在建公路削坡对已建铁路边坡稳定性的影响*

周大川 郭永建 谢永利

对于山区来说，由于场地与经费的原因，公路与铁路一般都是顺沟、顺河，甚至是沿坡并行修建。多数情况下是先有铁路，后筑公路，或者是先有公路，后筑铁路。对沿坡并行的工程来说，后筑工程因削坡等原因，会改变先筑工程的环境条件，有可能造成先筑工程边坡的不稳定，需要进行专门的分析。根据分析结果，在有依据的前提下，采取相应的交流或工程措施既确保了铁路路基的稳定和安全运营，同时也可加强公、铁双方的团结。文章选择数值分析方法，对某高速公路K119+060公铁并行线处的公路削坡对铁路边坡的影响进行了分析[5，6]。

1 工程概况与计算模型

1.1 工程概况

该高速公路沿线有多处铁路、公路并行。因铁路工程在先，公路工程在后。铁路工程在坡上、公路工程在坡下、设计的公路要削铁路边坡，考虑削坡对铁路运营安全的影响选取铁路与公路水平距离最近的K119+060处对铁路工程最不利的边坡进行分析。该处挖方路堑地段地质受区域构造挤压变形影响，岩体碎裂风化强烈，按风化强度可划分为强风化和弱风化以及微风化三个带。根据设计文件提供的岩土体力学参数如表1所示。

表1 岩土体计算参数

1.2 计算参数的选取与模型的建立

计算应用大型商业有限元分析软件Msc.Marc，建立二维平面应变模型[7]。边坡岩土体采用线性Mohr-Coulomb屈服准则，Marc软件中采用的线性Mohr-Coulomb准则实际上是线性的D-P屈服准则，其中屈服函数 α，σy为与C，φ值相关的试验常数，计算式见式(1)。

铁路所在位置采用线弹性问题分析，计算网格划分如图1所示。

火车运行速度选取为120 km/h，单轮轴荷载为160 kN，铁轨间距1 435 mm，多节车厢施加形式为单节的重复，在此不再赘述。

1.3 计算工况

工况1:边坡未开挖时，施加火车轮轴动荷载;工况2:边坡一次性开挖未加支护时，施加火车轮轴动荷载;工况3:考虑边坡开挖不稳定而采用锚杆支护时，施加火车轮轴动荷载。

2 计算结果及分析

根据图2中的位移矢量变形图可知，若采用一次性开挖，就会造成铁路路基边坡过大的变形而影响火车的安全运营，甚至因边坡的失稳而造成安全事故，则对于这种工况，应采用边开挖边支护的工程措施。该处工程采用边开挖边锚杆支护的形式。锚杆加设形式如图3所示，长度8 m，埋设方向与水平方向夹角为20°。

通过开挖边坡受锚杆支护后的计算与分析，得出采取相应处理措施后，是满足工程要求的。

图4中给出了受动荷载时铁轨两侧的动态竖向位移时程，边坡未开挖时，左侧最大位移为 0.195 mm，右侧最大位移为0.001 mm，左侧临近边坡处位移较大，左右铁轨有不均匀的变形，但变形相对较小，属于铁路正常的安全运营范围;边坡开挖未支护情况下，铁轨两侧出现了大的动态变形——左侧最大动态位移值为0.85 mm，右侧最大动态位移值为0.012 mm，变形量较大，且进一步加大了两侧铁轨的不均匀变形，使铁路运营存在很大的不安全因素;采用锚杆边开挖边支护形式处理的边坡则没有对铁路产生较大的影响——铁轨左侧最大动态位移为0.24 mm，右侧最大动态位移为0.002 3 mm，铁轨变形基本接近于未开挖情况下的变形情况，对左侧稍有影响，对右侧基本没有影响，变形属于铁路正常的安全运营范围。可见采取适当的施工工艺与防护措施对铁路路基的稳定能够起到很好的作用。

3 结语

1)公路与铁路在顺沟、顺河、沿坡并行，先后修建且后建工程对先建工程有削坡时，一定要对先建工程进行稳定分析，依据稳定分析结果采用相应的处理措施。2)上述工况下若要进行边坡加固时，一定要采取边开挖边支护的施工工艺，防止在施工期内对先建工程造成损失。3)先建工程若是铁路，则分析时最好要考虑火车轮轴的动荷作用。4)详细分析时要认真考虑铁轨、道碴所起的作用，也要考虑火车时速的影响。

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