陽安線路基病害調查分析及增建二線設計原則

王曉剛

(中鐵第一勘察設計院集團有限公司，西安 710043)

1 概述

陽安鐵路西起寶成鐵路陽平關站，途經寧強、勉縣、漢中、洋縣、西鄉、石泉、漢陰、安康等縣市，東接西康鐵路安康站，全長356.5 km，是橫貫陜南，連接寶成、襄渝兩條鐵路干線的聯絡線，屬中國修建的第二條電氣化鐵路［1］。線路北依秦嶺，南鄰大巴山，途經米倉山低山峽谷區、漢中盆地沖洪積平原區、大巴山低山丘陵峽谷區及階地丘陵區，多走行于漢江上游及其支流河谷區。線位地處北亞熱帶濕潤氣候區，氣候溫和濕潤，雨量豐沛，年平均降水量 793.6～1 103.6 mm，年最大降水量1 522.7 ～2 022.9 mm［2］，降水多集中于7～10月，一般以9月份雨量最為集中，常有暴雨災害發生。既有線1969年冬季開始施工，1973年全線通車，1976年交付運營，1997年陽安線進行擴能提速改造。2009年12月～2010年6月對增建第二線及既有線改建進行了初測和可行性研究，2010年11月～2011年7月進行了定測和初步設計。

2 路基病害類型

陽安鐵路沿線路基病害主要表現為:崩塌落石、邊坡滑塌、擋(護)墻開裂外鼓、路堤下沉外擠、支撐滲溝開裂及基床翻漿冒泥、側溝排水不良、路肩寬度不足等 多種類型，點多面廣，見表1。

表1 路基病害統計

由表1可知，從1997年至2009年的12年時間里，路基各種病害范圍在不斷地擴大，總長度從15.19 km 擴大至 26.48 km，擴大了 74.3%，尤其是路堤邊坡溜坍的病害發展最快，長度增加了17倍，分布點增加了15倍，其次為側溝排水不良、崩塌落石、風化剝落、路塹邊坡溜坍等;翻漿冒泥段落長度雖然增加了39%，但分布點減少了98%，更趨于集中。

3 路基主要病害分布及機理分析

3.1 基床翻漿冒泥

既有陽安鐵路通車一兩年以后，隨著行車密度的增加和大氣降水產生的影響，基床翻漿冒泥現象便不斷地產生，1992年調查時全線的翻漿冒泥多達200余處，總延長約40 km，其中以勉西工務段分布36 km最為嚴重;1997年全線調查時基床翻漿冒泥現象仍全線分布，長11.047 km/104處，比1992年已大幅度減少;2009年全線調查為15.33 km/2處，主要分布于響水～寧強及漢中～王家坎地區。路基基床產生翻漿冒泥的原因主要為如下。

(1)膨脹土做路堤填料，膨脹土透水性差，浸水后迅速軟化，強度降低幅度很大，使基床承載力下降產生道砟囊、道砟陷槽。

(2)地下水發育，排除地下水設備不足，路基變形，路基面排水不暢。

(3)軟質巖路塹地段，基巖風化，在地表水和列車動荷載往復作用下使路拱變為倒三角、鍋底狀，產生積水，最后形成道砟陷槽。

(4)路基通過山前坡地，山前匯水面積較大而排水設備不足，地表水浸泡路基，使其含水量增高而逐漸翻漿冒泥。

(5)至于臺賬資料顯示的，在基床曾經整治過的地段，又開始出現了翻漿冒泥，這主要是由于基床上鋪設的隔水層破損，致使地表水下滲產生翻漿。

3.2 崩塌落石

1997年崩塌落石分布長度為 0.88 km/6處，2009年增加到了2.13 km/12處，12年時間里病害長度增加了142%，分布點翻了1倍，主要分布在于陽平關東—響水、小寨—勉西、池河—高粱鋪的石質路塹段。路塹邊坡產生崩塌落石災害的主要原因如下。

(1)地形、地貌及地層巖性

陽平關東—響水、小寨—勉西段為大巴山西脈、米倉山低山峽谷區，區內山高溝深，山坡陡峭，基巖裸露，崩塌落石處多為變質砂巖、白云巖及灰巖，山坡巖體被片理和節理切割成塊，在外力作用下沿強度較弱結構面發生脫落，易產生崩塌;池河—高粱鋪為越嶺段，相對高差200～500 m，區內有池河發育，岸坡陡峻，基巖裸露，巖層有砂礫巖夾泥巖、片巖、灰巖、石灰巖，片巖巖質較軟，灰巖巖溶發育，石灰巖具溶蝕的作用，溶溝、溶槽縱橫交錯，相互貫通，將巖體切割成不規則塊體，致使巖體破碎，局部呈小塊倒懸狀，易塌落掉塊，這是病害產生的客觀原因。

(2)路塹坡面基巖裸露，未設置坡面防護

線路受高程控制，多以路基形式走行于山體斜坡地帶，路塹削切山體后坡面基巖裸露，凹凸破碎，靠山側邊坡高而陡，坡面未設防護，裸露的巖體受大氣降水及風化作用，易于產生崩塌落石，這是病害產生的主觀原因。隨著風化作用的持續，已有的危石日趨嚴重，新的落石點又不斷產生，這是病害點不斷增多的主要原因。

線路雖然在前期設置了多處攔石墻，護墻、明洞和棚洞等防護工程，運營維護期間又增設部分主、被動柔性防護網，但由于落石點多、面廣，山坡上危石位置不同，運動方式也不盡相同，使現有擋護工程防不勝防，落石現象仍時有發生，例如在小寨至勉西(K65+7900～K66+020)段，勉縣工務段曾修建攔石墻進行防護，但攔石墻建成不久，即有落石滾下，砸壞攔石墻，掉落至路基面。

3.3 邊坡溜坍

邊坡破壞是陽安線最為常見且發展速度最快的一類路基病害，包括路堤邊坡滑塌和路塹邊坡溜坍。路堤邊坡滑塌從 1997年的 0.130 m/3處增加到了2009年的2 209 m/30處，增加到了原來的1 699%/1 000%，主要分布于響水～小寨及歐家坡～洋縣段;路塹邊坡溜坍從1997年的0.41 km/6處增加到了2009年的0.889 km/13處，增加到了原來的117%，主要分布于代家壩～響水，在寧強、洋縣、西鄉、繒溪河、石泉、漢陰的部分覆蓋層較薄的挖方地段也有分布。邊坡病害的有地形、氣象因素，同時也與自身地層特性有關［5］。

(1)路堤邊坡滑塌

病害點位于溝、谷殘積膨脹土分布區，用膨脹土作為路堤填料。陽安線膨脹土的礦物成分主要由伊利石、蒙脫石、石英和長石組成［6］，具失水收縮干裂、吸水膨脹軟化的特征［7］，若膨脹土路堤遭受暴雨，坡面排水不暢易使土體吸水膨脹軟化，降低其抗剪強度，從而沿土體內部軟弱結構面產生滑塌，這是引起該病害的主要原因;另外道砟底部基床表層積水，形成道砟囊，道砟囊上擠外鼓也可使邊坡沿路肩處產生滑塌。

路堤滑塌的危害輕則缺失路肩，造成線路幾何尺寸超限，軌枕外露，影響行車安全，重則路堤坍塌，軌道懸空，中斷行車，對線路有重大影響，應予以重視。

(2)路塹邊坡溜坍

此病害主要是由于坡面未設防護，邊坡土體經過干縮濕脹，結構變的疏松，在強降雨條件下土體充分吸水，接近或達到飽和狀態，其抗剪強度驟降，從而產生溜坍，且溜坍大多發生在路塹的刷坡頂部或多級邊坡最上一級的刷坡頂部，當路塹邊坡植被不好時更容易發生。

溜坍土體一般堆積于側溝平臺，對線路影響較小，個別路塹無側溝平臺或側溝平臺寬度較小時，溜坍土體會堵塞側溝，降雨時致使排水不暢，路塹積水浸泡坡腳，更易引起土質邊坡坍塌，例如位于西鄉K221+350處線路左側膨脹土邊坡(圖1)，中心高度23 m，1970年雨季積水后，剛施工的路塹邊坡隨即發生變形，從表層剝落、流泥、淺層溜坍發展成滑坡，隨挖隨塌，最后采取大量清方減載，設置大平臺，三級擋護工程等措施后才使邊坡逐漸穩定下來。

3.4 路堤下沉

路堤下沉在陽安線兩次調查統計中段落長度均不超過1.0 km，分布點都為4處，但從現場調查來看，分布卻相當普遍，主要原因如下。

圖1 邊坡溜坍

(1)路堤下沉段，養護部門為了維持線路高程，起道加厚了道砟，道砟加厚使道床寬度增大，侵占、埋沒路肩，個別地段道砟厚度達到1.5 m，幾乎沒有了路肩，從軌面高程來看，似乎路堤并沒有下沉，但實質上它是犧牲了一部分道砟的結果。

(2)多數路堤下沉段，路堤填料基本為膨脹土填筑，膨脹土工程性質較差，特別是較大土塊，不易達到要求的壓實度，路堤自身沉降大，沉降穩定所需時間長。

(3)位于溝谷洼地、水田的高路堤受水浸泡，膨脹土濕脹干縮，強度衰減，承載力降低，路堤容易發生坡面鼓脹，邊坡坍塌，使路堤下沉。如 K42+475～+553段膨脹土路堤高15 m，基床排水不良，積水軟化，道砟陷槽，支撐滲溝開裂，邊坡下部外鼓，路肩裂縫，接觸網塔桿基座拉裂，裂縫寬0.50～1.0 cm，塔傾斜，路堤下沉。

陽安線路基病害的產生和發展受多方面因素的影響，既有線路所處地形地貌、地質構造、地層巖性、大氣環境等息息相關的客觀原因，又有在陽安線勘測設計階段對膨脹土缺乏具體的認識，在設計上仍然按照黏性土對待，導致通車后病害發生的主觀原因。

4 既有病害整治

既有線病害按照發生的部位主要有基床與邊坡兩個方面，邊坡病害一旦發生，較容易徹底整治，甚至整治后一勞永逸;基床病害整治比較棘手，若施工質量出現問題，極易使施工前功盡棄，經常發生使列車慢行，則影響既有線運營。工務部門經過長期摸索與實踐，總結出了一套行之有效的整治經驗。

4.1 基床翻漿冒泥及下沉外擠

基床翻漿冒泥病害整治施工復雜，牽扯面廣，施工需封鎖線路揭蓋、道砟抬道、基床換填、鋪設隔斷層，具體措施如下。

(1)采用挖除換填基床表層填料，鋪設兩布一膜封閉進行處理［8］。

(2)采用橫向盲溝、壓漿固結和土工網格等措施［9］。

(3)基床下沉、擠出等變形，采用挖除換填基床表層填料，鋪設土工格室或路堤段設邊坡支撐滲溝等措施處理。

4.2 崩塌落石整治

崩塌、落石地段路基，根據物質來源、位置及其對建筑物和行車運營安全的危害程度分別采取如下措施。

(1)對坡面孤石、危石進行清理、支護、錨固及嵌補。

(2)物質來源不豐富，位置較低或距建筑物較遠時，采用攔石墻、落石平臺、落石槽等結構形式。

(3)當物質來源豐富、位置較高或距建筑物較近，采用常規措施困難時，設SNS主動、被動攔石網等措施進行防護，特別嚴重地段采用明洞通過［10］。

4.3 邊坡溜坍

邊坡溜坍采用清坍、放緩邊坡坡率，設置支撐滲溝、骨架護坡和栽植灌木等措施加固或設置坡腳擋土墻阻截溜坍體。

5 增建二線路基設計

通過對既有線調查與分析可知，路基病害主要分布于地形陡峻的山區和膨脹土發育區;病害發生的部位主要在基床與邊坡;發病的機理主要為膨脹土的濕脹干縮、防排水及邊坡的防護程度。因此，在陽安線增建二線選線及路基設計時，可做到對癥下藥、有的放矢。

5.1 避繞

既有線病害分布較多的段落，二線采取了繞避取值的長隧道方案，如陽平關至響水、洋縣經桑園鋪至西鄉、西鄉經白勉峽至茶鎮、茶鎮至石泉、石泉至池河、池河至高粱鋪越嶺等，其中小寨至勉西段為避免崩塌落石及河岸沖刷，采取了漢江南岸短隧道方案。

5.2 基床及填料

路堤基床表層采用A組填料，基床底層采用A組或B組填料，基床以下采用A組、B組或C組填料，利用膨脹土做路堤填料時，需摻入5%石灰進行改良。

膨脹土路塹基床表層采用0.5 m厚A組填料填筑，基床表層底部鋪一層復合土工膜，膜上下各鋪一層厚0.05 m中粗砂墊層;強膨脹土路塹基床表層以下換填1.0 m厚A、B組填料，中、弱膨脹土換填0.5 m厚A、B組填料，A、B組填料缺乏地段采用石灰改良土，石灰摻量 5% ～8%［11］。

5.3 防排水

路基病害的產生無不與水有著直接或間接的關系，能否順暢地排除地表及地下水，決定著工程的成敗，陽安線增建二線設計時重點加強了防排水設計。

(1)路堤及路塹基床表層底部鋪設一層防滲復合土工膜，路基面設4%人字排水坡，凸凹不平處用混凝土或級配砂礫石、級配碎石填平。

(2)路塹兩側設置側溝，邊坡平臺中間設置截水溝，塹頂外側設置天溝;根據地形在路堤坡腳外設置側溝、天溝、排水溝，形成完善的排水系統。

(3)對路基有危害的地下水，根據地下水類型、埋藏深度、地層的滲透性等條件，分別采取明溝、排水槽、滲水暗溝、邊坡滲溝、支撐滲溝等措施。

5.4 邊坡防護

(1)土質及全風化巖地段路塹邊坡，采用拱形骨架護坡防護，骨架內種草植灌木。

(2)石質路塹邊坡，根據地層巖性分別采用掛網噴混凝土、孔窗式護墻、錨桿格梁、拱形骨架護坡，骨架內鋪砌空心磚等措施防護。

(3)路堤邊坡坡面采用拱形骨架護坡，骨架內種草植灌木防護。

(4)路堤邊坡高度大于6.0 m時，邊坡鋪設雙向水平土工格柵，垂直間距0.6 m，寬度不小于2.5 m。

5.5 合理的施工工期

以往的經驗表明，在趕工期、搶進度、抓效益的情況下，進行繁重的工作往往無法保證其工程質量，有時還會導致路基病害的發生，有些病害一旦產生很難再進行處理或者處理起來投資特別巨大，因此，確定合理的工期對工程的優劣至關重要。陽安鐵路增建二線工程根據橋、隧、路基等各工程的分布及特點，確定了5年的施工工期。

6 結語

通過對既有陽安線路基病害的調查與分析，表明路基病害主要發生在地形陡峻的深長路塹和膨脹土發育的高大填方，分布普遍，整治難度大，且隨著大氣降雨等外界環境的變化，不斷發生次生病害。因此，增建二線選線設計時在不良地質發育段采取了避繞，山區盡量采用隧道方案，膨脹土分布區對路堤填料進行物理或化學改良，重點加強了防排水設計，根據邊坡高低分別采取植物與工程防護措施，確定合理工期，最大限度地避免各種路基病害的發生，節約運營維護成本，保證行車正常、安全。

［1］李法昶，孫全德.陽安鐵路的膨脹土路基病害及整治［C］∥鐵路工程地質實例(西北及相鄰地區分冊).北京:中國鐵道出版社，2002.

［2］中鐵第一勘察設計院集團有限公司.改建鐵路陽安線陽平關至安康段增建第二線工程可行性研究報告［R］.西安:中鐵第一勘察設計院集團有限公司，2010.

［3］鐵道部第一勘測設計院.改建鐵路陽安線擴能改造工程定測路基勘測報告［R］.蘭州:鐵道部第一勘測設計院，1998.

［4］西安鐵路局漢中工務段.路基重點病害庫.2009年路基秋檢資料［Z］.漢中:西安鐵路局漢中工務段，2009.

［5］莊仲欣.朔黃鐵路膨脹土路塹設計［J］.鐵道標準設計，2005(3):16-17.

［6］胡新杰，洪巖.鐵路膨脹土路基病害分布及特性試驗研究［J］.鐵道標準設計，2007(6):68-71.

［7］鐵道部第一勘測設計院.鐵路工程設計技術手冊·路基［M］.北京:中國鐵道出版社，1995.

［8］司劍鋒.袞石線膨脹土路基基床翻漿冒泥病害整治［J］.鐵道標準設計，2009(5):9-11.

［9］雷大鵬.陽安線裂隙土路基病害防治的探討［J］.鐵道建筑，2003(10):71-72.

［10］中華人民共和國鐵道部.TB10035—2006 鐵路特殊路基設計規范［S］.北京:中國鐵道出版社，2006.

［11］李慶鴻.新建時速200 km鐵路改良膨脹土路基施工技術［M］.北京:中國鐵道出版社，2007.