塌。

圖3 線路大里程方向邊坡結(jié)構(gòu)面赤平投影

根據(jù)各典型斷面的赤平投影分析結(jié)果如下：花山嶺隧道進(jìn)口巖性以砂巖夾板巖為主，節(jié)理裂隙發(fā)育，巖體破碎，主要發(fā)育2組不利結(jié)構(gòu)面，巖體結(jié)構(gòu)及穩(wěn)定性受結(jié)構(gòu)面控制，危巖體體積較大，呈塊狀～碎散狀。邊坡目前整體處于基本穩(wěn)定狀態(tài)，局部巖體易脫離母體，形成落石。在降水、凍脹、振動(dòng)及持續(xù)風(fēng)化等外界條件作用下，局部危巖體存在落石及崩塌的可能。

4 危巖落石模擬計(jì)算及分析

4.1 模擬計(jì)算

根據(jù)花山嶺隧道的地質(zhì)情況及赤平投影法，提出3 條落石軌跡預(yù)測(cè)線（見(jiàn)圖4），采用Rockfall 軟件進(jìn)行落石的模擬計(jì)算。

圖4 落石軌跡預(yù)測(cè)線平面

4.2 模擬結(jié)果

通過(guò)Rockfall 軟件研究不同落石軌跡預(yù)測(cè)線下危巖落石的運(yùn)動(dòng)軌跡、動(dòng)能、彈跳高度、落點(diǎn)位置等運(yùn)動(dòng)特征，落石軌跡預(yù)測(cè)線1模擬結(jié)果見(jiàn)圖5。

圖5 落石軌跡預(yù)測(cè)線1

預(yù)測(cè)線1落石在邊坡上部發(fā)生滾落運(yùn)動(dòng)中產(chǎn)生的最大彈跳高度為3.9 m，最大沖擊能量約為130 kJ，大部分落石落點(diǎn)位于洞口所在范圍。

預(yù)測(cè)線2落石在邊坡上部發(fā)生滾落運(yùn)動(dòng)中產(chǎn)生的最大彈跳高度為0.64 m，最大沖擊能量約為110 kJ，大部分落石落點(diǎn)位于交叉里程所在范圍。

預(yù)測(cè)線3落石分析軟件計(jì)算結(jié)果可知，落石在邊坡上部發(fā)生滾落運(yùn)動(dòng)中產(chǎn)生的最大彈跳高度為0.054 m，最大沖擊能量約為42 kJ，極少部分落石落點(diǎn)位于交叉里程所在范圍。

4.3 模擬結(jié)論

由模擬結(jié)果可以看出，主要危巖落石風(fēng)險(xiǎn)來(lái)源為仰坡方向，落點(diǎn)最大到隧道洞口外25 m，最大彈跳高度3.9 m，洞口上方的最大沖擊能量約為90 kJ；花山嶺隧道進(jìn)口危巖落石存在影響運(yùn)營(yíng)安全的風(fēng)險(xiǎn)。

5 危巖落石處理措施

隧道洞口危巖落石處理措施應(yīng)按照“主動(dòng)整治、被動(dòng)防護(hù)”的總體原則，“寧強(qiáng)勿弱、杜絕后患”動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)，結(jié)合隧道口的地形特點(diǎn)及危巖落石性質(zhì)特征，選擇具體可行的綜合防護(hù)措施。依據(jù)計(jì)算結(jié)果及現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況提出花山嶺隧道進(jìn)口處理方案：

（1） 在原14 m 洞門標(biāo)準(zhǔn)襯砌的基礎(chǔ)上，新增25.59 m護(hù)橋棚洞結(jié)構(gòu)。

（2）邊仰坡開(kāi)挖線外落石區(qū)設(shè)置主動(dòng)防護(hù)網(wǎng)，洞頂上方設(shè)置被動(dòng)防護(hù)網(wǎng)，防護(hù)網(wǎng)高度5 m，長(zhǎng)130 m；防止進(jìn)入交叉里程，威脅鐵路運(yùn)行安全。

（3）洞口永久邊仰坡采用錨桿框架梁防護(hù)，加固洞口上方落石，從源頭上降低落石的風(fēng)險(xiǎn)。

6 結(jié)束語(yǔ)

治理危巖落石是一項(xiàng)十分復(fù)雜的工作，對(duì)于可能產(chǎn)生危巖落石的情況，應(yīng)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行詳細(xì)勘察，對(duì)危石產(chǎn)生原因、現(xiàn)場(chǎng)狀態(tài)進(jìn)行評(píng)估，推測(cè)可能發(fā)生的墜石形態(tài)，同時(shí)對(duì)落石軌跡、彈跳高度、運(yùn)動(dòng)能量、產(chǎn)生的沖擊力等進(jìn)行系統(tǒng)地研究，從而決定危巖落石的治理方案。

通過(guò)花山嶺隧道進(jìn)口危巖落石整治成功的實(shí)例，研究預(yù)測(cè)方法及計(jì)算方式可為其他鐵路及公路危巖落石計(jì)算及治理提供參考。