某实训基地边坡落石防护方案研究

(中铁上海设计院集团有限公司， 上海 200070)

某实训基地边坡落石防护方案研究

郭迎琦

(中铁上海设计院集团有限公司， 上海 200070)

边坡落石经常给边坡下部的建筑物以及人员活动造成危害，对存在落石隐患的边坡进行有效的防护能为建筑物和人员活动提供安全保障。以西湖景区某铁路职工培训基地为例，根据前期勘察，以及采用三维激光扫描技术对边坡进行扫描，运用Rockfall软件分析落石的运动轨迹及冲击能量，为方案设计提供基础数据。通过方案论证、方案设计，以及业主组织的专家审查，最终确定柔性防护网的防护方案。

边坡落石；三维激光扫描；Rockfall软件；柔性防护网

0 引言

危岩是指陡峭边坡上多组结构面切割，在重力、风化营力、地震力、和渗透压力等作用下，可能与母岩分离而坠落的岩石块体。当危岩体与母岩彻底分离，以某种方式向坡下运动时则称为“落石”，落石对其前方的建筑物及人员活动会造成很大的危害，必须采取有效的措施进行防护。目前国内采用的防护形式较多，如主动网、挂网喷浆、帘式网、被动网、拦石墙等方法，限制落石的运动，或者拦截落石等方式，本文以某实训基地操场东侧高陡边坡为研究对象，根据运动学计算原理，运用ROCKFALL程序，综合模拟并预测落石可能达到的区域，选择安全、经济合理的防护措施。

1 实训基地边坡概况

实训基地位于西湖景区范围内，2012年12月实训基地边坡发生落石，落石从边坡顶部滚落，到坡脚后直接击穿建筑物侧墙，建筑物是实训基地培训人员的居住地，当时建筑物内没有人员活动，虽然未造成人员伤害，但是造成的后果很严重。实训基地东侧操场边坡为九十年代中期行车的高陡边坡，坡面主要为岩质边坡，岩性为凝灰质砂岩，强～弱风化，边坡高度约为50-76m，边坡坡率1:0.3～1:1。根据现场地质调查及三维扫描软件对操场区域边坡的扫描，由于开采爆破使坡面裂隙张开，形成纵横交错的裂隙，在重力、风化营力、地表水渗透压力等作用下与母岩逐渐分离，形成潜在的危岩、

落石，成为安全隐患，威胁实训基地内的建筑物及人员安全。落石的质量主要集中在5000～8000kg之间，见图1。

图1 场地地形地貌及落石图

2 落石运动模拟分析

本文采用ROCKFALL软件对该落石进行模拟分析。

2.1 模拟剖面

根据现场的详细调查，采用三维激光扫描技术，通过扫描得出坡面的三维影像(图2)及切面数据，能更加准确的模拟出落石的运动轨迹。

落石初始条件：

在斜面顶部的下落：水平初速度为0m/s，竖向初速度为0m/s。

计算落石粒径：半径0.78m大小的落石。

落石的密度：2500 kg/m3。

落石重量：5000 kg。

落石位置：坡顶。

跌落统计次数：500次（根据此次数进行概率统计）。落石计算结果

图2 操场三维激光扫描影像

计算后可得到防护网设计需要的落石运动轨迹、落石弹跳高度、落石冲击能量、落石运动速度、落石落点统计等参数。见图3～图7。

图3 断面落石运动轨迹图

图4 最大弹跳高度包络线

图5 最大冲击能量包络线

图6 最大运动速度包络线

图7 落点统计图

结论：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16m，最大冲击能量约为2000kJ，落石最大冲击速度约为32m/s，落石落点位于横坐标58m--85m范围内。落石在边坡腰部发生滚落运动中产生的最大弹跳高度为4.6m，最大冲击能量约为2000kJ，落石最大冲击速度约为22m/s，落石落点位于横坐标58m--65m之间。该处落石的运动特点为能量大、速度快，弹跳高度较大，大部分落石在快接近山脚的位置直接弹跳并跨过山脚飞向操场中。通过上述结果分析，有必要对该处山体进行落石防护。

3 防护措施

3.1防护措施比选

边坡治理的防护措施通常有拦截措施（拦石墙或被动网）、坡面防护措施（主动网、张口式帘式网）。初定三种方案，方案一采用拦截措施，方案二采用全坡面覆盖措施，方案三采用落石引导措施（张口式帘式网）。

方案一：采用传统的拦石墙或者被动网等防护措施。采用拦石墙存在的问题：如若在坡脚设置拦石墙，则拦石墙的则非常高大，工程量大、费用高，且不美观，影响操场的使用功能。若采用被动网，根据ROCKFALL模拟成果，被动网需要设置在远离坡脚25m左右的位置，才能保证安全，这样坡脚至被动网这段范围，将不能使用，极大的压缩了操场的使用范围，这个是业主所不能接受的。

方案二：采用主动网防护，主要是通过网子和锚杆的作用，使网子限制坡面岩体的剥落、危岩崩塌等其他形式的破坏，以避免灾害的发生。若采用主动网，则需要全坡面采用主动网防护，防护量巨大，且需要清除边坡上的植被，费用很大，且对景观影响较大。根据以往的工程案例，由于坡面节理裂隙发育，坡面结构较松散，自稳性能相对较差，采用主动网防护有一定的风险。根据现场调查，在本工点距离不远的一些高陡边坡采用了主动网防护，发现了主动网“鼓肚子”现象（图8），而且一些主动网随着此现象的发展，网子已经发生破坏。

图8 主动网防护示意图

方案三：采用落石引导措施，即帘式网防护技术（图9），通过柔性网的限制作用，将落石控制在一定范围以内。根据ROCKFALL模拟成果，本工点采用防护能级为2000 kJ张口式帘式网，将网子固定在边坡高度约30m左右的位置，采用钢柱支撑起网子，钢柱长度5m，边坡上所有的落石都是落入网子内，落石会沿边坡滑落到防护网底部的落石收集区，从而消除落石的危害，而且边坡不用全坡面覆盖，且不需要清除防护标高以上的植被，投资节省，对景观影响较小。帘式网不占用操场的空间，且能满足边坡落石防护能级的要求。

经充分的调查和论证以及业主部门的认可，选定张口式帘式网对边坡进行防护，在安全、经济、景观上和工期都能满足实训基地高陡边坡落石防护工程的需求。

图9 张口式帘式网防护示意图

4 结语

（1）采用三维激光扫描技术和ROCKFALL落石分析软件，所得出边坡落石的轨迹及冲击能，为方案设计提供了技术支撑。

（2）由于工点处于景区范围内，对植被的保护要求非常严格，采用张口式帘式网对边坡进行防护，减少了对边坡植被的清除量。

（3）帘式网具有安全、环保、经济、易修复等特点，在以后使用期间的养护维修的工作量很少，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.成都：路基工程，2015.

[2]熊剑，邓辉.滚石运动模拟分析与危险性评价.成都：路基工程,2015.

[3]任鑫. 柔性防护技术在硬质岩石边坡崩塌落石灾害治理中的应用研究. 北京: 《中国地质大学》,2011.

[4]张新光，朱和玲，麦尚德，赵兴.露天矿高陡边坡落石防护墙设计研究.《安全与环境工程》, 2009.

[5]刘慧明. 长白山天池地区龙门峰崩塌落石运动轨迹研究. 《吉林大学》,2012.

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郭迎琦（1983年4月21日-），男，陕西咸阳人，本科，工程师，主要研究方向：铁路路基