阿尔及利亚175铁路项目深路堑边坡研究.pdf

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阿尔及利亚175铁路项目深路堑边坡研究1 阿尔及利亚175铁路项目深路堑边坡研究2 阿尔及利亚175铁路项目深路堑边坡研究3 阿尔及利亚175铁路项目深路堑边坡研究4 阿尔及利亚175铁路项目深路堑边坡研究5
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・线路/路基・阿尔及利亚175铁路项目深路堑边坡研究胡海蓝(中国土木工程集团有限公司北京100038)摘要深路堑边坡的核心设计要素是边坡稳定,深路堑边坡的设计方案和防护措施直接决定了深路堑边坡的稳定性。边坡稳定分析中,通过安全系数来衡量边坡的稳定性,并采取相应的边坡防护措施,因此边坡的安全系数取值大小对边坡安全、工程效益有直接的影响。结合阿尔及利亚175铁路项目深路堑边坡,模拟边坡的圆弧滑动破坏并确定破坏滑移面,计算安全系数最小值,与安全系数标准值相比较,进行短期稳定、长期稳定和地震作用下的稳定分析,以保证边坡稳定性和选择合适的支档方案。关键词深路堑边坡稳定性安全系数中图分类号U213.13文献标识码A———文章编号10094539(2016)01001304DeepCuttingSlopeofAlgeria175RailwayProjectHuHailan(ChinaCivilEngineeringConstructionCorporation,Beijing100038,China)AbstractThemostimportantelementofdesignforthedeepcuttingslopeisthestability,whichisdirectlydeterminedbythedesignschemeandtheprotectivemeasuresofdeepcutting.Thefactorofsafetyisadoptedtoevaluatethestabilityofsideslopeandtochoosethemeasuresofprotection,SOthevalueofsafetyfactorhasthedirectinfluenceonthesecurityofthesideslopeandtheprojectefficiency.Inordertoensurethestabilityofsideslopeandtochoosetheappropriateretainingalternative,theminimumsafetyfactorandthenormalsafetyfactoriscomparedwiththeanalysisofthestabilityin—short—term,longtermandunder-earthquakeconditionthroughsimulatingthedamageofcircularslideanddeterminingitsdam-agedsurfacebasedondeepcuttingslopeofAlgeria175RailwayProject.Keywordsdeepcutting;sideslope;stability;factorofsafety1工程概况1.1项目概况阿尔及利亚规划构建2条国家战略铁路(东西铁路干线和高原铁路干线),以实现国家铁路网的—改造。其中布拉里季堡市(BBA)至特尼亚市(Thenia)铁路为东西铁路干线的重要组成部分,拟通过国家铁路网的现代化改造以提高运能和运输质量、缩短运营时间。该线拟建时速160km/h,为双线电收稿日期:2015一ll一1l基金项目:中国铁建股份有限公司科技研究开发计划项目(11.09C)铁道建筠技术RA『Ll,队yCONS丁开L『C丁『0~丁£.cf_f ̄0£.OGy…气化客货共线铁路。该项目招标线路长度为175km,简称175项“”目,采用设计+施工总承包模式。经国际工程招投标,中国土木工程集团有限公司与土耳其OZGUN公司组成的联合体中标并实施项目。1.2区域地质概况阿尔及利亚位于非洲板块和亚欧板块交界的活跃区域,构造作用十分强烈。该板块以每年6mm的速度靠近,造成大量应力累积,部分断层运动,形成褶皱和断裂,并发生地震,地震动峰值加速度大于0.3ⅧⅨg,属于一度地震区心J。175项目所经地区在地质构造上属阿尔卑斯一2DT6f0,J】3万方数据・线路/路基・喜马拉雅造山带中的阿尔卑斯一阿特拉斯褶皱带,系近东西向褶皱和逆断层发育,存在较多小褶皱,形成一系列背向斜构造。该褶皱带构造挤压强烈,岩体破碎,岩层产状多变。该区以软质岩为主,在构造及重力作用下极易变形。1.3沿线地质条件项目沿线中段和东段地层岩性以泥灰岩、页岩、泥岩和砂岩为主。上覆土层一般为含砾石的松散粉质黏土,厚度一般0.5~3m,局部较厚。项目沿线西段以泥灰岩、泥岩、泥灰岩及砾岩为主,上部为第四系松散堆积层,主要为低液限黏土,局部为卵石,厚度较大。地层中一般无稳定的地下水,雨季有暂时性的汇流及地表残坡积层的渗水现象。沿线分布的地层主要是老第3系(E)的泥灰岩类砂岩和白垩系(K)的叶片状泥灰岩(页岩)旧o,该岩体岩性软弱,极易风化,构造破碎,遇水易软化,给路基边坡设计带来了极大难度。项目现阶段线路设计长度158.58km,全线路基总长114.94km,占比70.1%。其中路堑总长53.94km,占比46.9%。因此,路堑边坡设计是路基边坡设计的重要组成部分,深路堑边坡设计则是路堑边坡设计的重中之重。2深路堑边坡2.1路堑边坡分类路堑按线路方案通过地层一般分为土质路堑…和岩质路堑。根据地层性质分类见表1。表1根据地层性质分类的路堑地层性质岩土种类土质路堑黏土、砂黏土、粘砂土和粗、中、细、粉等砂类土碎石类土路堑碎石(卵石)土、砾石土和块石土岩质路堑各种岩质和半岩质岩层特殊土路堑黄土、膨胀土、软土、多年冻土等2.2深路堑边坡工点阿尔及利亚铁路运输局(SNTF)第七卷《土方∞工程》规定]17,边坡垂直挖方高度超过15m的路堑为深路堑。175项目采用工程地质法和力学简算法相结合的方式进行路堑边坡设计,沿线各段深路堑设计情况见表2。14铁道建筑技术表2深路堑数据汇总深路堑深路堑最大边坡最里程范围数量长度/m挖深/m大高度/m—PKl8+500PK35+0001536572636PK35+Ooo~PK56+0001424233132—PK56+oooPKl07+00010185l2640PKl07+000一PKll4-4-000612902028PKll4+000~PKl30+000723103l32PKl30+000~PKl4l+ooo826541928PKl4l+000一PKl55+00053832l36PKl55+000~PKl58+5752133715根据表2,全线深路堑工点共67处,总长14.7km,大部分位于泥灰岩地段,边坡最高达40m。因此边坡稳定性分析是深路堑边坡设计的核心工作,是确定边坡是否处于稳定状态,是否需要进行加固和处理,防止其发生破坏的重要‘依据0o。2.3土质路堑边坡土质路堑边坡分为砂性土路堑边坡和黏性土路堑边坡。砂性土路堑边坡采用直线破裂面法进行稳定性分析。黏性土路堑边坡土质均匀时,可用圆弧法检算其稳定性一J。2.3.1工点参数选取PKl37+340一PKl37+480工点该黏性土边坡进行稳定性分析,边坡设计参数见表3。表3PKl37+340~PKl37+480深路堑边坡工点长中心挖边坡潜水度/m方高/m高度/m岩层描述位/m0~4m:塑性砂质黏140ll26土;4m以下:泥岩,4含硬质石英该工点参考自然稳定山坡和人工边坡,利用地质勘探数据进行统计对比确定坡率选取范围,然后采用圆弧法对均质土层或沿某一层面滑动的土体进行检算,从而确定坡率。经计算,塑性砂质黏土层和泥岩层边坡坡率均为1:l,边坡设计见图1。图1PKl37+340~PKl37+480边坡横断面设计RAILWAYCONSTRUCTIONTECHNOLOGY2016f0"万方数据・线路/路基・该工点边坡土工地质参数见表4E8-io]。表5—PKl37+340PK37+480深路堑边坡稳定分析表4PKl37+340一PK37+480深路堑土工地质参数容重/固结不排内摩有效内抗压岩层fkN・水抗剪强擦角/黏聚力/RQD/kPa摩擦角/强度/%cm一3)度/kPa(o)(。)MPa塑性砂2050101020质黏土泥岩,O.05含硬质21150103025~石英O.202.3.2稳定性分析采用极限平衡法进行稳定性分析,只考虑滑动面上的极限平衡状态,不考虑岩体的变形,分析边坡各种破坏模式下的受力状态。通过Bishop方法计算破坏滑移面的安全系数,选取不同的破坏面模拟边坡的圆弧滑动破坏,寻找真正的破坏面得出最小安全系数,以评估边坡稳‘定性11】。安全系数是沿最危险滑动面作用的最大抗滑力与下滑力的比值¨2I,边坡稳定性判断分为以下3种情况:(1)安全系数>l,滑动面稳定;(2)安全系数<1,滑动面不稳定;(3)安全系数=1,滑动面处于极限平衡状态。阿尔及利亚铁路运输局(SNTF)第七卷《土方‘‘工程》规定5]1718:≥(1)短期稳定状态下,安全系数1.3;≥(2)长期稳定状态下,安全系数1.5;≥(3)地震作用下,安全系数1。采用TALREN4软件计算该工点边坡稳定性,选取9个点作为坡面基准点,进行边坡短期稳定分析,建模计算见图2。边坡稳定状态安全系数标准值安全系数计算最小值短期稳定1.31.5长期稳定1.52.1非线性稳定l1.7根据表5,在3种稳定状态下,该工点边坡安全系数计算最小值均大于安全系数标准值,满足规范要求。2.3.3边坡防护措施阿尔及利亚雨季为11月至次年3月,降雨量达—400500mill,故水对边坡稳定性有显著影响。边坡坡面相对下层地层结构不透水时,如采用放缓边坡方案,边坡被水浸润时,坡面上受水面积极大,将承受大量的静水压力¨4l。该工点塑性砂质黏土含水,所含泥岩相对隔水,持水性强,遇水易软化,会造成基岩顶面常积水。因此,考虑采用较陡坡彰强支挡的方案,开挖一级,防护一级,及时铺砌截水天沟和排水沟,让坡体的含水量及其中的孔隙水压力降低,以提高抗滑力和减小下滑力,避免大量雨水下渗入坡体,致使边坡变形。该工点附近的东西高速公路深路堑边坡,地层结构类似,原设计方案为挂网喷射混凝土搭配锚钉,现场开挖后发现岩性变化大,岩层产状紊乱且风化严重,加之施工周期及边坡暴露时间长,边坡表层风化后极其疏松,在地下水及地表水下渗作用下形成滑坡,后设计变更为锚杆,以加固滑坡体。该工点属于黏性土质边坡,遇水后软化现象明显,土体强度会大为降低。考虑到东西高速公路的边坡处理方案,采用全坡面锚杆框架梁护坡以改善边坡的力学平衡条件。框架梁菱形布置,嵌入坡面,与周边地层密贴,以确保坡面排水畅通。锚杆配合使用,利用锚杆所施加的预应力,提高滑动面万方数据・线路/路基・2.4.1工点参数选取PKl9+775一PK20+150工点该岩土路堑边坡进行稳定性分析,边坡设计参数见表6。表6PKl9+775一PK20+150深路堑边坡工点长中心挖方边坡潜水度/m高/m高度/m岩层描述位/m—09m:风化泥灰3752636岩;9m以下:泥灰14岩,夹带石灰岩层该工点风化泥灰岩层边坡坡率为1:1.5,夹带石灰岩的泥灰岩层的边坡坡率为1:0.5,边坡设计见图3。图3PKl9+775一PK20+150边坡横断面设计该工点边坡土工地质参数见表7。表7PKl9+775一PK20+150深路堑土工地质参数容重/固结不排内摩黏聚力/有效内抗压岩层(kN・水抗剪强擦角/kPa摩擦角/强度/RQD/%cm一3)度/kPa(o)(o)MPa风化泥2075lO2228灰岩泥灰岩,夹带石2315015150153一12—6085灰岩层2.4.2稳定性分析该工点选取20个点作为坡面基准点,进行边坡短期稳定分析,建模计算见图4。:替水位图4PKl9+775~PK20+150短期稳定边坡稳定分析计算表明,破坏滑移面的安全系数计算最小值为1.68。同理对边坡长期稳定和地震作用下(非线性)的稳定进行分析,计算结果见表8。16铁道建筑技术表8PKl9+775一PK20+150深路堑边坡稳定分析边坡稳定状态安全系数标准值安全系数计算最小值短期稳定1.3J.7长期稳定1.51.6非线性稳定l1.4根据表8,在3种稳定状态下,该工点边坡安全系数计算最小值均大于安全系数标准值,满足规范要求。2.4.3边坡防护措施岩质边坡变形,多数是开挖没有考虑岩体结构的特点,或者是切断了控制边坡稳定的主要结构面,形成滑动临空面,使边坡岩体失去支撑而发生变形¨7】。该工点附近的东西高速公路深路堑边坡,地层结构类似。路堑开挖形成临空面后,边坡张拉裂隙因降雨使裂隙充水,承受静水压力作用,使边坡受到一个向着临空面的侧向推力。临空面附近(尤其是坡脚处)出现应力集中,边坡表面平行于临空面的最大主应力达到最大,垂直于临空面的最小主应力达到最小,岩体中形成最大应力差,发生剪切破坏和失稳,使覆盖层沿基岩面下滑。该工点基岩为泥灰岩,暴露后易风化,亲水性较强,浸水后会破坏岩体结构,降低抗剪强度,进而影响边坡稳定。因此采用边坡土钉墙护坡u引,上、下级墙之间设置3m宽平台,平台上设置截水沟,先作坡顶排水沟后开挖。旋喷混凝土墙面前预留伸缩缝和泄水孔,以防止水流对边坡的冲刷和冲蚀,并防止坡面风化。3结束语深路堑边坡设计的核心要素是边坡稳定,而边坡稳定直接受控于设计方案和防护措施。边坡稳定分析中,采用安全系数衡量边坡的稳定性,并根据安全系数取值选择相应的防护措施。边坡安全系数取值大小对边坡安全、工程效益有直接的影响。深路堑开挖后,边坡坡面形成临空面,土体内的破裂面必然出现在临空面的的坡脚处。通过模拟圆弧滑动破坏,比较安全系数计算最小值和安全系数标准值,以推算边坡开挖后的稳定程度。根据175项目沿线的地质条件,在地质不良地区,放缓坡率大开挖不如强支挡减少边坡高度和暴露面。深路堑地段,陡坡率强支挡的方案比放缓边坡坡率减小支挡方案更为合适。(下转第40页)RA/LWAYCONSTRUCTIONTECHNOLOGY2016(017万方数据・隧道/地下工程・架支护等措施,以确保施工快速、安全地通过此类[5]铁道部第二勘测设计院.铁路工程设计技术手册:隧地层。—道[M].北京:中国铁道出版社,1999:1621...[6]铁道第二勘察设计院.TB—100032005铁路隧道设参考文献计规范[s].北京:中国铁道出版社,2005:83:93.[1]中铁第五勘察设计院集团有限公司.新建铁路大准至[7]于春.浅谈朔州隧道辅助坑道方案设计[J].铁道建筑朔黄铁路联络线施工图设计:朔州隧道[R].北京:中技术,2012(S2):144一147.—铁第五勘察设计院集团有限公司,2011:320.[8]中铁一局集团有限公司.TZ—2042008铁路隧道工程施[2]中铁第五勘察设计院集团有限公司.新建铁路大准至朔工技术指南[s].北京:中国铁道出版社,2009:23-35.黄铁路联络线补充定测:朔州隧道工程地质报告[R].北[9]赵勇,李国良,喻渝.黄土隧道工程[M].北京:中国铁—京:中铁第五勘察设计院集团有限公司,2010:215.—道出版社,2011:6090.[3]中铁第五勘察设计院集团有限公司.新建铁路大准至[10]许健赋.微地质构造与神延铁路黄土隧道塌方关系研朔黄铁路联络线:朔州隧道缩短工期方案研究报告究[J].铁道建筑技术,2009(5):43-53.[R].北京:中铁第五勘察设计院集团有限公司,[11]郭明亮.隧道塌方原因剖析及工程对策[J].铁道建筑—2010:220.—技术,2011(7):5659.[4]陈馈.TBM在铁路隧道施工中的应用前景[J].建筑机[12]粟斌.冒天山隧道水平岩层稳定性分析及施工措施—械,2006(8):1417.—[J].铁道建筑技术,2010(3):4952.‘’—‘’—’‘——‘—‘————————。卜。卜一_。卜一卜。卜一卜一卜-+-++一+一+一+一++一+・+一++一+-+一+一+-+一+-+一+一+-+一+-+一+一++一+-+一+一+一+一+++-++一+.(上接第16页)[9]规范编制委员会(AFNOR).NF/P—94074土壤勘察参考文献和试验:三轴试验[S].巴黎:法国道桥出版社,1994:13.—阿尔及利亚铁路运输局.SN.r!百/RT/Ch7.2.22005[10]规范编制委员会(AFNOR).NF/P——944101石物铁路技术规范第六卷:几何线型[S].阿尔及尔:阿尔理特性实验第一部分:岩石含水量的测定[s].巴黎:及利亚铁路运输局出版社,2005:5.法国道桥出版社,1994:7.阿尔及利亚公共工程部.DTR/RPOA一2008阿尔及[11]冯树仁,丰定详.边坡稳定性的三维极限平衡分析方利亚抗震规范[s].阿尔及尔:阿尔及利亚国家抗震研法及应用[J].岩土工程学报,1999(6):38.—究中心出版社,2008:1516.[12]赵尚毅,郑颖人,时卫民,等.用有限元强度折减法求汤怀珍,李法昶,张增淮,等.铁路工程地质手册[M].边坡稳定安全系数[J].岩土工程学报,2002(3):20.北京:中国铁道出版社,1999:80.[13]廖红建,韩波,殷建华,等.人工开挖边坡的长期稳定—法国铁路运输局.SNCF/IN32782006高速铁路实性分析与土的强度参数确定[J].岩土工程学报,2002施技术指南土木工程第二卷:土方工程[s].巴黎:国(5):18.家铁道出版社,2006:88.[14]叶华成.水对边坡稳定性影响的研究[J].路基工程,—阿尔及利亚铁路运输局.SNTF/RT/Ch7.2.220052005(5):8.铁路技术规范第七卷:土方工程[s].阿尔及尔:阿尔[15]张力.预应力锚索结合全粘结锚杆在高边坡处理中应及利亚铁路运输局出版社,2005.用[J].铁道建筑技术,2014(4):2.叶啸敏.铁路高边坡防护与整治[J].铁道建筑技术,[16]规范编制委员会(AFNOR).NF/P94一拥土工地质计2012(9):1.—算:支档结构[s].巴黎:法国道桥出版社,2009:2122.法国道路与桥梁中心实验室.LCPC/RT/SR一2001岩[17]邹元红.岩质边坡可能的失稳判断方法[J].铁道建石的不稳定性[S].巴黎:法国道桥出版社,2001:65.—筑技术,2009(8):12.规范编制委员会(AFNOR).NF/P—94072土壤勘察[18]法国道路与桥梁中心实验室.LCPC/RT/SP一2001和试验:室内剪切试验[S].巴黎:法国道桥出版社,土钉墙防护工程调查与研究[s].巴黎:法国道桥出版1994:5-6.—社,2003:105108.铁道建筑技术/:1,4//_WAYCONSTRUCTIONTECHNOLOGY2016(01)]]]]]jnvI二心口H陋∞口哺4万方数据
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