铁路滑坡防治原则与防治方案的选择

第25卷第3期
2003年9月南昌大学学报(工科版)Journal of Nanchang University(Engineering &T echnology)V ol.25No.3Sept.2003收稿日期:2003-04-25
基金项目:教育部高等学校骨干教师资助项目 作者简介:郑明新,男,1966年生,教授,博士研究生
文章编号:1006-0456(2003)03-0081-05
铁路滑坡防治原则与防治方案的选择
郑明新1,2,殷宗泽1,吴继敏1
(1 河海大学岩土工程研究所,江苏南京210098;2 华东交通大学道桥与岩土工程研究所,江西南昌330013)
摘要:简述我国铁路滑坡灾害的基本情况及成因,进而结合国内外滑坡防治工程实践成果,阐述了我国铁路滑
坡治理原则和方法,以及如何依据滑坡性质选择防治方案.最后结合在建铁路赣龙线提出了高陡边坡的防护方案
和施工控制问题,对滑坡防治与边坡防护方案的选择等做了有益的探索.
关键词:滑坡;防治原则;方案选择;边坡防护
中图法分类号:T V 223 34 文献标识码:A
1 前言
滑坡灾害约占山区铁路灾害80%以上,据统计:仅1978年铁路滑坡、坍塌达4901处,1982年为4544处,主要分布在宝成、成昆、川黔、湘黔、鹰厦、襄渝,宝天、黔桂、太焦、枝柳等线.滑坡灾害对铁路交通运输的危害主要表现在以下三个方面: 破坏线路和路基设施,如1980年成昆线铁西滑坡约220万m 3
,滑距80~120m ,断道40多天,整治费用高达2300万元[1]. 破坏站场,影响设站,如1969年建成的成昆铁路南尔岗车站,建于滑坡体上的三线大桥纵向移动140mm,横向移动580~680mm ,既影响设站又严重威胁行车安全.!破坏桥梁和隧道,如贵昆线格里大桥在铺轨后发现滑坡推挤墩台,为保护大桥安全,只得选择堵死桥孔形成格里大坝.还有宝天线K105隧道滑坡、襄渝线柴家坡隧道滑坡、成昆线东荣河隧道滑坡,尤其是1992年5月至11月间宝成线马蹄湾滑坡[1]先后使运行中断3次,抢险工程费用巨大,最后被迫选择改线约4公里.
总结我国铁路滑坡形成原因有三点: 我国山区铁路地形地貌、地质及气候条件十分复杂,其环境背景十分脆弱,是铁路滑坡频发、灾害严重的内在原因和主要原因. 强降雨是铁路滑坡发生的诱发因素.!铁路建设过程中一些人为的或不可避免的不合理因素,是触发铁路滑坡灾害潜在的或直接的原因,特别是大规模的人类工程活动,给铁路沿线边坡带来不同程度的破坏而引起滑坡灾害加剧.
可见,坡体岩性、结构与构造及原始地应力是形成滑坡内在原因,而降雨、人工开挖等则是铁路滑坡形成的诱发或触发因素.因此,滑坡防治应充分认识滑坡体结构、构造及地下水分布等内在因素,有的放矢地选择防治方案,达到彻底整治滑坡之目的.2 铁路滑坡防治的原则
总结铁道部有关部门经过几十年的滑坡工程实践,有关滑坡灾害防治的原则可归纳如下:
1)在规模大小不等的多滑坡密集分布地段,以改移线路避开滑坡为宜.对单个滑坡避开有困难,如有条件改移线路对整工程有利时,应争取局部改线.
2)对必须整治的滑坡,原则上要一次治理,不留后患.但首先要弄清滑坡性质和成因,针对主要原因有的放矢的选择防治方案,同时辅以其它措施综合治理,不可盲目强调支挡工程而忽视调动地质体自稳能力的发挥.这方面带来惨痛教训的如1996~1997年发生的南昆铁路八渡车站滑坡,施工时因开挖坡脚引起老滑坡复活,因对滑坡性质认识不足,历经三次才初步稳住滑坡,费用高达9000万元.
3)对大型复杂滑坡在短期内不易完全搞清其性质时,应作出规划,分期治理.对急剧变形者应有抢险措施,如局部减重、反压和排水,以急取勘察和整治的时间,切忌盲目刷坡,造成工程失败.
4)整治工程施工尽可能安排在旱季进行,避免在滑坡前部横截滑坡作长拉槽,导致滑坡恶化.施工前应
先做好临时性排除地表水工程.对正在活动中的滑坡,须同时做好观测工作,以确保施工安全.对已竣工交付使用的工程建筑物,须加强观测、养护、维修,以减少滑坡新生和发展.
3 滑坡防治措施与方案的选择
基于上述防治原则,应针对滑坡不同的类型和技术条件,分别选择不同的防治方案和工程措施.
3 1 排水措施
排水措施包括截排地表水和地下水,主要目的是将地表水引出滑动区或降低地下水位.其中截排地表水措施有截水沟、树枝状排水沟等.截排地下水措施有盲沟、支撑渗沟、边坡渗沟、垂直钻孔群、平孔群,最近还有虹吸排水、电渗析排水等地下排水措施.
1)地表排水:对于滑坡发生的原因主要是由于地表水下渗而诱发者,则应选择排水方案,若运用得当很可能仅采用地表排水便可稳住滑坡.如1982年发生的四川云阳鸡扒子滑坡[3],由于地表水是滑坡诱发的主要因素,故84年通过实施地表排水整,迄今将近20年一直保持稳定.地表排水技术简单易行,工程造价低、防治效果好而广泛应用.
2)地下排水:对于滑坡地下水丰富,常年软化滑带土,防治方案则应以排除地下水、降低孔隙水压力为主.一则增加有效法向力提高抗滑力,二则提高滑带土强度.只要充分查明滑坡地下水的地质条件,通过排除地下水便可发挥岩土体自稳的潜能,提高滑坡防治的效益.对于老滑坡若下覆有砂卵砾石层,则垂直钻孔群排水则效果更佳.例如60年代对长810m,宽120~500m,约630万方的甘洛1号滑坡[6],查明该滑坡为破碎岩体,含水层厚10~30m,为裂隙潜水,滑带土为强风化泥页岩、隔水.而滑坡体前部下覆砂卵砾石层(
见1∀砂粘土夹碎石;2∀砂夹卵石;3∀砂泥岩互层图1 甘洛1号滑坡纵剖面图图1),故仅采用43口排水孔疏干地下水便治住了滑坡,成
为方案选择正确、防治效益好的典范.
3 2 改变边坡的几何形态
指通过滑坡已上部减重以减少下滑力或坡脚压脚以增
大抗滑力,即消减推动滑坡产生区的物质或增加阻止滑坡
产生区的物质,即#砍头压脚∃或减缓边坡总坡度(削方减
载).
对于当滑坡前缘滑面呈反坡形,且有一定空间,则在滑
坡前部坡脚采取反压工程最为有效;减重措施选择的依据
是位于山脊部且减重不存在诱发牵引性滑动的危险时,尤
其是对一些大型整体性滑坡宜选择减重措施.坡顶刷方减
重常与坡脚反压联合使用,一举两得.此方法简单易行且效果好,特别对大型滑坡防治效益明显而被广泛应
用.其整治效果取决于消减和堆填的位置是否得当.
3 3 支挡结构
支挡结构包括抗滑挡墙、抗滑土堤、抗滑片石垛、抗滑墩、竖向预应力锚杆挡墙、抗滑桩、锚杆抗滑桩、刚架抗滑桩、抗滑明洞或拦石格栅等用于防止、控制斜坡岩土体的运动.
1)对于规模小、滑面浅的滑坡,可选择砌石圬工重力式挡墙.挡墙既可以是原地浇灌钢筋混凝土连续墙,也可在墙前加斜撑或墙后用锚索锚固.
2)对于滑面深、体积也较大的滑坡,为了避免在滑坡趾部开挖挡墙基坑可能引起滑坡活动,往往采用抗滑桩或沉井作为支挡结构物.
3)对于陡滑面滑坡,因下滑力大,施工难度高,技术经济均不合理,宜采用预应力锚索抗滑桩或抗滑明洞并填土反压整治.采用抗滑明洞为主体整治滑坡的有1983年发生的宝成线阳平关车站滑坡[4],该滑体纵向长200m 滑面坡度25%~27%(见图2).由于上方滑体仍在威胁铁路安全,中部滑面较陡,若在中部作抗滑工程则工程量大且施工极难,考虑有长约25m 外倾的前缘缓坡段,故决定将抗滑桩移至线路与明洞内边墙一道构成抗滑结构,洞顶回填反压.&82&南昌大学学报(工科版)2003年
图2 宝成线阳平关车站滑坡剖面示意图
4)对于滑坡规模小,且呈块石崩塌性发生的滑
坡,宜选用近年来在欧洲开始使用柔性防护系
统[7].这类支挡结构虽不能阻止灾害发生,但可阻
止其造成灾害.其原理是在斜坡一定部位设置刚性
拦石格栅或柔性钢绳网以拦截滚落的块石,达到保
护对象免遭破坏.该系统由钢绳网、固定系统(拉
锚)、减压环和钢柱四部分组成(见图3).钢绳网具
有很高的强度和弹性内能吸收能力,可将落石冲击
力传递到支撑绳再传到拉锚锚杆.在绳的特定位置
设有#减压环∃(一种通过塑性位移吸收能量的消能
元件),对系统过载起保护作用.钢柱与基座间的可
动连接确保它受到直接冲击时地脚螺栓免遭破坏,锚杆将拉绳锚固在岩石地基中并将剩余冲击荷载均
图3 崩塌落石钢绳网拦挡系统(前视、俯视、剖面)示意图布地传递到地基之中.
3 4 坡体内部加固
1)对于滑坡规模较小,滑带土主要为粘
土、泥化夹层者,可采用石灰桩、石灰砂桩及合
适的化学方法改善滑带土性质.如金堂滑坡整
治工程以石灰桩为主,使滑坡得到治理.
2)对于潜在不稳定或蠕动的密实粉质粘
土或松散破碎岩坡,宜选择采用近年来已开发许多新型锚杆体系[7],将锚杆或锚索锚固于潜在滑面以下的稳定岩层之中,施加张应力以增加锚拉方向正应力从而增大破坏面上的阻滑力.锚钉系统以土格栅或土工网覆盖地面,在多个结点上以长锚钉将这些结点锚固起来.当这些锚钉紧固后,将地表网拉入土中,使网处于拉伸状态而网下的土则处于压缩状态(见图4).有时采用框架预应力锚索结构,使原来的被动防护转变为主动防治.
3)对于宽度受限的已有道路的加宽,其坡体需要防护者,采用桩基既浪费又不美观,而采用加筋土技术却特别适宜.加筋土是在土中埋入有抗拉功能的金属条带或聚合物格栅以改善土体强度,达到稳定天然或堆填、开挖边坡,比如有加筋土挡墙,带护面板的加筋土可作成陡坡.其优点是: 有粘聚性又有韧性,故能承受大变形; 可使用的填料广;!易于修建;∋耐地震荷载;(有多种面板形式;)比传统挡墙或桩造价低图4 土锚钉锚固土工#蛛网∃加固斜坡示意图廉.
3 5 防止河岸冲刷及绕避措施
对于滑坡为河岸冲刷触发者,首先应考虑防止河岸冲刷
的河岸防护工程,以防止河流继续冲刷坡脚而牵引坡体滑动.
对于滑坡频繁发生地段、整治困难或费用昂贵,可选择改
移线路和厂矿位置,或选用隧道避开滑坡或桥梁跨越滑坡,或
用明洞防护等绕避措施.
3 6 边坡防护与施工控制
边坡防护需要从施工控制的源头抓起,施工控制即对岩土地质体采用有效的调控技术,适时控制岩体变形,改善岩体的应力状态以维护和改善岩土体的稳定性,以使工程结构功能得到充分发挥.而工程岩土体的稳定,不仅与其自身结构、地下水等有关,还与施工工艺、支挡防护措施等密切相关.例如对于在建铁路赣州~龙岩线[8]全长290Km,地形高差大,地质构造复杂,地层为极易风化的白垩系红层、寒武系砂页岩,线路横穿山脊,路基工程深挖高填,边坡加固及防护工程量巨大.路基设计中深路堑及潜在滑坡达287处,施工深挖易于在雨水、风化作用下失稳.要求: 在破碎地层等不&83&第3期郑明新等:铁路滑坡防治原则与防治方案的选择
良地质地段,施工前作好地面防排水系统,尽量安排在旱季施工避开雨季. 开挖边坡应采用分层开挖,分层开挖高度应控制在10m 以内,防止一次开挖过深,避免边坡因突然卸荷而产生有害变形,挖后及时修整边坡.设有挡护的部位,采用分段开挖、及时挡护.!在成孔困难、无法沿开挖线实施预裂爆破的地段,宜采用分散药包进行松动控制爆破,两侧预留保护层,局部采用光面爆破修整边坡,减少爆破对边坡稳定的影响.深路堑施工应依据堑坡地质情况采取相应的防护措施,见表1.
表1 堑坡地质情况及其防护措施
堑坡地质情况防护措施 堑坡地段岩层严重风化,或存在坡面冲刷、
岩块剥落
浆砌片石护墙+挡墙,或挡墙+挂网喷射混凝土护坡
软质岩地段及破碎的硬质岩层地段
挡墙+护墙,或护坡防护时挡墙墙顶设置平台,平台宽度不小于2m !岩体破碎、存在软弱结构面的较硬质岩地段
坡脚宜用锚固桩进行预加固,在开挖后做挡墙支护,或选择采用锚索桩、桩板墙、预应力锚索等∋极严重风化的软质岩层堑坡地段
M 5浆砌片石护坡,或排水骨架内播植草防护(岩石顺层堑坡地段、膨胀土深路斩锚固桩预加固,再进行路堑开挖,限制开挖后路堑边坡产生有害变形 综上所述,防治措施的实施要求在查清滑坡地质条件、滑动面及成因的基础上,结合各种措施的适用条件及滑坡体特征合理选择方案.对于高边坡开挖,则应密切注意施工控制,力求施工不扰动滑坡或预先对边坡实施必要的防护.
4 主要结论与认识
1)文中提出的滑坡防治原则及工程措施均有其一定的使用条件,结合滑坡性质合理选择是滑坡防治理论的基本指导思想,对开展滑坡防治具有较大的指导意义.
2)边坡防护作为铁路路基施工的重要组成部分,特别是随着高速、重载铁路发展,对于高边坡地质体的认识应放在首位.只有密切结合地质条件,强调边坡防护设计与施工控制相结合,才能做到边坡防护措施有的放矢、合理选择.
3)强调滑坡防治与边坡防护措施新工艺、新技术的开发和应用,已成为近20年滑坡防治研究的重点.同时强调对已整治滑坡和已防护边坡工作效果的评价和总结,即对已整治滑坡∀∀∀工程方案选择的合理性、科学性再思考、再探讨,必将有利于进一步指导滑坡整治方案的合理选择和工程设计的优化,是滑坡防治研究的新思路.
参考文献:
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The Principle and Project Choice of Landslide
Control along China Railway
ZHEN G M ing-xin 1,2,YIN Zong-ze 1,WU Ji-min 1
(1.Geotechnical I nstitute of H ohai Univer sity ,N anj ing 210098,China;
2.I ns titute of Bridge and Road and Geotechnical Engineering ,East China Jiaotong Univer sity ,N anchang 330013,China)Abstract :The outline of landslide control in China railw ay is introduced in the paper at first,and its triggering factors are analyzed simply.M oreover,the principle and method for controlling landslides are presented.Then,the applicability of six categories of landslide remedial measures and the selection of controlling project according to the characteristic of landslide are discussed.Finally ,combination of the geolog ic situation of Ganlong railw ay,the countermeasure of slope protection among Ganlong railw ay are put forw ard,which prov ides the beneficial quest for the landslide control and high slope protection.
Key Words: Landslide control;principle;project choice;slope protection
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Researching and Implementing of C NC system based on Windows 9x
TAO Jun-cai,T U Rong-jun,XU Peng-fei,ZHO U Shao-mei
(Comp uter Center ,N anchang Univer sity ,N anchang 330029,China)
Abstract:In this paper w e analyze CNC system structure,real-time control and timing sam pling mecha nism ,three-dimension process trace technique.Bring forw ard a new method by w hich we develop CNC system based on Windows9x making use of OOD and multithreading .This m ethod advance the grade of CNC system.
Key Words: CNC;real-time control;trace &
85&第3期郑明新等:铁路滑坡防治原则与防治方案的选择。