预制拼装式明洞结构在成昆铁路K279崩塌落石治理中的应用.pdf
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1、引用格式:尚寒春,刘科,郦亚军,等.预制拼装式明洞结构在成昆铁路 K279 崩塌落石治理中的应用J.隧道建设(中英文),2023,43(增刊 1):330.SHANG Hanchun,LIU Ke,LI Yajun,et al.Application of prefabricated and assembled open-cut tunnel structure in collapse and rockfall control of Chengdu-Kunming railway K279 sectionJ.Tunnel Construction,2023,43(S1):330.收稿日期:20
2、23-02-03;修回日期:2023-05-12基金项目:中国铁路成都局集团有限公司科技研究开发计划课题(CX2213)第一作者简介:尚寒春(1973),男,四川大邑人,1996 年毕业于西南交通大学,隧道与地下工程专业,本科,高级工程师,从事隧道及地下工程设计工作。E-mail:17854475 。通信作者:刘科,E-mail:1244862348 。预制拼装式明洞结构在成昆铁路 K279 崩塌落石治理中的应用尚寒春,刘 科,郦亚军,刘雄伟(中铁二院成都勘察设计研究院有限责任公司,四川 成都 610031)摘要:针对成昆铁路峨攀段 K279 发生的崩塌落石灾害,首先,采用 Rockfall
3、软件进行落石轨迹及冲击动能分析,评定落石对铁路的危害程度。然后,根据冲击动能计算结果确定坡面帘式防护网的设置范围及被动网和其他防护措施的设置,根据落石影响范围确定明洞接长范围。对于接长明洞,结合现场地形,提出在铁路运营期间增设明洞时采用明洞内外边墙现浇、明洞拱圈预制拼装的方案。最后,介绍明洞内外边墙现浇、明洞拱圈预制拼装方案的设计及施工情况。根据最终的整治效果可知,采用预制拼装式明洞结构方案可安全快速地在既有线增设明洞结构。关键词:成昆铁路;崩塌落石;预制拼装式明洞结构DOI:10.3973/j.issn.2096-4498.2023.S1.038中图分类号:U 45 文献标志码:A 文章编号
4、:2096-4498(2023)S1-0330-07A Ap pp pl li ic ca at ti io on n o of f P Pr re ef fa ab br ri ic ca at te ed d a an nd d A As ss se em mb bl le ed d O Op pe en n-C Cu ut t T Tu un nn ne el l S St tr ru uc ct tu ur re e i in n C Co ol ll la ap ps se ea an nd d R Ro oc ck kf fa al ll l C Co on nt tr ro ol
5、 l o of f C Ch he en ng gd du u-K Ku un nm mi in ng g R Ra ai il lw wa ay y K K2 27 79 9 S Se ec ct ti io on nSHANG Hanchun,LIU Ke*,LI Yajun,LIU Xiongwei(CREEC(Chengdu)Survey,Design and Research Co.,Ltd.,Chengdu 610031,Sichuan,China)A Ab bs st tr ra ac ct t:In view of the collapse and rockfall disas
6、ter occurred in the K279 section of the Emei-Panzhihua section of the Chengdu-Kunming railway,the Rockfall software is employed to analyze the rockfall trajectory and impact kinetic energy and assess the damage degree of rockfall to the railway.Furthermore,based on the calculation results of impact
7、kinetic energy,the setting range of the slope curtain protection net and the setting of the passive net and other protective measures are determined,and the extension range of the open-cut tunnel is determined based on the impact range of falling rocks.For the extension of the open-cut tunnel,an inn
8、ovative proposal that use the cast-in-place inner and outer walls of the open-cut tunnel and the prefabricated assembly of the open-cut tunnel arch ring when adding an open-cut tunnel during railway operation is proposed based on the on-site terrain.Finally,the design and construction of the cast-in
9、-place inner and outer walls of the open-cut tunnel and the prefabricated assembly plan of the open-cut tunnel arch ring are introduced.According to the final rectification effect,the use of prefabricated and assembled open-cut tunnel structures can safely and quickly add open-cut tunnel structures
10、to existing lines.K Ke ey yw wo or rd ds s:Chengdu-Kunming railway;collapse and rockfall;prefabricated and assembled open-cut tunnel0 引言崩塌落石是危及新建铁路与既有铁路安全运营的主要不良地质之一,尤其在西南地区的宝成线、成昆线、内六线、川黔线等运营年限已久的铁路中更为显著。受当时设计理念、施工水平以及工程投资等因素的限制,山区普速运营铁路多以傍山形式通过,路基及桥梁占比较大。受地震、气候以及自然风化等因素影响,高陡边坡易发生崩塌落石灾害,对傍山铁路运营产增刊
11、1尚寒春,等:预制拼装式明洞结构在成昆铁路 K279 崩塌落石治理中的应用生极大威胁。为了保证铁路的运营安全,对易产生崩塌落石的高陡边坡多采用坡面防护加棚洞或明洞结构进行整治。刘建红1以宝兰客专南马棕山隧道和千家沟隧道之间的大水沟落石防护为背景,提出锚索(锚杆)框架梁边坡防护措施;赵秋林2、赵录学3、付伟4分别以兰渝铁路范家坪隧道出口、天平铁路六盘山隧道与关山隧道、西十高铁隧道等为背景,通过模拟分析提出先清后固、坡面主被动防护的综合处理措施。在运营铁路增设明洞结构方面,由于明洞内模架立后下方通行空间有限,对线路运营干扰极大,尤其是电气化铁路,由于接触网的存在,施工安全风险极高。为了解决这一问题
12、,王君顺5针对兰青铁路二线某隧道洞口落石的问题,提出采用波纹钢-混凝土组合式明洞结构防护措施;王林6在郑西线联调联试期间采用 H 型钢加钢筋混凝土纤维板的方式在隧道洞口增设明洞;张永平7在既有石壁山隧道采用拱部双层叠合梁技术,实现洞口明洞接长;李品福8采用分段施工拱部滑模的方法在既有铁路隧道出口接长明洞,克服了小半径曲线地段施工困难的问题。以上学者研究了多种方案以解决既有线明洞内模架立的问题。目前,国内对预制拼装式明洞进行了一些研究,并在新建铁路进行了试验9-10,在个别运营公路上进行了运用11。本文针对成昆铁路 K279 崩塌落石,提出一种不设置明洞拱部内模的整治方案。该方案对线路运营干扰小
13、,为运营铁路增设明洞结构提供了一种新的参考方案。1 工程概况1.1 崩塌落石灾害概况成昆线峨攀段为时速 80 km 的单线电气化普速铁路,其中,K279+056+425 位于长河坝汉源区间,线路右侧靠山,左侧邻大渡河,以路基形式从山体坡脚通过;成都方向 K279+041+334.9 段为乌斯河棚洞;昆明方向 K279+520+540 段为三线小桥。2020 年 8 月 2 日 8 时 58 分,K279+350 处突发山体高位崩塌,造成成昆线(峨攀段)、汉源县乌斯河镇皇乌公路和国道 G245 通行中断。崩塌位置距线路轨面竖向距离为 265 m,平距为 287 m。崩塌危石体总体积达 1 000
14、 m3以上,塌体顺东西向向沟槽弹跳、飞滚,冲破 8 道被动防护网(皇乌公路上方 6 道,铁路挡墙顶至公路间 2 道),其中,落点最远的 3 块岩体(体积共约 45 m3,最大一块体积达 36 m3)翻越铁路靠山侧的拦石墙冲到线路上,造成既有铁路钢轨、混凝土轨枕及10 kV 贯通线 39#电杆受损。经抢修后于 2020 年 8 月4 日 21 时 31 分 K279+320+400 段开通货车,限速 45 km/h。崩塌落石灾害情况如图 1 所示,崩塌前与崩塌后的岩腔对比如图 2 所示。图 1 崩塌落石灾害Fig.1 Overview of collapse and rockfall disas
15、ters (a)崩塌前岩腔 (b)崩塌后岩腔图 2 崩塌前与崩塌后的岩腔对比Fig.2 Comparison of rock cavities before and after collapse1.2 地质概况崩塌落石灾害点地处大凉山系大渡河峡谷区,该段线路走行于大渡河的级阶地上,下伏地层主要为卵石土夹漂石层。线路左侧为大渡河谷,右侧为阶梯状的高陡崖壁,自上而下分布 5 级缓坡和 5 级陡崖,缓坡坡度为 30 45,陡崖坡度为 70 80,局部近直立。陡崖岩体主要为震旦系灯影组白云质灰岩和白云岩,自然坡度近似直立,基岩裸露,卸荷裂隙发育,节理裂隙充填土层中有灌木生长,陡崖上崩塌、危岩落石发育。
16、缓坡主要为白云质灰岩陡崖发生崩塌落石后逐渐退后形成的,邻近成昆线的缓坡为大型岩堆体,主要堆积在线路和陡崖之间,较大规模的崩塌、滑坡物质可越过前缘直达大渡河河谷。1.3 崩塌落石分布、规模、成因及危害性分析1.3.1 崩塌落石分布、规模通过详细勘察发现,K279 靠山侧山体共 4 处较大范围的危岩区,将成都至昆明端线路右侧山体危岩区域划分为 1#、2#、3#、4#危岩区,其中,2#和 3#危岩区的卸荷裂缝和危岩体数量最多,危岩体规模最大,对铁路威胁最大。本次崩塌落石位于 3#危岩区中部,如图 3所示。133隧道建设(中英文)第 43 卷图 3 危岩区分布与既有铁路的相对位置Fig.3Distri
17、bution of dangerous rock areas and relative position of existing railways 危岩区的地层岩性以白云质灰岩和白云岩为主,发育陡倾坡外的垂直和缓倾节理裂隙,加之倾向沟槽方向的层面,形成不利结构面组合,危岩区主要节理裂隙产状为 1070、35080、10281、230 30。受重力作用和沿层面的剪切力作用,4 个危岩区崩塌类型主要有滑移式、错断式、拉裂式和倾倒式。危岩体分布较多,块径大小不一,对线路的威胁差别较大,具体如表 1 所示。1.3.2 崩塌落石成因分析从现场调查结果来看,峨攀线 K279+000 +500段危岩崩塌落石
18、的形成主要受大渡河峡谷陡峭地形、可溶岩地层、马托断层和乌斯河断层构造、降雨和地下水作用以及灌木根系多条裂缝生长侵蚀、自然风化及频繁地震等因素的影响。表 1 1#4#危岩区危岩体分布情况Table 1 Distribution of dangerous rock areas#1 to#4危岩区概况构造及裂隙发育情况危岩体分布对铁路威胁情况现场图片1#位于 K279+110 右侧,危岩区坡脚平距200 m、垂距 170 m,顶部平距 270 m、垂距 450 m,面 积 5万 m2分布 2 条主要节理裂隙,发育较多危岩体、岩 腔 和 倒 悬体,块径 0.5 2.0 m,以零星崩塌落石为主 主要分布
19、 3 块较大危岩体、3 个危石密集区。受不利结构面影响,一块稳定性较差且总体积约 700 m3的危岩体位于第 3 层陡壁上,岩体已基本脱离母体,上部和南北贯通裂缝宽度为 0.30.5 m,仅下部少量岩体与母岩连接,下部支撑岩体有压溃迹象,属潜在崩塌危岩体 对 K279+041+200棚洞威胁极大2#位于 K279+230+300 右侧,坡脚平距120 m、垂距 100 m,顶部平距 400 m、垂距 440 m,面积 3.2万 m2坡面发育长大卸荷裂缝和较大规模危岩体,发生崩塌落石的 频 率 高、块 径大、数量多 主要分布 9 块较大危岩体(卸荷裂缝切割而成)、3 个危石密集区、2条主要节理裂
20、隙和 2 个对危岩体稳定性影响较大的岩腔。威胁最大的危岩体位于第 3 层陡壁上,总体积10 万m3,后部发育竖向节理裂隙密集带。该危岩体中下部发育宽 13 m 的顺坡陡倾卸荷裂缝,沿该卸荷裂缝发生整体性崩塌的可能性较大,崩塌体总体积约 1 万 m3 对 K279+200+330段棚洞威胁极大3#位于 K279+350 右侧,坡脚平距约 100 m、垂距约 80 m,顶部平距约 420 m、垂距约 450 m,总面积约 5.2 万 m2发育长大卸荷裂缝和较大规模的危岩体,发生崩塌落石的频率高、块径大、数量多 最危险岩体位于 K279+350 线路右侧第 3 层陡壁上,总体积 5 万m3,主要分布
21、有 3 块较大危岩体(多由卸荷裂缝切割而成)、4 个危石密集区、3 个对危岩体稳定性影响较大的岩腔,沿中部长大卸荷裂缝发生整体性崩塌的可能性较大。在 2020 年 4 月曾发生过崩塌落石(1.2 m3),打坏第 2、3、4 道被动防护网后停留于皇乌公路上,未崩落至铁路线内即本次发生的崩塌落石区,可能牵引周边危岩体进一步失稳4#位于汉源站成都端 K279+480 右侧,危岩区坡脚平距 350 m、垂距 220 m,顶部平 距 400 m、垂 距380 m,面积 1 万 m2分布 2 个危石密集区,细部裂隙发育 坡面发育较多危岩块,一般块径0.52.0 m,部分达3 m 以上,以零星的小块崩塌落石
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