既有线路基边坡危岩落石的运动轨迹模拟及防护方案

既有线路基边坡危岩落石的运动轨迹模拟及防护方案

丁泽镇

延边公路勘测设计有限责任公司吉林延吉133002

摘要：经济的发展，城镇化进程的加快，促进公路建设项目的增多。对公路的保护工作也应该受到重视，公路路基边坡防护工作强度很大，受外部环境和施工人员的影响较大，在施工过程中会遇到各种各样的问题，根据具体的地质环境和地形做具体的分析，可能会出现路堤、或者半填半缺的现象。在施工过程中必然会损坏原来的土地结构，破坏原来的平衡，随着时间的流逝，必然会出现徒弟的流失，所以对地基边坡的保护措施就显得尤为重要。危岩落石是山区常见的一种不良地质现象，严重威胁着山区公路建设及行车安全。本文就既有线路基边坡危岩落石的运动轨迹模拟及防护方案展开探讨。

关键词：路基工程；危岩落石；柔性防护网

引言

路基边坡危岩落石病害治理通常有以下二种方案可供选择：①采取刚性材料的坡面防护、支挡技术，如坡面喷锚和挡土墙等；②采取柔性防护技术，如斜坡稳定系统、落石拦阻系统和落石引导系统。由于早期建设公路等级低，路基边坡大多未做防护措施。边坡岩体风化严重以及维护便道无法满足大型施工机械、运输车辆通行。位于山区且受施工场地地形限制，采取刚性材料的坡面防护、支挡技术，可靠性无法保证，且施工周期长，费用相对较高，对既有线的安全运营存在隐患。因此，路基边坡危岩落石病害治理常采用柔性防护技术。

1公路路基边坡保护的必要性

为了更好的保护公路的质量，对公路进行定期的维护也是必须的，其中加强路基边坡是保证公路稳定和高强度的关键因素。路基的防护要因地制宜，在施工过程中要认真与设计图纸核对，严格按照图纸施工，保证施工的质量，以便以后维护时更加方便，除了路基边坡的防护，还要防护的部分是路肩表面、近旁河流，这些地方与路基是有密切联系的，路基的防护主要是一些特殊的土质进行，例如湿软地基，雨水较多的地区，造成土壤的严重流失，造成公路路基的损坏。增加公路路基边坡的保护可以保证公路的质量，确保出行人员的安全，减小危害，为人们的出行营造一个安全、文明的环境。

2工程概况

危岩落石病害位于某公路Ｋ45＋500～Ｋ45＋650段左侧路基边坡，本段线路长度150ｍ，边坡下部约15ｍ高度范围内边坡角度84°，左右近于直立，岩层产状25°∠18°，基岩裸露无植被覆盖，危岩体节理裂隙发育较少，坡面岩体整体较完整，局部破碎。边坡中上部属于中缓边坡，植被茂盛，岩体强风化，表部可见碎石块，岩块直径最大约2m，边坡坡面未见水渗出。边坡与公路间水平距离只有4m-5m，线路上方危石一旦滚落，将会给既有线安全行车带来极大的威胁。

3防护系统比较

伴随着人们对环境保护程度的重新认识，过去那种毫无生命的灰色景观正在逐步退出历史舞台，取而代之的是大量新型防护产品出现在传统的边坡防护领域。人们要求经过改造后的人工边坡即要稳定，又要美观。与传统的典型圬工结构相比，柔性防护网系统SNS（SafetyNettingSystem）不仅能起到以圬工为代表的传统边坡防护的效果，更能满足对坡面地质灾害防治的新技术的基本要求。同时SNS系统具有圬工结构无法比拟的优点。（1）柔性防护网系统SNS的安装施工对既有线的运营影响小，避免了传统圬工防护工程施工时，因基础、坡面开挖等造成的山坡稳定性破坏和影响既有线安全行车等问题。（2）柔性防护网系统SNS各部件的安装采用积木式的安装方法，具有安装简单、施工期短、劳力投入少、施工场地要求低等特点。尤其在山区等复杂地形条件下，很好地解决了传统防护措施施工困难、进度缓慢等突出问题。（3）柔性防护网系统SNS采用的高强度金属材料，具有易铺展性和抗冲击性的特点，可以非常好地适应各类边坡坡面的防护。通过定型化设计，实现了系统产品的标准化和最优化，便于工程质量的控制。（4）柔性防护网系统SNS将工程治理与环境保护融为一体，保护了原有植被的生长条件，并提供了人工绿化的条件。与传统圬工边坡防护后，毫无生命的灰色景观形成了鲜明对比。（5）柔性防护网系统SNS利用技术成熟的金属涂层防腐技术，确保系统较长的寿命，一般可达40～60年。必要时只需更换少量部件即能延长使用寿命。

4边坡稳定性分析

（1）断面地形条件。通过三维扫描软件对该段路基边坡的进行扫描，获得边坡的三维扫描影像，选取本段路基有代表性的路基边坡横断面成图。从成图的路基横断面中，选取其中一个最具代表性断面的坐标，对断面的地形条件采用坐标的方式。

（2）落石计算输入条件。根据现场原有落石的大小，结合边坡三维扫描结果，具体的落石计算输入条件如下：落石初始条件：在斜面顶部的下落：水平初速度为0ｍ／ｓ，竖向初速度为0ｍ／ｓ。计算落石粒径：0．455ｍ大小的落石。落石的密度：2550Ｋｇ／ｍ3。落石重量：1006．2Ｋｇ。跌落统计次数：200次。（根据此次数进行概率统计）（3）落石计算统计位置。计算完成后，取1个位置对落石运动结果进行统计2。

（4）落石计算结果。计算后可得到防护网设计需要的落石弹跳高度、落石运动速度、落石冲击能量等参数。计算结果表明，该断面中，最大弹跳高度为2．927ｍ，最大落石速度14．16ｍ／ｓ，最大运动能量102．928ｋＪ。

5卫星定位监测方式

（1）监测方案。利用北斗+GPS卫星导航定位系统提供的位置、速度、时间等信息来完成对高陡边坡及危岩落石体的三维位置变化信息监测。卫星定位模块作为主要监测传感器，公路沿线辅以视频监控。为提升系统定位信息的准确性，可采用差分方式，通过技术处理系统监测的精度可达厘米级。传感器布设于高陡边坡危岩落石监测点所处的危险坡体、危岩落石体、高路堤、深路堑、灾害发生可能冲击的公路沿线防护栏立柱。当高陡边坡发生变形时，系统可通过定位模块测量的三维数据分析出监测点的水平和高程位移；当灾害发生冲击公路沿线防护栏上道时，可通过防护栏上安装的传感器变形情况判断灾害的影响程度，并通过设置于公路沿线的专用视频监控系统对现场信息加以确认。（2）系统组成。系统由卫星定位传感器、差分定位系统设备、数据采集传输设备、电源设备、防雷设备等组成。（3）方案特点。各监测点平面和高程观测数据同步，实时掌握监测点三维位置信息和变形动态。通过对比边坡监测及公路限界监测点的形变量及先后顺序可实现准确的灾害报警和预警，但该方案卫星通道铺设成本较高。

结语

结合既有线危岩落石整治情况，运用三维扫描软件对危岩落石段路基边坡的进行扫描，获得边坡的三维扫描影像，从中选取本段路基有代表性的路基横断面，通过落石系统软件模拟坡面落石情况，包括落石的弹跳高度、运动速度和冲击能量进行模拟分析，以此模拟数据作为边坡防护方案的参考。

参考文献：

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[2]谭凤灵．崩塌落石病害的防治［J］．路基工程，2015（3）：63-66．

[3]旷镇国．云南省中区危岩崩塌特征、形成机制及防护研究［J］．中国地质灾害与防治学报，2015，6（3）：51-56