赣龙扩能施工图设计路基风险评估探讨

2012-11-29郭坚鸽

铁道勘察 2012年3期

郭坚鸽

(中铁第四勘察设计院集团有限公司，湖北武汉 430063)

众多的工程实践表明，风险评估对工程的安全具有非常重要的意义。路基风险评估是一项全新的工作，目前尚处于研究阶段，没有正式颁布的国家和行业标准。在铁路系统风险评估中，目前有一定进展的是隧道工程，在文献［1，2］中对各个勘察阶段隧道的风险评估进行了规定，相关的单位也进行了一些研究［3-5］。从勘察设计的角度，参照隧道工程的风险评估方法对赣龙扩能施工图阶段的路基风险评估进行了探讨，供相似工程参考。

1 工程概况

赣龙铁路扩能改造工程位于江西省东南部、福建省西南部。西起江西省赣县，东至福建省龙岩市，途径江西省赣县、于都县、会昌县、瑞金市，福建长汀县、连城县、上杭县。正线全长249.42 km，其中路基长约55.03 km/220工点，占线路长的22.06%。

正线铁路等级为国铁Ⅰ级，双线，限制坡度6‰，瑞金至龙岩段加力坡13‰，路段旅客列车设计行车速度为 200 km/h，最小曲线半径:一般3 500m、困难2 800m。正线直线地段标准路基面宽度:单线路基路堤8.8m、路堑9.2m;双线路基路堤13.2m、路堑13.6m;线间距为4.4m。路基面形状为三角形，由路基面中心向两侧设4%的横向排水坡，路基面加宽时，路基面仍保持三角形形状。

2 工程地质条件

2.1 地形地貌

赣州至瑞金段，主要为丘陵及丘间谷地区，部分地段为河流阶地区。地面起伏较大，自然斜坡一般为20°～35°，地面高程为 50～350m，相对高差为 50～200m，地表植被较发育。因山体岩层风化强烈，局部水土流失较严重。河流阶地较发育，形成较宽阔的阶地区。

瑞金至龙岩段，属于武夷山东侧的闽西中低山区，山间谷地发育，局部有丘陵及河流阶地分布。山体受断裂及褶皱构造的制约，大多呈北北东走向，地形较陡峻，地面高程为 200～1 200m，相对高差为 200～1000m，自然斜坡一般为 35°～45°，局部达到 60°～70°。地表大多植被茂密，除人工开挖外，基岩裸露地表少见，但河田附近因水土流失严重，植被稀少，多为丘陵与谷地相间地形，地面起伏小。沿线河流与山脉的延伸方向受构造线的控制，并与构造线的走向基本一致;河谷形态多为“V”字形。

2.2 地层岩性

沿线地层从老到新均存在，因褶皱、断裂及侵入岩体的作用，地层分布较杂乱，部分地层缺失。中低山、丘陵区主要分布多期次侵入花岗岩类地层;寒武系主要为变质砂岩、长石石英砂岩、板岩;志留系—奥陶系主要为千枚状页岩、板岩、变质石英砂岩;泥盆系，二叠系，侏罗系，白垩系，第三系的砾岩、砂砾岩、砂岩、粉砂岩、灰岩夹页岩等沉积岩地层，偶夹煤线。第四系地层分布范围广，厚度变化大，成因类型复杂，河流阶地，低山丘陵，山间谷地主要分布冲洪积、坡残积黏土，粉质黏土，砂卵砾石层，厚度2～30m不等。阶地、山间谷地、丘间谷地部分地段存在厚2～10m的松软土或软土(淤泥质黏性土)，局部厚度大于10m。

2.3 地质构造

线路所经区域在大地构造上属于赣中南褶隆、闽西南拗陷带两个二级地质构造单元，其中赣州至瑞金段属于赣中南褶隆，瑞金至龙岩段属于闽西南拗陷带。

2.4 水文地质

本线所经地区的地下水主要为第四系孔隙水、基岩裂隙水和岩溶水。第四系孔隙水主要分布于谷地、河流及其阶地和冲洪积平原的第四系冲洪积砂类土和碎石类土层中;高阶地砂砾石层含有少量上层滞水。基岩裂隙水分布不均，主要赋存于低山丘陵区岩石的构造裂隙、层间裂隙以及风化裂隙中，在断层破碎带、侵入岩接触带、褶皱核部裂隙密集带及揉皱强烈发育带等储水构造中水量较丰富;本线部分地段有碳酸盐岩分布，岩溶现象发育，白垩系、第三系含钙岩层亦有溶蚀现象，岩溶水十分发育。

2.5 地震动参数

根据1/400万《中国地震动参数区划图》(GB18306—2001)和地震安全评估报告，沿线地震动峰值加速度为0.05g，反应谱特征周期为0.35 s。

2.6 不良地质和特殊岩土处理措施

本线不良地质类型主要为危岩落石和崩塌、滑坡、岩溶、人为坑洞等。全线特殊岩土主要为分布于河流冲积一级阶地和谷地的软土、松软土及高阶地上中上更新统的粉质黏土。

3 路基风险等级划分

参考《铁路隧道风险评估与管理暂行规定》(铁建设［2007］200号)，根据事故发生的概率和后果等级，将路基风险等级分为四级，见表1。

结合赣龙铁路路基工程的特点，依据风险评估的内容，将上述风险等级划分原则细化为路堤填高、路堑挖深、不良地质、特殊岩土、并行既有线等定量及定性指标，沿线路基工点按照以下原则进行风险评估。

表1 风险等级标准

(1)极高风险

包括岩溶特别发育地表塌陷明显的路基、邻近既有线岩溶路基、路堑上方为公路的路基、采空区等不良地质地段路基。

(2)高度风险

紧邻既有线路基、既有线改造路基、其他建筑物对铁路有影响路基。

小型滑坡、小型危岩落石、小型浅表性采空区等不良地质工点。

路堑边坡:微弱膨胀土、红黏土高超过15m，一般土层全风化层高超过20m，软质岩边坡高超过25m，硬质岩边坡高超过35m地段。顺层路堑，节理裂隙发育路堑，地下水发育路堑。

路堤:陡坡路堤，软土路基。高路堤:填高大于12m。岩溶路基:覆盖层厚度35～25m，线岩溶率＞15%;覆盖层厚度25～15m，线岩溶率＞10%;覆盖层厚度＜15m，线岩溶率＞5%。

浸水路基等。

(3)低度风险

路堑边坡:一般土层、风化层和软质岩边坡高小于6m，岩层高边坡高度小于10m。路堤:对于非软土、松软土地段，填高小于6m的路堤;低填浅挖时，当地下水发育或地下水位高、基床地基土性质不良等除外。

(4)中度风险

除开上述情况外为中度。

特殊条件根据具体情况进行分析，当多种因素叠加时，按风险因素和影响程度划分，取高风险等级。

4 路基风险评估和典型工点风险评估

4.1 路基工程总体风险评估

路基工程按评估内容分为路堑、路堤、既有线或其他建筑物影响路基等几种情况。

按照上述风险评估的原则，根据地质条件、路基情况、设计措施，分析主要风险因素，评价该工点的初始风险等级，并提出相应的风险对策和工程措施，评估残留风险等级。

一般对线路中心挖方超过20m的地段原则以隧道形式通过，部分剩余边坡较高的危险路堑在施工图设计阶段经过风险排查，改为明洞形式通过。全线以路堑形式边坡高度超过30m以上15处，超过20m以上39处，其中最高路堑边坡41.5m，总体评判路堑高边坡风险程度为中度。

全线路堤地基条件较好，路堤工程存在风险主要在于工后沉降控制、路基本体填筑和路基稳定三方面，相应工点类型可分为高路堤、软土松软土及一般地基处理路堤、陡坡路堤。

既有线或其他建筑物影响路基。既有线改造或紧邻既有线施工有很高的施工风险，如施工控制不严格，极易造成施工安全与既有线运营安全等隐患，风险等级高或极高。施工图设计中，根据具体的风险因素分别采取了施工便道、临时封锁、减速慢行、防护排架、设置临时防护等措施，石质路堑设计控制爆破，确保既有线运营和施工的安全，同时还要求施工前施工单位应编制施工方案、安全措施等文件，报业主和路局批准后方可施工，有效降低了施工安全风险，保证既有线安全运营。

经对各路基工点进行逐一评估，大部分路基工点的初始风险等级评定为高度—中度，少部分路基工点的初始风险等级为低度。各路基工点采取相应工程设计处理措施后的残留风险等级为低度—中度。

赣龙扩能铁路风险路基概况见表2。

表2 赣龙铁路风险路基概况一览

4.2 典型工点风险评估

(1)DK105+250～DK106+350石门圩站

石门圩站地形地貌为丘陵及谷地，丘陵地势起伏，自然坡度25°～40°，岩溶发育，局部坡面出露灰岩溶槽，坡面发育危岩孤石。谷地平坦，多辟为水塘、马路、农田、房屋及车站、采石场。谷地表层局部为淤泥质粉质黏土，褐黄、褐红色，软—流塑，层厚0～6.0m;其下为粉质黏土，褐黄、褐红色，硬塑，层厚5～20.0m;下覆C3c灰岩，灰白色，弱风化。溶蚀较发育，局部可见溶槽。多个钻孔揭示岩溶呈串珠状，溶洞大小1～18.3m，埋深5.5～29m不等，多无充填，部分充填软塑粉质黏土，平均线岩溶率为60.5%。DK105+866～DK106+106段线路傍山而行，山坡表层为灰岩残坡积层，由灰岩风化块石夹粉质黏土组成，灰岩块石较大，粉质黏土约占25%～40%，岩石风化溶蚀现象严重，分布危岩落石，右侧边坡高达32m;同时该段山坡坡体及坡脚溶蚀发育较深，因修建既有线，局部地段表层多为人工弃土，含大量块石，层厚约为0～4.5m，部分既有路基亦为弃土填筑。

地基处理措施根据弃土、松软土厚度，分别采用换填、CFG桩等处理措施;岩溶地段采用钻孔注浆加固，加强沉降观测;部分地段路堑边坡高达32m，采用预应力锚索、三维生态护坡，并在危岩落石分布地段堑顶针对性地设被动拦石网等防护措施。基床换填时，应采用钢轨桩等措施对既有线进行临时防护。

石门圩站主要风险在于松软土、岩溶深路堑及危岩落石且离既有线近，在进行施工过程中，应根据既有线运营单位要求，采用“要点”、缓行等措施。

同时，其他部分施工中，应注意相关机具、人员对既有线的干扰，作好隔离和防护措施，相关施工影响既有行车安全时，施工方案报设备管理单位的审批。

既有线施工中应加强对既有线的变形监测和作好应急预案，发现有变形迹象时应立即停止施工，按照相关预案进行处理。

鉴于以上因素，石门圩站路基评估为高度风险路基，应按照要求作好风险控制，其残余的风险等级为中度—低度。

(2)DK139+127.72～DK139+200陡坡、顺层深路堑

本段地形地貌为低丘，地形起伏较大，相对高差30～80m，自然坡度15°～30°;表层为 Qel+dl粉质黏土，黄褐色，硬塑，局部夹砾石，层厚0～2.0m，下伏为∈1变质砂岩夹板岩，黄褐色，全风化—弱风化，节理裂隙较为发育，全风化厚4～19m，强风化厚度＞6m。岩层产状210°∠25°，岩层走向与线路夹角 23°，与横剖面夹角67°，视倾角23°14'。左侧顺层，为顺层路堑，部分层面常含有软弱夹层，开挖极易发生滑动，线路左侧邻近既有赣龙线。

该段路堑中心最大挖深约11.48m，顺层产状23°14'，属最易发生滑动的范围，设计措施采用顺岩层产状放坡开挖，开挖坡率1：1.75，开挖后左侧最高路堑边坡约27m;坡脚设挡墙护脚。为防止因产状变化出现浅层顺层滑动和风化剥落，挡墙顶上部一级边坡坡面采用预应力锚索+挂网基材植生防护，二级边坡坡面采用框架锚杆+基材植生护坡防护。右侧为陡坡路堤地段，为避免放长坡填土需设支挡，采用路堤桩基挡墙、路堤挡墙防护等措施。

开挖过程中该段路基极易发生顺层滑动，应严格按照设计的坡率进行分段刷方分段固脚，经评估，该段路基为高度风险路基，放坡开挖坡脚加固等设计措施后其残余的风险等级为中度—低度。