1、1既有铁路路基病害整治技术中图分类号： U213.1 文献标识码： A 文章编号： 一、国内铁路的发展状况及路基病害对铁路的影响 随着国家经济的快速发展，铁路运输在国民经济中的地位越来越显著。特别是人民生活的快节奏，促使铁路运行速度也越来越快，铁路先后六次大提速和最近几年建设的铁路客运专线，就是适应人民生活节奏不断增长的需要。国外已有许多国家已经建成了高速铁路，而我国目前正在进行的铁路客运专线和高铁的建设，就是满足人民的生活水平日益提高的需要。 在我国，目前提高铁路运行速度有两种途径，一是对既有线进行线路改造，二是新建高速铁路。对既有线进行线路改造，是利用现有的资源，投入较少的资金，在短时间内
2、就能完成的改造项目，但其速度提升有一定的极限值。新建高速铁路投资巨大，建设工期长，但开通速度较高，成本回收较快。 既有铁路路基病害对铁路行车有很大的影响，存在着较大的安全隐患，同时也降低了铁路的运营速度。路基病害的特征基本上都在路基基床上反映出来，例如道床下沉、翻浆冒泥、轨面不平等。因此，对既有铁路路基病害的整治是提高铁路运营速度和安全的当务之急。 随着铁路重载、高速的发展，影响铁路运营速度和安全的既有铁路路基病害，在一些路段，病害产生的速率呈上升趋势。根据近年来的统2计资料，我国现有路基病害长度占线路总长度的 13%15%。据上海铁路局合肥工务段统计，其管段内管辖的铁路线路病害路基占总长度的
3、11.4%，铁路提速受此影响较大，因此，加大对既有铁路路基病害的整治，提高病害整治技术，减少维护工作量，保障铁路高速、安全运营，是铁路工务系统一项重要而艰巨的任务。 二、路基主要病害类型 铁路路基的病害大多表现在基床上，影响铁路运营安全和速度的主要路基病害类型有：翻浆冒泥、基床下沉、外挤、基床冻害等。 1、翻浆冒泥 翻浆冒泥是指路基面上的细小粘土、粉土颗粒以及少量粘土，或道床中的粘土，受积水和列车反复振动的作用，而发生触变液化，形成泥浆，列车通过时线路上下起伏使泥浆受挤压抽吸而通过道床孔隙翻冒上来，造成道碴脏污板结，丧失弹性。 基床翻浆冒泥是我国铁路主要常见的基床病害之一。北方发生在春融期间，
4、南方在雨季发生十分频繁，特别是山区尤为普遍。 2、基床下沉 基床土在水及动力作用下发生局部或大面积下沉或软化，使道碴压入基床，产生积水现象，并使线路水平产生变化。 基床下沉分为两类：基床面下沉和边坡臌坍。 3、外挤 基床内的土经常处于软塑状态，在列车荷载的作用下，发生剪切破坏，使得路肩单侧或双侧沿滑动面向外或向上的变形称为外挤。外挤可3分为路肩隆起和路肩外挤。 4、基床冻害 基床冻害是指在低温季节，由于基床土质、水和温度的不利组合，基床土冻结引起线路在纵向上短距离或左右股道的不均匀冻胀，导致线路不平顺或方向不良的现象。根据发生的部位不同，基床冻害可分为道床冻害、深层冻害和深层冻害。 三、病害成
5、因 （一）基床病害的调查 路基病害的调查是防治工作的开始，调查工作的好坏直接关系到病害防治的效果，是整治病害的关键。所以，这一工作一定要深入细致，才能正确分析认识病害，以便确定适宜的整治方案。 病害的调查工作应包括两大部分：一是从外貌方面调查研究病害的发生发展过程，即病害发生的部位、形状、长度、起落时间及其发展过程；二是通过钻探、挖深等方法，观察、实验验证土层的土质种类、厚度、水文地质等。所有这些调查项目都是为分析病害产生的原因，以对证下药，确定整治方案。 1、翻浆冒泥的调查 为了对翻浆冒泥进行整治提出合理的方案，应从以下几个方面对翻浆冒泥进行相应的调查。 （1）收集水文、气象方面的资料； （
6、2）进行工程地质、水文地质测绘，在代表段取样进行岩土的物理和力学试验； 4（3）对既有线病害地段进行详细调查，搞清病害形成的过程，历次整治的措施及现状； （4）观察翻浆冒泥类型，分清是道床翻浆还是基床翻浆，因两种翻浆的整治措施是不同的。 2、冻害的调查 （1）挖探方法。挖探方法是最直接观察岩土性质的方法，其挖探时间最好是在冬季。冬季挖探可以直接观察土质、含水量和冻结深度，为分析提供最可靠的资料。 （2）钻探方法。钻探调查，一般采用小型钻机，通过钻机搜取工程地质及水文地质资料。 3、基床下沉的调查 （1）探明基床下沉的深度、范围、长度，详细记录。 （2）用小型钻孔仪在轨道枕木端部探测轨下部分下沉
7、的深度、范围及下部土质结构，探测有无形成道碴囊。 （3）在发现基床下沉时，查看路基边坡有无出现外鼓、滑塌现象。 （4）采用试验方法，确切分析土层的结构和性质及含水量的大小，以此来分析其产生的原因，采用合理的整治方法。 （二）病害的成因分析 路基病害的形成，根据其所在地区和铁路路基填料的不同，其成因也不相同。路基病害产生的成因，归其根源主要有两个因素：一是土质条件，二是水的含量。 四、主要整治技术 5铁路路基基床是轨道结构的基础，为了保证铁路运输的正常运营，基床必须具有足够的承载力和整体稳定性，以满足列车和动荷载的要求。（一）病害整治的原则 针对铁路路基出现的不同病害，采取的整治措施也多种多样，
8、归纳起来主要有以下几个方面： 1、改土 改土就是改善基床填土，在基床填料和基床结构上下工夫，提高目前路基设计标准特别是填料标准。对既有路基病害采用换填、水泥石灰桩加固、铺设土工合成材料等。 2、减压 主要是减低列车荷载对基床的作用，通过改变道床和轨道来实现。 3、防水 防止雨水浸化基床和基床积水，保持路基面排水坡度。主要是铺设不透水土工纤维截留地表水，使用盲沟（纵横）或加深侧沟疏导地下水，维持基床结构良好的排水性能。 4、综合整治 综合整治就是采用综合方法对路基进行整治。如砂垫层+沥青封闭层、砂垫层+土工纤维、砂垫层+土工格室等。 实践经验证明，基床病害整治的成败很大程度上取决于整治方案，几种
9、病害同时存在时尤其突出，而合理方案的诞生来源于对病害路段全面系统的调查研究。因此，在确定基床病害整治方案前，应收集病害地6区的地质、水文资料，考察病害地段的排水系统，调查了解病害的发生发展过程，并选取代表性土质进行物理力学性质的试验，最后根据成因确定相应的整治方案。 （二）土工合成材料的应用 土工合成材料应用于岩土工程已经有 50 多年的历史了，由于其原料丰富、轻质高强、耐腐蚀等优点可以弥补土质的许多缺陷，提高土的强度和增加土的稳定。这些新材料置于土体内部、表层或各层土体之间，发挥着加筋、加固、防渗、隔离、排水、反滤以及防护等作用，因而得到十分广泛的应用。 1、土工纤维 土工纤维按制造方法分为
10、编型、织型和无妨型，目前使用最多的是无妨型。无妨型是将高分子材料挤拉成纤维，按不规则排列，用机械方法或热处理以及化学粘结等方法制造而成。在土工纤维上敷设以不透水材料制成不透水的土工膜。 2、土工格栅 土工格栅分为土工网和土工格栅，是具有不同大小孔眼和形状的网状材料。土工网又称挤出网，经过挤出、冲孔、冷却、加热、拉伸等程序加工而成。其抗拉强度可达 12110kPa，是土工网的 10 倍甚至更高。 目前，土工网格在路基方面的应用有两个：一是新线路堤两侧边坡每隔一定厚度铺设一层土工网格，作为边坡加筋材料，起到加固稳定路堤的作用。二是加固整治基床病害，将土工网格铺设在基床垫层上，土工网格同道碴连锁在一
11、起，增强道床的稳定性，阻止道碴下陷，避免7产生道碴槽，使荷载分布更均匀。 3、土工格室 土工格室是由强化的聚氯乙烯宽带经过超声焊接而成的网状格室结构。起特点是伸缩自由，运输时可缩叠，使用时张开并充填土石等材料，构成具有强大侧向限制的大刚度的结构体。 （三）基床翻浆冒泥的整治 路基基床翻浆冒泥的整治方法和主要措施根据其翻浆深度可采取以下几种方法： 1、铺设砂垫层 砂垫层的作用：铺设砂垫层使碎石与路基面隔开，使基面受力均匀，避免碎石直接与基面接触破坏基面的平整，从而避免基面因坑洼不平积水而造成翻浆冒泥。 铺设砂垫层方法还可以与其他整治基床措施相配合使用。 2、设置封闭层 若采用砂垫层方法有困难时，
12、可采用封闭层法，使地表水不致下渗，泥浆不致上冒，并提高路基面的承载能力。 封闭层可以采用沥青土、沥青砂、水泥沥青砂等。 3、应用土工纤维进行整治 前面已阐述土工纤维的用途及作用，这里就不赘述。 （四）基床下沉及挤出的整治 基床下沉及挤出的主要原因是在列车荷载及水的共同作用下，基床土的承载力不足，其主要的整治方法以换土（包括换渗水土和换砂）为8最佳。 （五）基床冻害的整治措施 基床冻害的整治措施大体上有以下几种： 1、排水与隔水：其目的在于排除地表水或降低疏导地下水及隔断下层水以消除或减少路基土体的冻胀。 2、换土和改土：其目的是换除路基土体中的不均匀土质，或改良土的性质，以消除和减少路基土体的
13、冻胀。 3、保温隔热：其目的是使冻胀土脱离冻结层或部分脱离冻结层，从而减少和消除路基土体的冻胀。 （六）土质改良加固基床 土质改良是指使用掺加物与粘性土拌合，以达到改善土的物理力学性质，提高土的抗剪强度的目的。目前，在基床加固和病害整治的应用中，使用最多的是水泥和石灰。 基床加固常用的方法：基床换填、挖孔桩、粉喷桩和挤密桩等。 （七）改善基床土的排水条件 改善基床土的排水是有效防止病害发生的途径。采用的方法有砂桩及石灰砂桩。 五、案例分析 现以上海铁路局管段内的淮南线为例来阐述路基病害的整治技术： （一）事件发生 2007 年 3 月 14 日3 月 18 日期间，淮南线桥头集至巢湖区段下行K
14、147+450+500 段长 50m 的路基发生基床下沉外挤现象，铁路设备管理9单位立即组织相关人员进行现场调查研究并抢修。 （二）病害成因分析 1、既有路基情况 淮南线早期建成通车，设计时速为 120km/h，当时设计时技术标准要求较低。该段路基全部采用膨胀性粘土填筑，在当时的条件下，施工时没有对填土进行改良，施工时按一般路基进行施工，质量控制不太好。 膨胀土具有胀缩性、裂隙性和超固结性，对土体的破坏最主要的特性就是胀缩性。 2、环境的影响 由于 3 月 14 日3 月 16 日合肥地区连续下了三天的大雨，路肩护墙排水不畅，使路肩处有存水现象。由于路肩的存水，使基床膨胀土吸水膨胀，破坏了土粒
15、结构，降低了基床的承载力，同时受列车动力的作用，造成了基床下沉现象。现场基床下沉经多次补碴抬道后，仍有下沉趋势，经探孔检查，基床陷槽深达 0.7m（自轨枕底） 。为保证列车的正常运营，基床陷槽内不断用道碴填充，在列车的动力作用下，造成了外挤现象。 （三）整治措施 根据现场状况，列车运营密度较大，施工时封锁线路时间不宜较长，因此不宜采用对基床土进行改良的方法，只能采用隔水措施将道床与基床下部膨胀土隔离的方法。 整治的根本原则是要设置隔水材料封闭基床，使雨水不浸入基床，同时要使基床稳定。根据现场实际情况，决定采用人工挖出全部陷槽，换填中粗砂+复合土工膜 +土工格室，然后恢复道床断面的综合整治处理1
16、0方案。 既有路基病害的整治，对工务部门来说是既要花费财力，又要花费人力，是工务部门不愿意做，但又不得不做的事情。所以减少工程维修量是铁路部门需要解决的难题。 （四）效果与结论 采用土工格室整治基床下沉外挤，提高了基床土的承载力，减少列车动力对膨胀土基床的影响；铺设隔水土工布则将基床与道床完全隔离开来，使得膨胀土基床不至于因水浸泡而使其承载力降低。 整治后第一周，平均每天进行养护一次，轨道几何状态变化最大水平 8mm，最大轨向 7mm，下沉平均每天 10mm，最大下沉量 23mm。道床予以适当补充道碴，路基无明显变化。 整治后第二周，检查观察，累计下沉量 15mm，轨道几何状态偶尔出现过一次水平 4mm，进行两次养护，路基、道床无明显变化。 整治后四个月，经潜心观察统计，整治地段轨道几何状态变化在控制范围之内，路基基床表观检查无变化特征，线路较稳定，没有出现下沉现象，整治效果良好。 六、展望 既有铁路路基病害是影响列车运营的最大障碍，通过提高对铁路路基病害的整治技术，可以确保铁路行车的速度最大化。随着科技的发展，许多新技术、新工艺、新材料用于铁路路基上，可以大大减少日常的维修，同时可以减少路基病害的发生，能够较长时间保证路基基床的稳定。
