柔性防护网技术在整治山体崩塌落石中的应用

冀巧心

(大秦铁路股份有限公司太原职工培训基地，山西太原 030009)

随着现代化高速、重载铁路的快速发展，对铁路线路的结构及线路的加固防护各方面提出了很高的标准，以满足高速、重载列车安全、平顺、稳定的运行的要求，本文从现场实际出发，以有效整治铁路线路边坡崩塌落石等病害为目的，介绍太原铁路局北同蒲线、石太线上等处使用SNS柔性防护网技术的情况及施工方法。

1 概述

人们很早就开始了对落石工作防治的研究，并且投入了巨资，为改善运营条件积累了大量的经验，建立了以护、顶、锚、喷、拦为主，排水、土石体改良、植被绿化为辅的工程防护措施。传统的整治方法以浆砌片石、喷混凝土护坡、锚固和浆砌片石拦石墙等最为常见。

SNS柔性防护网是以钢丝绳为主要特征构件，以覆盖的形式对山体松散部分施以压力来防护危石的装置，简称为SNS柔性防护系统。该防护网功能的实现，是以锚杆和支撑绳固定方式将钢丝网绳和格栅覆盖在具有潜在地质灾害的坡面及山体上，从而实现坡面加固和限制落石运动范围的一种工程措施。

太原铁路局地处黄土高原，铁路沿线大部分处于河谷及山地，山区深堑地段限界窄小，风化剥落严重，崩塌落石等地质灾害时有发生，由于线路点多线长的特点，加之运输任务繁忙，在有限的人力、物力、财力条件下进行防护治理非常困难，而且防不胜防，长期以来威胁铁路的正常运营。太原铁路局管辖内北同浦、太岚、石太、太焦线、南同蒲，因山体陡峻，风化、切割特别严重，崩塌落石严重危及行车安全，现已做了大量的棚洞工程，每米投资近2万元，虽然可以解决问题，但费用昂贵。而地质灾害本身具有的随机性、多发性、区域性要求起码在落石区段应该连续布置防落石棚洞或拦石墙、拦石网等，当山体开挖面高度超过50 m，线路中心与边坡距离较近时，挡石墙等方案就无法实现。如果废弃危险地段，修筑绕避线路是很无奈的选择，需付出巨大的投资。

鉴于以上的情况，利用瑞士生产的SNS柔性防护网对山体落石实施防护，尽最大限度来解决铁路线路边坡崩塌落石病害，是值得研究的问题。

2 采用柔性防护的原理及可行性论证

2.1 SNS柔性防护网的原理

假定在山体崩塌表面一定深度内是稳定的，锚杆稳定于山体内，再把钢丝绳与锚杆相连接;然后拉紧钢丝绳网使其产生张力，把将要下滑的石块约束起来，从而达到主动防护的目的。整个系统的传力过程为“钢丝绳网→支撑绳→锚杆→稳定地层”。其中锚杆与锚杆间的支撑绳构成固定结构。

2.2 可行性分析

2.2.1 地质条件分析

以北同浦线轩岗—长珍间184 km处为例，该处线路纵断面向太原方向为13‰下坡属于半填半挖路基，右侧紧邻山体，且山势陡峻，线路与山体距离不足6 m。堑坡高20 m～50 m，修筑该线时由于大爆破，新鲜岩面裸露，个别地段已风化成碎块末状。边坡为1∶0.75，基本岩层走向为水平方向，最大倾角不超过5°，大部分倾角为0°，岩石成分为泥质砂岩、页岩和泥灰岩。现场挖探后确定坡面强风化层为0.6 m～0.8 m范围，超过0.8 m后岩石依次为弱风化层及稳定岩层，风化范围坡面裂隙中填充物较多，风化的形成主要是气温、冰劈、结晶膨胀所致。在184.525 km～184.575 km范围内落石部分块状滚落较多并有两次较大落石中断行车并砸坏接触网杆。此处采用钢丝绳锚杆有足够的锚固段，因此选用柔性防护，在技术上是可行的。

2.2.2 经济条件分析

184.525 km～184.575 km这50 m防护网的造价约为28万元，该处若采用棚洞造价约为100万元，该处若采用挡石墙则无法拦住50 m以上的落石。

从环境保护的角度看，挂网后风化填充物逐渐堆于网后，待稍多时采用回装草籽袋装的方法，可以绿化该处山坡，具有较高的环境保护价值，而这恰是片石防护和棚洞防护都做不到的。

2.2.3 施工条件分析

按传统的支护、拦截等方法，由于特殊的地形不适用，施工难度大、作业困难影响行车或成本高等原因，此处病害一直未解决，多年来只能采用人工看守雨中巡视的办法，由于防护网是先钻孔后挂支撑绳再挂防护网这样分片积木式拼装，使现场工艺十分简单，一般作业人员能迅速掌握要领，无需供电配合，只要具备空压机和吊链就可以向无限高的山上铺设，人多时可以平行作业，人少时可以集中作业，适合于山区崩塌落石的整治。

3 针对北同浦线184 km工点对锚杆锚固长度进行分析与计算

所有柔性防护网内的松散体在其失去稳定后都要受到网的约束，这是个弹性受力过程，而固定柔性防护网的锚杆是受力最大的唯一部件，其所受的力是靠锚杆的有效锚固长度的抗拔力来平衡的，因此锚杆的质量和锚杆的有效锚固长度是整体结构稳定的关键。经试验证明:在半岩质地层中，锚杆的抗拔力取决于砂浆与周围地层接触面的抗剪强度，北同浦线184 km整治范围的试点属泥质页岩，其抗剪强度为0.147 MPa～0.230 MPa。

如现场钻孔直径为50 mm，孔周长为5×3.14=15.7 cm，每块(4×4)m2钢丝绳网有4个锚位，锚位间距离为4.5 m，假设(4.5×4.5)m2范围内岩体在0.8 m厚度内脱落或滑动时分析计算的锚杆长度如下。

3.1 满足约束部分岩体脱落时锚杆长度计算

根据现场勘查，该处边坡沿边坡高度和水平方向，每块(4.5×4.5)m2为一计算网格块，网格块下滑力∑F计算如下:

各岩质的天然容重r和内摩擦角φ由《铁路工程地质手册》查得。各层岩体重量Wi=(0.8×4.5×hi×ri×103)kg，各层岩体下滑力 Fi=Wi× sinφi。

由计算可知，第V网块所承受的下滑力最大，故选第V网块为最不利情况计算锚杆长度，设锚杆长度为L，

上式中4L表示每块网格块由4根锚杆共同来承担。

考虑风化层钻孔深度为215+80-20=275 cm，上式20是安装支撑绳时预留孔口凹坑的深度。

3.2 满足岩层软弱面位于锚杆附近考虑滑动稳定时锚杆长度的计算

根据现场观察发现在坡顶厚80 cm处存在宽10 mm的裂缝，雨季位于泥灰岩层处有少量水从坡面渗出，故确定泥灰岩层为软弱层。第Ⅱ，Ⅴ单元的泥灰岩层位于锚杆附近。下面以第Ⅱ，Ⅴ网格单元块为最不利情况计算。

因岩层倾角为5°，假设滑体背面垂直，由于雨水浸湿，软弱层的摩擦系数及粘聚力有所降低。

取滑动稳定系数K=1.3，平衡滑动体的下滑力面上应有的总阻力外，尚需锚杆提供的力为:

Ⅱ网格单元体:23 461.66×1.3-20 458.4=10 041.758。

上式中2L表示当网格单元块滑动时主要由下部2个锚杆来抗滑。

考虑风化层钻孔深度为220+80-20=280 cm，根据以上计算，为统一起见现场钻孔深度取280 cm，均小于300 cm(产品提供的深度)，满足要求。

4 对钢丝网支撑绳的抗拔力试验

现场对5组12处支撑绳随机进行了抗拔试验，具体情况如下:试验时钻孔φ50 mm，孔深2.5 m，平行于岩层水平方向，钻杆为φ16 mm，钢丝绳为φ16 mm，绳卡紧固扭矩49 N·m，锚固砂浆标号为M20，水泥为大同硅酸盐525号，砂浆粒径为2 mm，含泥量为2.8%，机械注浆，21 d后拉拔。

5 SNS柔性防护网材料的选择、检验、现场挂网及布孔

5.1 钢丝绳的材料选择及检验

1)钢丝绳符合GB/8918的规定。

2)编网用两根钢丝绳交叉联结点的固定材质为Q235的专用钢质“+”字卡扣，厚度不少于2 mm，并电镀锌，镀锌厚度不少于8 μm。

3)铝质接头套管长不少于5 cm，外径不少于3cm，厚度不少于3mm。

4)编成的钢丝绳不得有断丝、脱丝现象。

5)用机器生产网片，交叉点处抗错动强度不得小于0.5 kN，抗脱落强度不得小于14.5 kN。

6)抗错动强度检验条件，每批不超过200张，每批随机抽样4张检验。

5.2 现场挂网及布孔

根据该面积布孔156处，孔深为2.8 m。

6 综合技术效果

1)防护网的积木式部件安装十分方便，重量轻、体积小、安装速度快、现场作业简单，并最大限度地适用于各种地貌，减少了大量刷方工作。

2)保护原有植被及生态条件，同时为人工绿化即袋装草籽提供了水土条件。

3)热镀锌钢丝绳有较长的防腐性能，寿命可达30年～50年。钢丝弹性受力可随岩体脱落的重力进行调整分配，从岩块失去稳定一开始就约束了它们，避免了巨大冲击力的问题。

7 注意事项及结论

7.1 注意事项

1)SNS柔性防护网纵横向支撑绳的安装及钢丝绳网的缝合要有一定的预张力。

2)在清除坡面防护区域内的浮石时务必仔细，以免施工中落下伤人。

3)钻凿锚杆孔清孔要务必干净，绝决不能留下过多的石粉在孔内，以免影响锚固强度。

7.2 结论

通过在太原铁路局北同浦、石太线等处的使用收到良好的效果。该防护不仅能用于山体崩塌落石防护，还可以充当爆破防护，具有高安全性、灵活适应性、效果好、植被破坏少、有益环境保护、使用寿命长、承载力大、质地轻、材料零件少、外观积木式、便于运输、现场安装方便、用工少且大大减少了养护维修工作量的特点，现已推广于全国各地山体崩塌落石防护的使用。