既有铁路高边坡挖方施工防护技术

雷通文，郭兴文

(中国中铁二院工程集团有限公司，四川成都 610031)

1 工程概述

1.1 主要工程地质特征[1]

工程场地属丘陵地貌，地形陡峻，地势左高右低，多为密林。地面高程510～555 m，相对高差45 m，自然横坡约40°，陡崖处基岩出露。坡顶地表覆盖0～2 m粉质黏土，其下为砂岩夹泥岩，全风化带厚0～2 m不等，强风化带少见，余为弱风化带。

工程区未发现对工程影响较大的地质构造。岩层产状为 N70°～80°E/15°～25°SE，节理产状为N35°W/90°，N76°E/80°NW，N35°W/75°SW 等，节理多呈垂直或近于垂直。地震动峰值加速度为0.15g，地震动反应谱特征周期为0.40 s。

地表水主要为坡面季节性少量沟水，直接受降雨控制。地下水为基岩裂隙水，含量甚微，地下水位埋藏较深。

1.2 工程概况

既有宝成线在该段沿山脚行进，左挖右填，线路走向 N70°E，新建铁路走向 N55°E，两者以小角度(16°)相交，岩层走向基本与既有铁路走向平行。线路小里程端为南河双线特大桥，采用门式墩上跨南河、龙凤至彰明县道和既有宝成铁路，在DK11+170.556处结束后即为路基挖方。

DK11+170.556—DK11+247段为半填半挖，DK11+247—DK11+580段为全开挖地段。线路中心最大挖深26.0 m，边坡最大高度约40 m。路堑分1～5级台阶开挖，每6～8 m分一级台阶，总开挖高度6～40 m，开挖宽度8～50 m。左侧坡脚设桩加固，采用锚杆框架梁内喷混植生护坡。线路右侧约13 m、下方约10 m为既有宝成铁路，既有宝成铁路右侧为龙凤至彰明县道，再右为南河。平面位置关系见图1。现场实景如图2。

1.3 工程特点

1)该段陡峭山坡出露，走向近平行于既有宝成线，岩性为强～弱风化中厚层状砂岩、泥岩。岩层产状平缓，垂直节理发育。且由于砂岩、泥岩差异风化，使伏于中厚～巨厚层砂岩之下的泥岩逐渐被风化剥蚀，造成上部砂岩倒悬，从而形成危石。受5.12地震影响，部分孤石已经松动，外界轻微扰动随时可能滚落。

2)开挖区紧临既有线，山顶危岩落石较多。如何保证爆破飞石、山顶危岩、落石不侵入既有铁路，确保既有线行车安全，是该段路堑工程施工的难点。

3)土质地段采用机械开挖，石质地段需采用爆破结合机械方式开挖，为防止新线施工时对既有运营铁路造成影响，需采用必要的防护措施。

2 开挖方案[2-3]

根据周围地势及地质情况，为了保证安全及进度，本段路堑采用由上至下分层开挖。每层厚度控制在3～10 m，其中小台阶法厚度为3 m，大台阶法厚度为6～8 m。分层位置根据路基断面设计的平台确定。第一层开挖完成并施作坡面防护工程后，再进行第二层开挖。具体每层的开挖方案如下:

1)全段表层W4全风化层土方采用机械开挖，个别孤石采用控制爆破解体后机械开挖。

图1 平面位置关系示意

图2 施工现场实景

2)DK11+170.556—DK11+247段长76.444 m，采用“预留隔墙浅眼小台阶微差龟裂成缝控制爆破法”开挖，每次控制爆破台阶高度2～3 m。

3)DK11+247—DK11+580段长333 m，采用右侧预留6 m宽隔墙的“预留隔墙深孔微差松动控制爆破法”，钻孔直径为76～100 mm，台阶高度为5～10 m。由于隔墙为W4和少量的W3强风化层，主体石方开挖完后，隔墙采用机械挖除。

3 防护方案

此段山体植被茂盛，靠近既有宝成线一侧山坡高陡，山坡和山顶存有少量孤石，又紧邻运营铁路及公路，存在一定安全隐患。为了防止山坡侧向危石和爆破滚石侵入既有铁路和公路影响行车安全，在采取控制爆破的同时还需采取一定的防护措施，以确保行车安全。

3.1 爆破滚石和危岩落石防护[4]

1)在路堑既有铁路侧开挖线2～3 m外堑顶设置高5～6 m钢管防护排架，在防护排架内侧挖一条贯通的防护沟，以消耗落石的坠落动能。

2)开挖时在路堑既有线侧预留岩体隔墙进行防护。即在路堑开挖时，中部主体岩体先开挖，留既有线山坡侧6 m宽岩体先不开挖。小台阶法宽6 m，高度1.5～2.0 m;大台阶深孔爆破法宽度6 m，高度3～4 m，作为下一层开挖的防飞石及滚石的挡墙。

3)小台阶爆破开挖或处理孤石时在爆破体上进行覆盖防护。

4)距既有铁路＜50 m时如需爆破开挖，必须利用铁路天窗“要点”封锁线路爆破，同时对附近公路进行临时封闭。

3.2 爆破地震波防护[5]

为了防止爆破地震波对既有线路造成破坏，或爆破地震波对山顶孤石造成扰动而失稳，在爆破时必须采用防震措施。根据试验及有关资料，铁路设备的抗震能力大，较稳定孤石的抗震能力一般均＞3 cm/s，对抗震能力＜3 cm/s的极不稳定孤石可采用人工清除的办法首先清除。

根据安全距离震动公式Q=R3V3/K3/α(式中:Q为最大一次或一段起爆药量，kg;R为建筑物距爆区距离，m;V为建筑物最大安全抗震动速度，cm/s;K，α为不同岩石的爆破性系数，这里石灰岩取K=200，α=1.5)进行估算，严格控制最大一次(段)起爆药量。必要时采用孔间微差或孔内微差的办法控制爆破地震波，将受保护对象所在区域的爆破地震波控制在允许震动范围内。

4 孤石和隔墙处理方案

4.1 临近既有线一侧

临近既有线孤石优先采用风镐人工凿除，其次采用破碎机凿除，施工过程中严禁爆破施工。

在对临近既有线孤石凿除之前，首先对孤石进行系统调查，编号并标注大小，破碎的最大直径不得大于防护沟及防护排架承受范围。对现场可能出现的情况进行逐一分析，制定相应的处理方案。孤石基础与软弱层接触面采用浆砌片石或混凝土结构支挡，确保其凿除过程中安全稳定。临空面不确定的孤石采用布鲁克主动防护网结合土工格栅固定，并用锚杆(锚桩)固定后再进行人工凿除。

采用破碎机凿除孤石，首先对远离既有线一侧进行降坡，为破碎机工作提供施工作业平台，凿除过程中应时刻注意施工作业平台的设置，不得将破碎机悬空。凿除的渣土应及时清运出施工作业范围，以防渣土过多对防护排架造成损害。清运时停止一切高处作业，防止高处坠物对低处作业人员造成伤害。

4.2 远离既有线一侧[6]

远离既有线一侧坚硬的孤石可采用小爆破方法处理，爆破时严禁采用裸露药包进行糊炮，必须钻眼爆破，并保证炮眼均匀地分布于孤石中。

远离既有线一侧山体由上至下逐层开挖，每层2～3 m。爆破时，为了保证边坡稳定，边坡采用预裂爆破技术，先沿边坡线爆破开一条防震缝，然后再爆破主爆体。第一层主爆体爆破时，靠既有线一侧留2～3 m宽的岩体不爆，作为中部主爆体爆破的“隔墙”。待下一层主爆孔爆破时，再在“隔墙”中部布一排竖直密眼爆除其高度的一部分，使隔墙始终保持比主爆体高1.5～2.0 m左右(强风化地段不需爆破，可用机械直接挖除)，确保施工作业安全。

4.3 防护措施

为防止飞石和滚石对既有宝成线和公路造成破坏，临近既有线开挖边线外侧2～3 m处设置钢管排架防护，在防护排架内侧挖一条贯通的防护沟，以消耗凿除的孤石坠落动能。主要参数如下:

1)钢管采用直径10 cm的普通钢管(壁厚4 mm);钢管桩间距150 cm，钢管埋入地面以下不少于100 cm，排架露出地面高300 cm，坑内浇筑C20混凝土，振捣密实，钢管中也灌入C20混凝土，振捣密实。

2)钢管排架受力方向用同等直径普通钢管做斜支撑，保证斜支撑支点坚实稳固，受力良好。钢管桩之间用8#铁丝绑扎普通毛竹跳板，绑扎牢固，竹跳板安装高3 m。受力钢管用脚手架管做横向连接，每排间距1 m，共3排，使钢管排架有效形成受力整体。无斜支撑位置处，用直径16 mm的钢丝绳、地锚牵引固定。对于孤石较多地段采用P50钢轨防护桩做防护排架，同样做好竖向锚固和横向连接，做好防护。

在远离既有线一侧爆破时尚需注意以下防护措施:①加强堵塞，保证堵塞长度和质量，深孔爆破孔口用沙包防护;②浅眼或孤石爆破采用废旧轮胎编织的“炮被”或沙袋覆盖在爆破体上。

5 结论

在该类临近既有线高边坡挖方的施工中，首先要根据现场地形地质条件、施工环境制定详尽的施工组织方案，查清危险源，有针对性地形成防护措施。对于已松动危岩开挖前可进行临时加固处理，以免在施工中由于爆破或机械振动而堕落。利用主动防护网、缓冲沟槽以及钢管排架等有效防护措施，多方位、多关卡对意外的落石进行主动和被动防护。对施工过程中关键工序认真组织，随时监测。进场前进行技术培训及交底，必要时在安全区域演练，做到万无一失。

本次临近既有线高边坡挖方作业，经过尽心组织，未出现任何安全事故，可为以后此类施工作业提供参考。

[1]黄润秋，王运生.2009年8·6四川汉源猴子岩崩滑的现场应急调查及危岩处理[J].工程地质学报，2009，17(4):445-448.

[2]莫永春.浙赣铁路横峰站疏解线工程邻近营业线深路堑控制爆破施工方案[J].工程技术，2012(7):238-241.

[3]朱玉国.营业线基坑开挖支护设计与施工[J].山西建筑，2008(31):118-119.

[4]王毅，刘同芳.营业线施工安全存在的问题及对策[J].运输安全，2004(6):49-50.

[5]徐志宏.路堑山体边坡控制爆破技术[J].铁道建筑，2012(7):91-92.

[6]朱莹.某铁路营业线车站扩堑控制爆破施工技术[J].轨道交通，2011(24):154-156.