山区悬崖地段便道施工技术

山区悬崖地段便道施工技术

摘要：随着我国铁路事业大力发展，便道施工作为铁路桥梁建设施工准备阶段的重要步骤，直接影响到施工过程安全进度，尤其山区悬崖便道的施工因其技术难度及安全风险的制约，显得的尤为重要。现以黔张常铁路站前I标阿蓬江特大桥19#墩便道施工为依托进行便道施工安全及技术分析总结。

关键词：悬崖便道 挡墙防护 静态爆破 sns防护网

1.工程概况

1.1 工程简介

黔张常铁路阿蓬江特大桥跨径组合为13-32m预应力混凝土简支T梁+（135+240+135）m埃塔斜拉桥+（78+2×135+68）m刚构连续梁。其中19#墩为刚构连续梁主墩，基础为深38m挖井基础，且主墩位置位于悬崖山坡中段，上下皆无直接通道能抵达主墩位置。

1.2地质情况

本工程地处喀斯特地貌区域，局部溶洞发育明显，19#墩桥址处主要地质结构为灰岩层，颜色浅灰-青灰色为主，局部为紫红色，主要成分为方解石，隐晶质结构，中厚层状构造，节理裂隙较发育，熔蚀现象明显。

1.3 19#墩地理位置情况

19#墩为连续刚构主墩，大里程方向接本桥20#桥台及大坪隧道口，主墩基础位于悬崖山坡地段，桥墩基础顶面标高+569.45，山顶标高约+590.00，山脚标高约+495.00，山坡坡度约75°至80°局部呈垂直崖壁状态。山脚处有大量居民户集中居住，山顶有既有施工便道通向隧道口，便道结构为挖方路基与填方路基相结合。考虑山顶位置狭窄，不具备放坡新建开挖便道的条件，优选方案确定从既有便道开岔路根据5%坡度放坡新建便道通向19#墩主墩基础位置，便道示意图如下：

图1.3.1 新建便道平面示意图

2.便道施工安全及技术分析

从本桥19#墩便道优选方案平面布置图可发现，便道施工施工面临以下几个问题：

1）、确保便道使用功能前提下，便道岔口位置基本定死，不可改变。

2）、便道开挖范围穿过原先既有便道填方段，存在上方填筑物滑塌滚落风险。

3）、便道施工需延山坡横向跨越，临空面大，高处开挖作业滚石坠落风险巨大，会对下方居民造成人身财产损失。

4）、现场实估工作量较大，预估开挖方量接近2万方，工期长施工成本较大。

3.便道设计及施工

3.1既有便道填方路段防护技术

由于本工程新建便道需跨越原先既有便道填方区域，为保证填方段路基稳定及上部车辆运行安全，考虑在原先填方区域现行设置足够抵抗填方料滑移的重力式挡墙后方可继续向下开挖。前期边坡处于自稳定状态，填料取用级配块石，内摩擦角较大，根据经验确定重力式挡墙结构尺寸，利用计算软件验算地基承载力及抗滑、抗倾覆稳定性。具体计算参数及计算结果如下：

计算条件：拟定墙面高度H=2m；墙顶及基底宽度：a=0.5m，B=1.5m；墙体与岩土摩擦系数：μ=0.5；内摩擦角：ψ=45°；墙后填土坡度：45°；承载力特征值：1000kpa；墙体材料采用MU40片石，M10水泥砂浆，砌体重度23KN/m³，填土碎石重度18KN/m³。

通过计算，得出全墙土压力如图3.1.1；得出最终验算结果如表3.1.1

图3.1.1全墙土压力示意图

表3.1.1挡墙设计验算结果

实际施工过程中为增大挡墙抵抗滑移能力，适当加大基础埋深深度及基础尺寸宽度，基础开挖时设置不大于1：5逆坡，根据现场实际情况每隔20m设伸缩缝，根据山体裂隙发育，适当设置排水孔。

3.2便道主体开挖技术

根据既有便道走向及新建便道坡度使用要求限制，便道主体开挖最大深度达到近20m，长度约200m，使用宽度取6m（开挖宽度8m），综上开挖方量约占1万6千方左右，施工难度大，工作量大，施工安全风险高，且施工周期较长。

3.2.1开挖方式选择

便道处于山坡中段，地理位置极为不利，山坡坡度陡峭，给正常机械进场带来较大难度，且山体表面风蚀较为严重，有零星破碎孤岩，同时考虑下方存在较为集中居民居住区，炸药爆破开挖方式首先不可取；又由于场地及工期限制，机械开挖方式也不可取；最终根据实际地质情况，考虑采用静态爆破方式进行岩石破碎开挖。

3.2.2静态爆破设计

静态破碎剂是通过与水反应，形成体积增大的固相结晶，通过结晶生长力对岩石孔壁施加压缩应力，随着膨胀压不断增长，岩石裂缝不断扩大，直到破碎。常规施工方法是将静态破碎剂用水拌成浆体，填充在岩石钻孔中，在常温下可产生30Mpa以上的膨胀压，经6 h～24 h将混凝土构筑物或岩石破碎。

主要施工流程如下：钻孔破碎设计→在岩石上钻孔→将静态破碎剂与水搅拌成浆→往孔中灌浆→岩石开裂→清理破碎碎屑。

岩石的破碎设计首先要了解山体的地质构造、岩质、节理发育状况（倾斜角度），岩石的抗压强度和抗拉强度，然后确定破碎时的最小抵抗线形W、孔距a和排距b、孔径D、孔深L、钻孔方向和钻孔布置。根据地质情况及施工取得的经验，各种参数得出如下：

钻孔方向尽量垂直岩石节理，在本工程中由于存在外侧临空面，钻孔方向一般垂直钻孔，效果较为理想。岩石钻孔灌入无声破碎剂浆体后，裂纹一般是按邻接近的孔首先联成线。在一般情况下，孔距与孔径之比为10倍左右。

3.2.3静态爆破施工

1）、钻孔：根据钻孔破碎设计利用空压机在岩石上进行打孔。

2）、破碎剂型号选择：根据当时施工季节，选择适用夏季使用的Ⅰ型破碎剂，其使用温度在20℃至35℃。

3）、使用量估算：根据破碎剂比重及水灰比确定其比重为1540kg/m³，破碎剂使用剂量计算公式：Q=πR2LK

公式中：Q--每钻孔破碎剂理论用量，kg；

R--钻孔半径，m；取值0.0175；

L--钻孔深度，m，取值0.8H=0.8

K--每立方米破碎剂用量，kg/m³，取值1540；

Q=3.14×0.0175²×0.8×1540=1.18kg

4）、拌浆：根据水灰比将破碎剂与水混合拌制，浆体以能流畅入孔为准，拌制时间一般为60s至90s，拌制号浆体需在10min中用完。

5）、灌浆：本工程中主要为垂直孔，可直接倾倒，空口留2cm空隙，用废布封堵。多排孔，中间孔受四周限制，开裂困难，由此需制作人工临空面，在灌浆时留足时间差，一般控制1h至3h。当日温度高于35℃，尽量选择早晚灌浆。

3.3山脚居民区防护技术

由于本工程便道施工过程中存在较大的岩石滚落风险，虽然在便道主体施工中已经选择相对安全的静态爆破方式，避免飞石现象，但山体坡度还是太过于陡峭，在清理碎石过程中依旧存在落石风险从而影响山脚处居民人身财产安全，从而需设置安全可靠的防滚石防护措施。

3.3.1防护方案可行性分析

山体开挖过程中，由于采取施工震动较小的静态爆破方案，又由于本工程所处山体除表面有零星风化孤岩，其他岩体完整性较好，且山体有茂密植被，基本不存在山体整体滑移崩塌的风险，在防护措施上可只采取被动防护网体系，放弃主动防护网体系，从而允许落石在系统与坡面构成的相对封闭空间内有一定限制地顺坡滚落，使落石在控制条件下顺坡安全向下滚落直至坡脚而不危及被防护区域。

考虑施工过程中主要落石源为静态爆破后机械清除部分碎石，因此落石尺寸基本可控，根据静态爆破设计孔位，估算最大落岩尺寸约为40cm×30cm×100cm块石，防护网抗冲击能力验算如下：

根据动能验算：按最不利情况考虑落石自由落体，不考虑滚落过程中山坡及植被对动能抵消和落地后地面能量吸收计算落石下落动能为：W=m×g×H，将质量m=228kg，H=80m，g=9.8m/s²代入公式，得出动能W=178.7KJ，可选用SNS被动防护网RX-025型，网型：DO/08/250；结构配置：钢柱支撑绳拉锚系统缝合绳消能环；主要防护功能：拦截撞击能250KJ以内的落石。由于目前我国被动防护网验算基于高度理论化，在此不再详细验算钢柱、钢丝网、地锚等构件具体参数。

3.3.2被动防护网施工

1）、被动柔性防护网由金属柔性材料（钢丝网）、固定系统（锚杆、支撑绳等）、减压环和钢柱组成，利用组件拉压平衡形成张拉系统，拦截前方冲击物。

2）、钢丝网作为主要且第一道受力构件，，受冲击后逐步传递至支撑绳，减压环，钢柱，最终传递给锚杆，由此钢柱锚固系统及拉毛绳锚固系统施工质量有位重要，本工程中采取地脚螺栓加混凝土基础双重保险。

3）、为保险期间，增加冗余安全防护措施，在防护网后方面向滚石滚落方向，开挖两条宽2m，深1m通长壕沟，进一步抵消落石滚落动能。

4.结束语

阿蓬江特大桥19#墩便道的建成，致使施工中所需原材料、混凝土、大型机械设备等施工所需用品可直接运输至施工工点，减少了吊装及转运情况，极大的提高了19#主墩刚构连续梁施工过程的安全性，为施工人员提供了一个安全的作业环境，同时较大程度节省了原材料及施工用具的运输、转运费用，且缩短了施工工期，节约了施工成本。

参考文献：

[1]吴新栋.浅谈山区铁路浅埋偏压隧道洞口段施工技术[J].中小企业管理与科技（上旬刊），2018（05）：150-152.

[2]黄之翀.山区铁路工程路基抗滑桩施工技术[J].云南水力发电，2017，33（06）：8-10.