欽北線路基病害及其防治探討

伍 軍

摘 要:廣西沿海鐵路欽北線地處廣西西南部,為大西南重要出海通道,是廣西沿海鐵路四線連三港的重要組成部分。由于本線建設標準較低,且強調先通后備的指導原則,在選線設計、擋護標準、平縱面的技術標準上存在諸多的缺陷和不足,同時獨特的不良地質條件,道碴的嚴重不足、等級偏低等原因,造成了投入運營后大量如邊坡坍塌、基床翻漿、小半徑曲線磨耗嚴重等病害。而逐年來運量不斷增加,且開行兩對時速100KM的旅客列車,運輸安全暢通的壓力越來越大,為了有效控制和整治病害,確保行車安全,根椐現狀和經驗積累作了一些研究和探討,對主要的三種病害的基本現象、成因以及防治方法進行了總結,用以指導日常工作,對廣西北部灣發展規劃上升為國家戰略后研究欽北的病害整治,努力建設標準線、確保安全暢通亦具有積極的現實意義。

關鍵詞:鐵路;路基病害;產生原因;防治辦法

中圖分類號:TU413.6+2文獻標識碼:A文章編號:16723198(2009)22027603お

1 鐵路線路概況

欽北線從南防鐵路欽州站南寧端K114+179.30接軌,正線長98.421KM。另有港區專用線段5.632KM,南防與欽北鐵路聯絡線2.585KM,途經兩市一縣十一鄉、鎮、區(欽州市、合浦縣、北海市,那麗、烏家、欽廉林場、沙崗鎮、黨江、環城、高德鎮、西塘、銀海及海城區)。線路位于桂南丘陵和濱海平原區,地勢北高南低,全段線路共架設橋梁55座,延長8073m,設置涵渠319座,延長6132m;線路鋪設石灰巖道碴,線路鋪設鋼軌為P50再用軌普通鋼軌;鋪設軌枕為混凝土軌枕;欽北正線上共有曲線74個,延長25.918公里,占正線全長的26.3%,其中半徑小于600米的曲線有29個,延長11.906公里,占正線全長12.1%,最小曲線半徑為R=393m;線路最大坡度達7.5‰。

2 地質地貌概況

欽北線地處于廣西西南,途經丘陵和平原地區,地勢北高南低,欽江至白沙江61KM屬丘陵或低緩丘陵區,相對高差40米,山丘多覆蓋松林、灌木、線路走向以起伏坡與水系大致垂直交叉,至白沙江開始跨越10公里寬的南流江三角洲,河流縱橫交錯,村莊密布,農業發達,橋涵分布相對集中。線路于合浦城南3公里穿過后以自由坡進入北海半島,行經濱海平原,相對高差約10米,大部辟為耕地,種植水稻、甘蔗、花生、黃麻等,局部覆蓋桉林,橋涵分布相應減少。沿線所經地層,50公里以前局部為侏羅系泥質粉砂巖夾泥巖和花崗巖全風化外,余者均為志留系粉砂巖,砂巖夾千枚狀頁巖,巖層風化破碎嚴重,工程地質條件差;50公里以后除局部地段為泥盆系砂巖、粉砂巖夾頁巖外,余均屬第三系含礫砂巖和泥巖;南流江至北海,地表均被第四第海相沉積的粘砂土所覆蓋。沿線巖質軟弱,路基注意控制高度和邊坡防護,低洼地帶遇有軟土,須注意基底處理,其余無不良工程地質問題。南流江三角洲,處于活動性斷裂帶內,地形開闊平坦,均為稻田沃野,地表除有第四系薄層粘砂土外,主要為各類砂層,厚達50余米,表層細砂存在砂土液化問題。其下為上第三系砂巖及砂礫巖。沿線地震基本烈度除那麗附近為六度外,其余地段均為七度。

3 常見病害類型、產生的原因及防治辦法

3.1 路塹邊坡坍塌

3.1.1 造成路塹邊坡坍塌的主要成因

路塹邊坡坍塌是在路塹邊坡坡度陡于天然休止角(土體達到天然極限穩定平衡狀態時,坡面與水平面的夾角叫做天然休止角或穩定安息角)時,由于其穩定性差,在坡面水或地下水作用下發生的一種變形形式,常發生于節理較發育、巖層較破碎、風化較嚴重的巖質路塹或土質路塹,這種病害在平常發展過程時間較長,開始時只是在路塹頂附近出現裂縫,并緩慢地逐漸擴大,擴大到一定程度時,在外界條件的影響下,突然順邊坡坍塌下來,在大坍塌之前,常有局部坍塌伴生,并能聽到巖石的錯動聲音,大變形之后,還常有小的局部坍塌發生,每次坍塌都不按固定的面移動,但坍塌體下緣均位于臨空面,一直坍塌到巖層或土層的穩定安息角為止;欽州段近50公里修筑于群山間,大部分是高堤深塹相連,以深塹為主,且路塹邊坡為砂巖夾頁碼巖,節理較發育,風化破碎嚴重,為軟石,遇水極易軟化,由于修建標準低,防護等級低,大部分采用漿徹片石防護,邊坡坡度較陡,多為覆蓋層坡率為1∶1、軟石層坡率為1∶0.75,邊坡坡度大多大于天然休止角,穩定性差,加上在施工時存在的質量偏差,從己暴露的的問題如漿徹不飽滿、徹體尺寸不欠缺、反濾層不合格造成邊坡排水不暢等還普遍存在,因此一旦遭遇大雨或暴雨來襲時,山洪來勢兇猛,極易發生路塹護坡突發性坍塌災害,造成線路斷道,威脅行車安全及破壞運輸秩序;欽北沿線位于北回歸線以南,低緯、高溫多雨亞熱帶季風性海洋氣候,日照充足、雨量充沛,5-10月受臺風影響大,全年降雨量在2000MM以上,出現強降雨天氣比較多,極易誘發大面積的地質災害,給每年的防洪防臺工作造成極大的壓力。

3.1.2 歷年來的水害發生路塹邊坡坍塌情況

路塹邊坡坍塌,在欽北線管段線路上較為常見,據統計從新線建設到運營管理共17年間,大大小共發生邊坡共50余次,且主要集中在K10-K50公里之間的地質巖性差、節理較發育的丘陵地帶,有些深塹邊坡甚至出現因土層軟化形成類似泥石流的狀況,使得整個山坡基本清平,在運營管理后大的坍塌共出現6次,均發生在雨季主汛期,造成了斷道,其中2007年K25公里、K42公里的坍方斷道最具有代表性,2007年6月14日欽州市那麗鎮連降暴雨,連續雨接近200MM,K25公里、K42公里幾乎同時出現山體滑動、擋墻垮塌,大量泥石坍落阻斷線路,造成客貨列車停開,每年雨季平均每月都有因雨水而引發的路塹邊坡坍塌水害,只是程度大小不同而已,有些小坍塌面不大,數量也不多,清理也容易,沒有危及行車安全,而有些則嚴重危及行車安全。

3.1.3 路塹邊坡坍塌的防治方法

為確保行車安全,最大限度的減少因自然災害造成的損失,針對路塹邊坡坍塌的病害,防治的主要辦法是:一是刷坡,對不穩定的路塹邊坡進行刷坡,刷坡至自然坡和穩定的人工邊坡;二是做好排水設施,所有流向路基范圍內的地表水均應予以截排,防止水土流失;天溝至路塹塹頂的距離一般不小于10米;三是設置防護加固設備,對于邊坡緩于1:1時采取鋪草皮措施防止沖刷流泥,對于邊坡陡于1:1時采取漿砌片石或片石混凝土擋墻加片石護坡或人字骨架護坡的綜合加固加固措施,可以有效地防止剝落或邊坡局部坍塌。在整治實踐中大部分采用刷坡、增設完善排水設施、種植草皮及增設擋護的綜合整治措施進行處理,取得了較好的整治效果。

下面以欽北線K25、K42兩個水害點的整治進行具體說明。

(1)K25公里病害點整治。

①病害概述:欽北線K25+515-+658為線路右側路塹邊坡,原坡面以漿砌片石墻擋護,護墻上部有寬10M平臺,上部為方格骨架護坡防護邊坡,方格內為水泥沙抹面;邊坡地質為表層覆蓋的殘積砂粘土,顆粒大土體松散;底層為褐色泥質頁巖堆積土,結構松散具有弱膨脹性,坡頂設有天溝截流地表水;因連降暴雨,至使土體含水量飽和,土體結構穩定失衡,造成深層滑坡,將原有擋墻擠塌,坍土及擋墻片石覆蓋至道床。

②病害形成及發展:本段土質為泥質頁巖,節理發育較好,且節理面順路基方向與地面成30度左右夾角,路基開挖過程中在側溝位置將巖層腳斬斷,并以片石擋墻進行擋護,擋墻施工完后,1996年雨季期間出現沿側溝頂面上40厘米處巖層節理面滑動,造成擋墻外擠,后把此處側溝拆除,挖深基礎,設計成鋼筋混凝土墻作為背墻,每隔1M設一鋼筋混凝土支撐連接背墻與邊坡擋墻,并設觀察樁進行定期觀察,觀察過程中沒有發現邊坡繼續滑動,山體基本穩定,2007年6月由于長時間的暴雨,造成土體含水量飽和,山體沿施工期間的滑動面出現錯位滑動,擠垮擋墻,阻斷線路。

③整治措施:(1)減少滑坡體荷載,挖除滑坡體至滑動面,拆除被擠裂殘余擋墻,清除擠壓道床的坍體,在原擋墻位置設置片石混凝土擋墻,并適當墻加擋墻斷面,滿足抗剪及抗傾覆的受力要求,以固定未滑動山體,擋墻上部用骨架護坡防護,并輔助用部分草皮進行坡面防護。經過以上綜合整治,取得了較好的效果。

(2)K42公里病害點整治。

①病害概述:該段病害為線路左側路塹邊坡,原坡面以漿片擋墻進行擋護,擋墻上部為方格型骨架架護坡防護邊坡,方格內密鋪植被,邊坡地質為表層覆蓋殘積砂粘土,呈層狀相疊分布,土體松散;底層節理發育的泥質巖層,結構松散破碎,坡頂設有砼板式天溝截流地表水;因連日暴雨,土體含水量聚增,土體內部結構發生變化,形成滑坡,造成大量土方溜坍,坍體覆蓋線路,造成線路斷道。

②病害的形成及發展:本處路塹邊坡高30米,下設擋墻高20米,坡率為1∶0.75,巖野破碎;覆蓋層近10米,按1∶1刷坡后采用架護坡進行表面防護,土質疏松,塹頂是一片開墾的甘蔗地,遇暴雨侵蝕,大量雨水從開墾的甘蔗地參透到山體覆蓋層,造成覆蓋層土體含水量飽和,出現失穩向下滑動并擠垮擋墻,帶動下部山體巖層坍落,經檢查原擋墻施工質量存在厚度不足、沙漿不飽滿、個別處所基礎埋深不夠等到缺陷也加速了病害的發展和擴大。

③整治措施:清理線路坍土,刷除表面浮松土,挖除滑坡上部土體,減少荷載,在山體下部設片石混凝土擋墻防護,覆蓋層用漿砌片石護坡進行防護,塹頂平臺用漿砌片石封閉,重新用漿砌片石改移天溝。經過綜合整治,取得了滿意的效果。

以上兩處病害點的病害情況、成因及整治在欽北線具有典型的代表性,值得認真總結和推廣,同時對防止病害的發生、發展及惡性鐵路事故出現有積極的意義,特別在防洪期間對深塹、高堤的重點巡查,加強排水設施,完善雨量監測制度,對重點地質不良地段進行加固,最大限度地防范地質災害的發生。

3.2 軌道線路翻漿

3.2.1 軌道線路翻漿產生的主要原因

軌道線路翻漿病害會使線路上部建筑難以保持正常的幾何狀態,是路基病害的主要類型,并伴隨著軌枕吊板、暗坑等線路等病害,極易造成鋼軌變形,夾板折斷,道碴消耗大,軌道幾何尺寸變化大,大多表現出軌檢車的3、4級病害,使緊急補修工作增加,整治效果難以保證,維修成本提高,線路養護困難增加,大量消耗勞力和運能,也直接危及到行車安全,特別是提速、重載的鐵路發展要求下,更易造成列車掉道翻車;軌道線路翻漿主要有道床翻漿和基床翻漿兩種。

道床翻漿主要是由于道床不潔,含土量超限以及道碴不硬造成的,由于欽北線的道碴都是采用石灰巖,且道碴嚴重臟污,含有大量的泥土和粉塵,而石灰巖為軟質巖,它的主要成份為碳酸鈣,碳酸鈣易打成粉末遇水成漿,水干就板結,若道床表層部分的道碴被列車碾壓后形成碎屑或粉末,此時若道床不潔和排水不良,就造成道床翻漿。

基床翻漿主要是由于欽北線修建時由地方籌資,資金相當緊張,不得不采取先通后備的做法,修建標準低,路基寬度先天不足,一些土質不良的路塹沒有進行換填處理,一些不合格的填料也以次充好用來填筑路堤,同時普遍出現的道床厚度不足,在列車動力的反復沖擊下,路基面就被擠壓陷槽,形成碴囊積水,久而久之,泥漿便被擠壓上冒、翻出道床,造成基床翻漿。

3.2.2 軌道線路翻漿的整治辦法

軌道線路翻漿整治也比較復雜,針對道床翻漿采取的整治辦法是:一是疏通排水、清篩軌枕頭石碴或全斷面清篩道床;二是清挖掉翻漿的道床;三是徹底的更換道喳,由于欽北線的道碴是采用普通石灰巖二級碴,容易被碾壓形成碎屑或粉末,這些碳酸鈣粉末水溶解形成漿,然后水干了就板結因此只能徹底的更換成一級道碴,才能增強道床彈性、保持道床較好的排水通透性,欽北沿線那麗段產花崗巖石碴,可以滿足需要;四是在軌枕下鋪墊大膠墊增加彈性。

對于基床翻漿采取的整治辦法是:由于欽北線路基寬度和道床厚度不足,部分路塹土質、路堤料不符要求,在實際整治要進行認真分析病害成因,對癥下藥,對土質及填料不符要求及己形成陷槽地段采用換填三合土,對沒有地下水影響的基床翻漿和風化石質基床翻漿,主要采用墊沙阻隔泥漿上冒;對于有地下水影響的基床翻漿,主要采用排水板封閉,阻隔地下水及泥漿上冒污染道床,也可采用修整路基面抬高道床厚度,達到排水通暢、道床彈性良好有效減少對路基面的沖擊。

3.3 曲線鋼軌磨耗及軌枕小反

3.3.1 曲線鋼軌磨耗及軌枕小反產生的主要成因

欽北線修建時資金緊張,技術標準低,定位為地鐵一級,全線采用無縫線路切割再用軌和木枕鋪設,小半徑曲線多,曲線半徑最小的為400M,同客貨混跑,速度差較大,在小半徑曲線軌道上鋼軌發生磨耗和軌枕被切壓,尤其是在坡道大及鋼軌狀態不良如硬彎、磨耗大調邊使用、表面擦傷嚴重、曲線不園順的線路上,鋼軌發生磨損比較突出。

隨著運量的增加及列車速度的提高,重載列車的不斷增加和運營線路上下行車及客貨車速度相差懸殊,鋼軌發生磨耗也非常快。鋼軌發生磨耗,除與鋼軌本身材質有著密切的關系外,還與機車車輛、日常養護、曲線超高的合理設置、路基病害情況等密切相關。經過對有關方面資料的調查和現場實際摸索,歸納小半徑曲線軌道上鋼軌發生磨耗的主要原因有:列車運量和軸重的增大及超高不合理設置是鋼軌加劇磨損的主要原因;僅就欽北線15處小半徑曲線鋼軌定點觀測調查數據看,每季平均磨耗值約在3.5mm以上;軌底坡不當,極易產生鋼軌磨耗及軌枕小反;軌距超限和軌距變化率超過規定值,加劇了鋼軌側面磨耗;曲線超高設置時,忽略了客貨列車比重及上下行列車速度相差懸殊,所設置超高沒能盡量適應貨車速度,行車鋼軌側面磨耗;鋼軌沒能涂油,由于欽北線坡度大且坡度長,機車爬坡困難涂油時有可能打飛輪,進一步造成鋼軌傷損;其它如線路方向不圓順,車輛搖擺及轉向架各軸之間的相互作用力增大等都是造成鋼軌磨耗的原因。

3.3.2 近年來小半徑曲線鋼軌磨耗的狀況

據探傷工區調查統計,近年來我段管內半徑小于600米的17個小半徑曲線的鋼軌磨耗較嚴重,曲線外軌(上股軌)側磨,每季平均磨耗值約在3.5mm以上,曲線內軌(下股軌)波浪磨耗或壓潰。由于鋼軌磨耗后軌道幾何尺寸諸如軌距、水平、三角坑、高低等項目較容易變化,經常出軌距偏大或假軌距的現象,再有就是曲線上股外側尼龍擋肩容易損壞,膠墊被壓潰、軌枕被切壓、軌距桿折斷等;每次軌檢車檢查不良處所的三、四級扣分80%均由小半徑曲線鋼軌磨耗所引起的。

3.3.3 采取的防治措施及整治方法

對于欽北線小半徑曲線鋼軌磨耗,我們采取了多種辦法進行整治,主要采用以下整治方法:

全線更換并加密混凝土軌枕,軌枕配置按每公里1760根設置,其中部分換成鋼釬維混凝土軌枕和帶鋼板的特種混凝土軌枕,防止軌枕被切壓造成軌枕小反保證軌底坡。

在小半徑曲線軌道上,更換硬度較高的合金軌或全長淬火軌,同時在機車和車輛轉向架上,應盡量減少幾個主要部位間的空隙,最大限度地縮小車輛搖擺。

在小半徑曲線軌道上,按外軌超高的不同,對內外股鋼軌的軌底坡進行適當調整,使用帶坡型的開發絲膠墊調整。內股鋼軌軌底坡調整范圍一般使外軌超高在0-75mm時,內股鋼軌軌底坡為1:40,外軌超高在80-125mm時,內股鋼軌軌底坡為1:17。

每年進行一次各次列車通過各處曲線速度的測定,并按上下行列車速度的大小來計算超高值,使選定的超高盡量滿足貨車速度又能滿足客車未被平衡超高在《維規》第3?7?1條規定范圍內。

強化對曲線的維修與保養,結合線路經常保養工作,重點是曲線軌距超限處所和軌距變化率的及時修整,使曲線軌距及軌距變化率經常保持在規定限度內,加強第季一次的曲線檢查和定期撥道,使曲線經常保持園順及超高合理。

對小半徑曲線鋼軌內側采用進行每貯存器一次的涂油,磨耗嚴重曲線可適當增加涂油次數。

3.4 路基面寬度不足

3.4.1 路基面寬度不足及其原因

欽北線由于限額投資的一條地方鐵路,資金比較緊張,原初步設計文件采用的國鐵2級的路基面標準改為地鐵1級標準,路基面寬度,土質5.6M,石質4.9M,路基面寬度很窄,道床幾乎占掉了路基寬度,給養護維修帶來了很大的困難,部分地段由于路基下沉造成道床邊坡溜坍,使線路幾何狀況無法保持,同時也造成行人在線路上行走時因無處躲避列車而極易出現人員傷亡事故。

3.4.2 采取的措施

采取全線兩側增設路肩墻,路肩墻外側之間的寬度為7.6M,部分下沉地段采用骨架護坡或技撐盲溝加固,配合局部的抬道,達到了軌道狀態穩定、外觀整潔美觀、減少路外傷亡的綜合效果。

參考文獻

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作者簡介:

吳蓉蓉(1981-),女,安徽銅陵人,碩士,江蘇海事職業技術學院教師,研究方向:交通運輸規劃與管理。