某库区铁路路基防护工程设计的安全评估

2010-04-14覃全胜

四川建筑 2010年3期

覃全胜

(茂湛铁路有限责任公司,广东湛江 524046)

1 库区铁路路基安全事故实例和防范措施

水电站运营后,若对库区铁路路基防护不当,将严重威胁行车安全,造成重大损失。近年来,已经出现多起库区铁路路基防护工程的安全问题。如:

闽江水口电站库区的外福线,铁路路基防护的设计施工依据两段预测塌岸,只考虑波浪冲刷作用,故河岸防护基础埋置浅,结构强度不足,不断出现防护设施变形与破坏,耗费巨资再行防护,造成至少增加 2384万元以上的投资[1]。湘黔线复线工程 K100+600～K 106+250段,左侧路堤傍临溪口水库,1995年开通当月,由于水库水位下降 10m,致使多处发生大型滑坡,路肩下沉达 3.0m,水平位移达 2.0m。右侧濒临大塘港水库的路堤K 42～K48段,2003年干旱少雨,水库水位在两个月内迅速下降约 3.85m,路基出现滑塌,在临库侧 2/3断面处下沉 3m左右,大塘港底长约 80m、宽约50m范围的淤泥上升 20～30cm[2]。宝鸡峡渠首工程加高22.6m,陇海铁路 K 1256+862～K 1265+130区段路堤被淹深度 5～19m。由于受库水淹没浸泡、水位升降、泄洪冲刷、渗透管涌等作用,造成黄土填筑的路堤沉落,边坡滑坍,路堤整体失稳等病害[3]。

可以看出,对库区铁路路基防护工程设计进行安全评估十分必要。现行铁路路基设计相关规范及有关设计手册分别给出了库区路基防护措施[4]、[5]。蒋凯,何良德等人认为路基或库岸防护设计应遵循滑坡与塌岸综合治理、库岸防治与开发利用相结合、分时期分段落分水位区防护等原则。在不同库岸地质结构及库岸再造类型中采用不同的防护结构,如砌石坡式防护、防护林带、格构锚固、挡土墙、抗滑桩、喷锚等。一般水库路基以防渗为主,排渗为辅,沿河路基采用排渗措施为主[6]、[7]。林文腾认为外福线铁路路基应该按冲刷设置防护,这样在蓄水前根据闽江沿岸基岩裸露或埋藏不深,设计将防护工程的基础埋入基岩,就会杜绝蓄水后坍岸威胁行车安全,耗费巨资整治的现象[1]。

2 库区铁路路基防护工程设计

某新建水电站,库区内存在既有铁路。水库设计蓄水位高程及溢洪道顶面高程均为 1433.60m,坝顶高程 1435m。坝址轴线对应铁路里程为K 97+910,轨顶面高程为 1436.10m,路肩高程为 1435.40m。

库区范围内主要分布地层有:人工填土、漂卵石土和块碎石土、震旦系中统灯影组(Zbdn)白云岩夹白云质灰岩

电站蓄水后,将使库区范围内的铁路路基长期处于浸泡状态,路基的岩土物理力学指标降低,需对库区铁路路基进行防护。

根据有关规范及库区蓄水后对铁路的影响,防护工程设计措施有:

(1)作边坡防护。受库区蓄水影响的 K 96+760～K 96+795、K 96+821～ K97+175、K 97+285～ +590及 K 97+610～+871四段共 955m长的铁路右侧边坡作防护。具体措施为边坡下部设护脚墙,边坡作浆砌片石护坡。

为保证边坡稳定及减轻路基受水浸泡影响,护坡边坡率设为 1∶1.75,墙后及边坡帮填部分用渗水土填筑。考虑到库区波浪浸袭高、雍水高及回水坡度的影响,防护高度K 96+760～K97+000段高出蓄水水位 2.5m、K97+000～K 97++500段高出蓄水水位 2.0m,K 97+500～大坝高出蓄水水位1.5m。

(2)不作边坡防护。K 96+760上游地段,因蓄水位小于1/100洪水位 2.8m以上,库区蓄水后并未增加对铁路路基的影响,不作防护。因 K 96+795～K96+821段工务段正在做防护施工、K 97+175～K 97+285及 K97+590～K97+610两段右侧平台较宽,库区至铁路有一定的安全距离,且边坡下部大块石较多,不作防护。K 97+871～K 97+910(大坝)段已做了钢筋混凝土挡墙及钢筋混凝土护坡,不再做防护措施。

(3)作涵洞出口铺砌。为防止库区内既有铁路涵洞出口对边坡的冲刷,对 K 96+888.9、K 97+010.8、 +091.9、 +224、+303.2、+410、+575.3、+749.5等八个涵洞出口作铺砌处理,原来有铺砌但铺砌长度不足的作接长处理。

(4)基坑采用浆砌片石回填和加深埋置深度。库区内主要以淤积为主,对铁路边坡的稳定有利。在库区完全泄洪时,在坝前约 100m范围内受水流冲刷影响较大。为保证护脚墙的稳定,基坑回填采用M 7.5浆砌片石回填,并在坝前100m范围内,护脚墙的基础埋置深度加深至 2.5～4.5m。

3 防护工程设计的安全评估

安全评估采用现场调查、计算分析、工程类比的方法进行。

计算考虑设计的挡土墙在浸水状态、非浸水状态、泄洪状态(挡土墙墙前墙后有水位差的状态)3个工况。对库区铁路路基各典型断面设计的计算结果表明,设计的挡土墙的滑动稳定性、倾覆稳定性、地基应力、墙底截面强度满足规范要求。

《铁路路基设计规范》(TB 10001-2005)第 3.0.3条规定,水库路基的路肩高程,应高出设计水位加波浪侵袭高加雍水高(包括水库回水及边岸雍水),再加 0.5m。当按规定洪水频率计算的设计水位低于水库正常高水位时,应采用水库正常高水位作为设计水位。《铁路特殊土路基设计规范》(TB 10035-2006)第 13.2.1条规定,边坡浸水防护高程,应大于设计水位加波浪侵袭高或斜水流冲高加雍水高(包括河道卡口或建筑物造成的雍水、河湾水面超高、桥前水面拱坡附加高)加河道淤积影响高度加不小于 0.5m的安全高度。《铁路特殊土路基设计规范》(TB 10035-2006)14.3.2条规定,路基浸水部分应采用渗水土填筑。《铁路特殊土路基设计规范》(TB 10035-2006)第 14.3.3条还规定,路基边坡的防护应符合下列要求。

(1)路基边坡浸水防护顶面高程因为线路设计水位(当线路设计水位低于水库正常高水位时,采用水库正常高水位为设计水位)加波浪侵袭高加安全高度 0.5 m,底面高程应为水库设计低水位减波浪影响深度(可采用 2～2.5倍低水位时的波浪高)。当蓄水初期由于浸水或水流的作用影响边坡稳定时,防护底面至路基坡脚之间的坡面应进行适当防护。淤积较快的地段,可采用临时防护措施。

(2)防护顶面高程下一边坡坡率可比非浸水路基的边坡坡率放缓一级。当浸水较深或条件复杂时,应经稳定性检算确定。

从计算分析结果及施工设计图中可以看出,路基防护工程措施安全有效,符合规范要求。但是对于靠近大坝附近的K 97+610～K 97+871段,设计采用的防护高度为高出蓄水水位 1.5m,建议防护高度高出蓄水水位 2.0m。防护工程实施后将有效地防止铁路侧库区坍岸、边坡坍溜及滑坡病害的发生,保障铁路运营的安全。电站运行 2年以来,库区铁路运营正常,无病害发生。