帘式防护网在铁路危岩边坡整治中的应用

赵 彪 彭 李 赵志刚

(1.中铁二院重庆勘察设计研究院有限责任公司，重庆 400023； 2.四川奥思特边坡防护工程有限公司，四川 成都 610041； 3.中铁七局集团有限公司，河南 郑州 450016)

帘式防护网在铁路危岩边坡整治中的应用

赵 彪1彭 李2赵志刚3

(1.中铁二院重庆勘察设计研究院有限责任公司，重庆 400023； 2.四川奥思特边坡防护工程有限公司，四川 成都 610041； 3.中铁七局集团有限公司，河南 郑州 450016)

以川黔铁路K161+650处危岩整治工程为例，通过对落石轨迹、弹跳高度、冲击能量等进行验算，分析了该边坡的稳定性，并提出了帘式柔性防护网整治措施，取得了良好的施工效果，保证了线路的安全。

铁路，边坡，帘式网，防护技术

0 引言

既有川黔铁路珞璜至桐梓段全长201.137 km，地处四川盆地向云贵高原的过渡地带，线路从地山丘陵、黔北中山区向云贵高原区过渡。根据现场调查及工务部门提供的资料统计，珞璜至桐梓段严重威胁行车安全的危岩病害多达42处，近年来落石时有发生，据不完全统计，发生因落石导致的行车中断事故4次，共计1 h 33 min。

为保证铁路运营安全，近年来成都铁路局加大了对危岩落石病害的重视程度，积极引进新材料、新技术，根据轻重缓急分批有序地对沿线危岩进行整治，已初见成效。

本文通过对川黔铁路K161+636～K161+703段右侧危岩整治，在多方案分析比选的基础上，采用了帘式柔性防护网进行治理，取得良好治理效果，保障了行车安全。

1 帘式网工作原理及特点[1]

1.1 工作原理

柔性防护系统是以钢丝绳网、环形网或高强度钢丝格栅为主的各类柔性网包裹在需防护的斜坡或危石上，通过柔性网的限制作用，将落石控制在一定范围内运动，从而消除落石危害的防护技术。围护引导系统通常也被称为综合防护系统，因其形状类似“窗帘”，简称为帘式网，其中全部包裹在斜坡或危石上的，这种结构形式的帘式网称为“覆盖式帘式网”。这种防护技术既能凭借系统自重给潜在崩塌滑落体提供一定的覆压稳定作用，部分地限制崩塌的发生，又能允许落石在系统与坡面构成相对封闭的空间内有一定限制地顺坡滚落。由于防护网的阻滞作用，落石运动速度被降低到很小，在下落过程中也不会再发生弹跳，所以落石运动被限制成顺坡向下的滑动、滚落，其运动过程的速度和能量都会很小，最终会在落台、坡脚或其他具备堆石条件的地方静止、堆积下来，从而避免了危害。其目的不是阻止崩塌的发生，而是控制崩塌发生的过程，使其不造成危害，对落石频发的高陡边坡来说是一种非常经济、有效的防护方法，因为其既能避免部分灾害发生，又能避免灾害变成危害。

1.2 帘式网特点

帘式网运用落石“引导”的设计理念，采用摩擦方式逐渐衰耗落石动能，与运用“固定”理念的主动网和“拦截”理念的被动网相比，具有以下特点:

1)性能优越:与被动网相比帘式网防护能级更高，与主动防护网相比，可以有效避免二次危害;

2)适用性好:不仅可以安装在坡度平缓的坡体表面，还可以在直立陡崖上安装;

3)安装简便:帘式网主要通过引导落石至设定位置而防治灾害，不需要安装大量锚杆来稳固边坡，与主动网相比安装更简易;

4)维护方便:帘式网下部“窗帘”结构对落石的导向性很强，可使落石落在设定的收集位置即落石收集区，因而容易除去落下的落石，与主、被动防护网相比，后期维护管理更为方便。

2 工程实例

川黔铁路K161+636～K161+703段位于贵州桐梓县新站镇小水乡合理村。位于既有龙脑山棚洞进口，洞顶及边坡为灰岩，受构造、风化及卸荷作用影响，山体基岩中存在共轭节理，形成较多灰岩危岩，常有零星块石滚落至铁路附近，危及行车安全。

边坡岩层主要为中厚层状灰岩，岩层倾向与坡向相反属于逆层边坡，边坡与铁路线高差为125 m左右，宽度约30 m，边坡坡度陡，局部近直立，见图1。

边坡中上部岩体裸露，植被稀疏，坡表岩质坚硬，岩体内部节理裂隙极其发育，其中主要发育有两组共轭节理，这两组节理产状相互交叉导致浅表层岩体形成多个楔形体，见图2。边坡下部植被茂盛多为林木，坡度中缓，边坡坡角从30°～20°逐渐减小。在距离铁路线高差为60 m～92 m的范围内形成有一块大型危岩体，见图3。危岩体宽约7 m，高约15 m，厚度约为3 m，危岩体左侧裂缝宽度为0.3 m～0.6 m，右侧裂缝宽度为2 cm～3 cm左右，裂缝自坡顶向下延伸长度约20 m。

可以看出：该危岩体所在坡面坡度陡，位置高，危害大，整治加固难度大，但整治势在必行。

3 稳定分析

三维激光扫描。为确保方案的准确性，采用三维激光扫描仪对该处边坡进行了三维激光扫描[2]，以获取边坡的三维模型，采用Rockfall落石分析软件分析坡面的落石情况，包括落石的弹跳高度、运动速度和冲击能量等进行模拟分析，结合边坡现实情况，提出边坡防护治理方案建议。

通过三维激光扫描软件及后处理的边坡三维模型，截取一个最大危岩体的断面(见图4)，用于落石的模拟计算。

落石计算输入条件：由于单块危岩过大，只能考虑对其加固，以5 t重质量进行落石分析模拟。落石在斜面顶部的下落：水平初速度为0 m/s，竖向初速度为0 m/s。计算落石半径：0.78 m。体积：2 m3。落石密度：2 500 kg/m3。跌落统计次数为500次。落石运动轨迹、落石弹跳高度曲线、落石冲击能量曲线、落石平移速度曲线、落石落点统计柱状图分别如图5～图9所示。

通过落石分析软件计算结果可知，落石在边坡顶部发生滚落运动中产生的最大弹跳高度为15 m～70 m，最大冲击能量约为4 400 kJ，落石最大冲击速度约为42 m/s，落石落点位于横坐标52 m范围内。由图9可知，落石已经侵犯了铁路所在的区域，有必要对该处山体进行落石防护。

4 治理方案比选

结合上述分析，并考虑现场情况,初步拟定三种方案[3-6]：方案一采用落石拦截技术，方案二采用斜坡稳定技术，方案三采用落石引导系统。

方案一:落石拦截技术有传统的挡石墙和柔性被动网等防护措施。挡石墙存在的问题为:

1)沿线山体陡峭，拦石墙没有施工空间;

2)拦石墙背后无落石坑，不能起到拦截作用；

3)落石落下后弹跳高度大，易从上方飞过，安全性差。而被动网防护依据现场情况，无足够的安装空间，且边坡近于直立，落石易从上方飞过，既没有安装场地，亦无法提供减缓落石冲击的作用。

方案二:主动柔性防护网+锚杆加固。

1)由于坡面高约百米，坡面近直立，锚杆施工需搭设约90 m高脚手架，脚手架搭设难度大，空间有限，脚手架自稳性能差，对作业人员安全构成极大威胁；

2)岩体危害程度较为严重，采用主动网施工需间隔4 m～5 m施钻锚杆，数量多，对坡面扰动大，安全风险极高；

3)主动网安装在高陡边坡上，日积月累容易出现“鼓肚子”现象，可能会造成二次危害。

方案三:局部危岩加固+落石引导系统(即帘式网防护技术)，通过局部危岩加固提高其稳定性，同时通过柔性网的限制作用，将落石控制在一定范围内运动，即使落石发生，也会沿边坡滑落到防护网底部的落石收集区，从而消除落石危害。帘式网对工程场地空间没有要求，对坡度陡立边坡比较适用，能满足该处边坡落石防护的需求。

5 帘式网防护技术

覆盖式帘式网采用能级为5 000 kJ的LF-500型覆盖式帘式网，防护宽度约35 m，防护高度约120 m,防护面积约4 200 m2；危岩加固长7 m，防护高度15 m，防护面积约105 m2。其中，覆盖式帘式网采用环形网和双绞六边形网的双层配置，所用环形网必须满足静态试验极限顶破力不小于60 kN，中性烟雾试验时间不得低于600 h。双绞六边形网必须满足顶破力不小于33 kN。

危岩加固方面，采用钢丝绳配合环形网的方式对危岩体进行拦截加固，该方式可将受力模式由线受力形式转换成面受力，同时可确保在危岩体未形成较大能量的危害体前有效将其稳固于坡面，使其破坏后能够沿坡表向下运动。

5.1 锚固点基础选择

危岩体重量约1 750 t，高15 m左右，宽约7 m，边坡坡度直立，根据现场勘察危岩体可能会以倾倒的形式失稳破坏，主要考虑在暴雨条件和地震条件下发生倾倒破坏。

1)危岩体施加稳固力。出于保守设计，且不考虑岩体与基岩间的粘结力即假设裂隙面完全贯通；依据规范条文[4，6]，假定危岩体可能会以倾倒的形式失稳，并考虑暴雨和地震两种工况对危岩体所需稳固力进行分析。

暴雨工况条件下，假设强暴雨下裂隙面内充水水柱高度为裂隙面高度的一半；地震工况条件下，按铁路抗震设计规范该区域抗震设防基本烈度为7度，确定的水平地震影响系数为a1=0.2。分别计算两种工况下危岩体所需稳固力，分别为1 969 kN和3 500 kN，危岩体的最不利工况为地震工况，本工点设计计算按地震工况进行。

2)依据规范要求[4，6]，危岩体稳定系数取1.35，则危岩体稳固力设计值为4 725 kN。

3)锚固点锚固力取值。该危岩体共设16个锚固点进行锚固，假定每个锚固点锚固力按均匀受力设计，则单个锚点需提供稳固力296 kN。

4)锚固点设计。依据规范条文[4，6]，锚固点设计需进行锚杆破断拉力、钢丝绳锚杆锚固长度和锚固点抗拔力验算。依托工点边坡为岩质边坡，岩体为较坚硬的灰岩。经过验算分析采用以下锚固点设计参数可满足加固要求：锚杆钻孔孔径不小于50 mm，注浆体采用不低于M30的水泥砂浆，岩体与水泥浆间的粘结强度取600 kPa，锚杆采用钢丝绳锚杆，钢丝绳抗拉安全系数取1.2；锚杆与锚固体间粘结强度取2.9 MPa，锚固体抗拉拔安全系数取1.2。锚固点位置距离危岩体区域边界不少于1.5 m。主动网+锚杆加固方式见图10。

5.2 钢丝绳的选择及布置

本工程依托锚固点16个，使用8股钢丝绳，选用单股2φ22的钢丝绳连接在锚固点上(φ22钢丝绳破断力为370 kN)，设置8股每股2根 共16根钢丝绳可以满足单股钢丝绳极限破断力的设计要求。同时考虑到危岩体高约15 m，宽约7 m，钢丝绳采用横向布置，布置间距约1.5 m，两端固定于锚固点上。

5.3 环形网选择

钢丝绳间采用R13/3.0/300的缠绕型环形网，主要用于使钢丝绳线受力形式变成环形网面受力，环形网极限顶破力不小于340 kN。

5.4 防护治理布置

危岩体稳固区域采用环形网覆盖和钢丝绳稳固处理，防护宽度约7 m，防护高度约15 m；覆盖环形网采用R13/3.0/300，极限顶破力不小于340 kN；稳定加固钢丝绳采用φ22，2根为一股共采用8股，布置间距约1.5 m；锚固点锚孔孔径不小于50 mm，锚固体采用强度不小于M30的水泥砂浆，锚杆采用2φ18的钢丝绳锚杆，锚杆长4 m。危岩体加固区域共设锚固点16个，锚固点到危岩体边界距离不小于1.5 m，且锚固点设置于稳定地层中；危岩区域上部和下部各设置3个锚固点，共设6个锚点用于张紧环形网对危岩施加反压力，锚点距离危岩体边界距离不小于1 m，且锚固点设置于稳定地层中，见图11。

6 结语

1)覆盖型帘式防护网是一种新型柔性边坡防护产品，与传统主动防护网相比较，覆盖型帘式防护网大大降低了二次落石危害。

2)在相同防护效果下，覆盖型帘式防护网减少了锚杆的使用，降低了对原有坡面或防护体系的破坏，同时也降低了工程造价，缩短了工期。

3)依据本设计方案，长期监测表明依托工点高边坡危岩病害得到了有效治理；覆盖型帘式防护网作为一种新型处治措施，值得在类似工程中推广应用。

[1] 艾树波，焦海峰，吕汉川.帘式网在门头沟灵山路边坡落石防护工程中的应用[J].路基工程,2015(6):168-172.

[2] 董秀军，黄润秋．三维激光扫描技术在高陡边坡地质调查中的应用[J].岩石力学与工程学报，2006，25(S2):3629-3635．

[3] 李 念.SNS边坡柔性安全防护系统工程应用[M]．成都:西南交通大学出版社，2009．

[4] TB/T 3089—2004，铁路沿线斜坡柔性安全防护网[S]．

[5] 周迎庆，阳友奎．滑坡文集[M]．北京:中国铁道出版社，2000．

[6] JT/T 528—2004，公路边坡柔性防护系统构件[S]．

Application of curtain protective net in the renovation of the railway rock slope

Zhao Biao1Peng Li2Zhao Zhigang3

(1.ChinaRailwayEryuanChongqingSurveyandDesignInstituteCo.,Ltd,Chongqing400023,China; 2.SichuanOSTSlopeProtectionEngineeringCompanyLtd,Chengdu610041,China； 3.ChinaRailwaySeventhGroupCo.,Ltd,Zhengzhou450016,China)

Taking the hazardous rock project at K161+650 section along Sichuan-Guiyang railway, the paper undertakes the calculation over the rockfall trajectory, maximum vertical jump, and energy impact, analyzes the stability of the slope, and points out the measures to achieve better effect and ensure the railway safety.

railway, slope, curtain protective net, protection technique

1009-6825(2017)02-0069-04

2016-11-02

赵 彪(1981- )，男，硕士，工程师

U216.415

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