既有鐵路路基沉降變形原因分析及治理方案研究

趙楠

摘 要：在車輛沖擊荷載和復(fù)雜環(huán)境的長(zhǎng)期作用下，路基的沉降變形是不可避免的，嚴(yán)重危及路基的穩(wěn)定性和列車的安全運(yùn)行。本文根據(jù)我國(guó)重載鐵路發(fā)車密度高、天窗時(shí)間點(diǎn)短、維修任務(wù)繁重的實(shí)際情況，對(duì)現(xiàn)有重載鐵路運(yùn)行地基沉降發(fā)生的原因及主要沉降類型進(jìn)行了說明，并在此基礎(chǔ)上對(duì)現(xiàn)有既有鐵路路基沉降變形處理相關(guān)的情況及主要工藝進(jìn)行了說明，提出了地基沉降處理中所存在的主要問題，最后在此基礎(chǔ)上對(duì)既有鐵路路基沉降變形防治的主要措施進(jìn)行了討論，以實(shí)現(xiàn)鐵路線下工程結(jié)構(gòu)病害的早維修、快整治，滿足未來鐵路線路快速整治修復(fù)的需求。

關(guān)鍵詞：路基沉降;沉降變形;治理方案

中圖分類號(hào)：U213.1 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

0 引言

我國(guó)鐵路建設(shè)迅速發(fā)展，鐵路運(yùn)輸己成為我國(guó)當(dāng)代社會(huì)重要的運(yùn)輸方式。現(xiàn)鐵路營(yíng)業(yè)里程達(dá)3萬公里，覆蓋80%以上的大城市。但是由于我國(guó)國(guó)土遼闊，地域復(fù)雜，這些年鐵路出現(xiàn)了各種各樣的病害，嚴(yán)重阻礙了鐵路的進(jìn)一步發(fā)展，其中尤以路基沉降最為普遍。鐵路路基發(fā)生沉降后，會(huì)引起上部各層結(jié)構(gòu)隨之下沉，尤其對(duì)于沉降嚴(yán)重的路段，扣件的調(diào)整范圍已達(dá)極限，仍無法滿足現(xiàn)況軌道標(biāo)高的要求。鑒于這種情況，在沉降變形地段不得不采取限速措施，嚴(yán)重影響了線路的運(yùn)行品質(zhì)和營(yíng)運(yùn)效率。該種情況下，研究既有鐵路路基沉降變形原因，并采取有效措施加以防止應(yīng)作為重點(diǎn)進(jìn)行考慮。

1 既有重載鐵路路基主要沉降變形類型及說明

關(guān)于路基沉降病害的形成往往是多種因素共同作用的結(jié)果，通過對(duì)重載鐵路路基沉降病害地點(diǎn)進(jìn)行調(diào)研分析，并根據(jù)在病害中各種因素影響的大小，對(duì)病害進(jìn)行分類，沉降病害按不同的成因及部位可以分為如下5類。

1）結(jié)構(gòu)因素導(dǎo)致沉降;該類病害主要與結(jié)構(gòu)自身的特點(diǎn)相關(guān)，受勘察誤差影響，導(dǎo)致設(shè)計(jì)時(shí)對(duì)結(jié)構(gòu)自身的沉降措施處理不當(dāng)而形成工后沉降;另一種為設(shè)計(jì)、施工的原因?qū)е碌穆坊两担O(shè)計(jì)不當(dāng)以及施工控制不嚴(yán)格導(dǎo)致路基壓縮變形，或者施工控制不嚴(yán)格導(dǎo)致路基沉降，例如路基分層碾壓、夯實(shí)不到位，組料不合格等。

2）外界自然因素作用的沉降;自然氣候的影響如氣候變化導(dǎo)致路基土體的物理性質(zhì)的變化或者路基在惡劣自然環(huán)境條件下產(chǎn)生沉降。

3）人為活動(dòng)引起的沉降;鐵路對(duì)軌道路基下層的地基變形要求嚴(yán)格，對(duì)路基變形也比較敏感，路基附近的人類工程活動(dòng)甚至部分生產(chǎn)生活都有可能造成路基的沉降。例如鐵路線路附近抽水以及大量堆填土對(duì)地形的影響，可能導(dǎo)致該段的路基沉降。

4）地下水位引起的區(qū)域沉降;鐵路為線性工程，其沿線路縱向抵抗變形的能力較差。當(dāng)沿線的局部水文地質(zhì)條件變化時(shí)，均有可能導(dǎo)致路基的不均勻沉降變形，輕則影響鐵路的運(yùn)行速度，重則造成安全事故。

5）過渡段差異沉降;鐵路設(shè)計(jì)規(guī)范要求路基與橋梁、隧道或橫向結(jié)構(gòu)物交界處的工后差異沉降不應(yīng)超過5 mm，不均勻沉降造成的折角不應(yīng)大于1/1 000。但過渡段是鐵路工程中最薄弱的環(huán)節(jié)之一，橋梁、隧道或涵洞與路基工程之間即使發(fā)生輕微的沉降差，也會(huì)嚴(yán)重影響該線路平順性。

2 既有重載鐵路路基沉降變形原因及加固處理主要問題討論

2.1 關(guān)于既有重載鐵路路基主要沉降變形原因及說明

關(guān)于鐵路路基沉降病害，產(chǎn)生的原因比較復(fù)雜，總體而言其主要原因在于特殊的地質(zhì)條件、氣候條件以及列車振動(dòng)負(fù)載的影響，其中地質(zhì)條件的影響為內(nèi)在因素，氣候條件和列車振動(dòng)負(fù)載的影響屬于外在因素，其中對(duì)于地質(zhì)條件的影響是真實(shí)存在的，而且由于地質(zhì)條件是不斷變化的，但是其變化程度比較慢，所以主要還是氣候和列車振動(dòng)負(fù)載影響比較大，在列車負(fù)載的影響下，路基會(huì)出現(xiàn)很大的塑性變形，路基的填土?xí)霈F(xiàn)塑性位移，并且產(chǎn)生路基病害，主要的表現(xiàn)就是產(chǎn)生枕木下面有積水洼地，尤其在雨季基床填土內(nèi)的水分出現(xiàn)飽和情況，導(dǎo)致其強(qiáng)度出現(xiàn)降低情況，有的可能會(huì)影響車輛正常安全的運(yùn)行。具體來講，主要包括以下幾個(gè)原因：其一，惡劣氣候環(huán)境的影響，如雨雪天氣、極端低溫、反復(fù)凍融循環(huán)等。其二，設(shè)計(jì)及施工處理不當(dāng)，由于鐵路適應(yīng)環(huán)境復(fù)雜，難免有在設(shè)計(jì)過程中考慮不全面的情況，對(duì)結(jié)構(gòu)型式及材料的選擇方面存在欠缺，以及施工過程中由于施工質(zhì)量難以達(dá)到相應(yīng)要求等原因，導(dǎo)致路基出現(xiàn)沉降病害。其三，列車荷載的作用，列車重載的反復(fù)高頻作用，使得一些小病害迅速擴(kuò)展，加速了微小病害的發(fā)展。

2.2 現(xiàn)有既有重載鐵路路基沉降變形加固處理主要問題分析

在普通鐵路路基中，路基病害整治方法有多種多樣，但由于我國(guó)鐵路線路長(zhǎng)、跨區(qū)域大，天窗時(shí)間短、維修工作量大，病害整治仍比較困難，主要存在的問題：其一，鐵路維修養(yǎng)護(hù)人員對(duì)鐵路路基結(jié)構(gòu)的病害還不夠充分了解，在已有的整治技術(shù)基礎(chǔ)上，選用何種材料、設(shè)備、工藝進(jìn)行維修，標(biāo)準(zhǔn)尚不能明確和統(tǒng)一。其二，病害整治可能造成原有土體結(jié)構(gòu)的擾動(dòng)和破壞，使得病害進(jìn)一步惡化，并且路基加固整治會(huì)引起土體擾動(dòng)，可能破壞原有的土體平衡狀態(tài)，引起其他的路基病害。其三，整治質(zhì)量的檢控在病害整治的整套技術(shù)缺乏，目前采用的鉆孔取芯方法存在一定的局限性和不足，并且質(zhì)量檢控技術(shù)的發(fā)展很大程度上依賴于檢測(cè)技術(shù)的進(jìn)步，其設(shè)備和裝置也取決于病害整治的材料和工藝。

3 加強(qiáng)既有重載鐵路路基沉降變形控制的主要方法及分析

3.1 加強(qiáng)路基有關(guān)設(shè)施和排水設(shè)施的養(yǎng)護(hù)維修

為了確保路基結(jié)構(gòu)安全穩(wěn)定，保持重載鐵路良好的運(yùn)營(yíng)狀態(tài)，運(yùn)營(yíng)維護(hù)部門必須加強(qiáng)路基變形監(jiān)測(cè)、準(zhǔn)確分析路基病害，制定合理規(guī)范的路基養(yǎng)護(hù)維修方案。對(duì)于此，可按照以下幾個(gè)方面進(jìn)行考慮分析：經(jīng)常保持線間排水設(shè)備的良好狀態(tài)，及時(shí)對(duì)排水溝、天溝、截水溝等排水設(shè)施進(jìn)行清淤及養(yǎng)護(hù)維修，保證排水暢通;保持路基面防水層的完好。保持路基面及軌道板底座之間的清潔，保持電纜槽及蓋板完整，保證電纜槽排水管暢通。對(duì)于路基上的有關(guān)設(shè)備，接觸網(wǎng)立柱、聲屏障立柱、接地設(shè)備等，應(yīng)保持其完好狀態(tài)，保證其與路基之間良好的接觸關(guān)系。

3.2 在既有路基變形處加強(qiáng)沉降監(jiān)測(cè)

依據(jù)我國(guó)現(xiàn)有鐵路的狀況，作業(yè)人員在進(jìn)行鐵路路基檢測(cè)作業(yè)的過程中，需要規(guī)避對(duì)于鐵路正常運(yùn)行狀況的干擾，并加強(qiáng)對(duì)于各類先進(jìn)技術(shù)以及檢測(cè)工藝的運(yùn)用，確保獲得信息的準(zhǔn)確、可靠以及快速。如在運(yùn)營(yíng)期間，路基與橋臺(tái)、橫向結(jié)構(gòu)物過渡段是產(chǎn)生路基變形的多發(fā)地段，宜重點(diǎn)加強(qiáng)此處的沉降監(jiān)測(cè)，建立并周期性分析過渡段沉降監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)庫(kù)。同時(shí)結(jié)合軌道檢測(cè)情況，對(duì)突發(fā)的軌道不平順尤其是線路高低病害，加強(qiáng)分析病害處所的路基變形問題，屬于路基變形病害立即進(jìn)行沉降監(jiān)測(cè)并納入沉降監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)庫(kù)。如在一些關(guān)鍵區(qū)域，應(yīng)按設(shè)計(jì)要求進(jìn)行地基沉降、側(cè)向位移等動(dòng)態(tài)觀測(cè)。而按照相關(guān)規(guī)范及標(biāo)準(zhǔn)，應(yīng)結(jié)合觀測(cè)的指標(biāo)對(duì)路基變形進(jìn)行系統(tǒng)評(píng)估，確保路基變形符合鐵路運(yùn)行的要求，具體相關(guān)觀測(cè)要求及標(biāo)準(zhǔn)如下表1、表2所示：

3.3 及時(shí)對(duì)路基沉降發(fā)展超標(biāo)處進(jìn)行加固處理

通過監(jiān)測(cè)對(duì)路基沉降發(fā)展超標(biāo)的地段，根據(jù)病害實(shí)際情況，因“病”制宜地采取注漿、高壓旋噴或無柞軌道注漿（膠）抬升的加固方法處理病害。同時(shí)，做好對(duì)可能產(chǎn)生黃土陷穴的地段做好預(yù)防工作，對(duì)已查明的黃土暗穴迅速予以整治。預(yù)防工作主要是做好排水，路基坑洼積水及表土松散、裂縫等處，應(yīng)填平夯實(shí)并采用防滲措施。對(duì)己發(fā)現(xiàn)的暗穴、暗溝，采用灌砂、灌漿、開挖回填等措施進(jìn)行處理。而同時(shí)，路基排水也是主要的措施之一，尤其是線路的橫向排水。路基排水設(shè)施要與橋涵、隧道、車站等排水設(shè)備銜接配合，有足夠的過水能力;要與水土保持及農(nóng)田水利的綜合利用相結(jié)合;城市地區(qū)還應(yīng)與地方排灌、排污系統(tǒng)密切結(jié)合;要拉通至橋涵下水溝。對(duì)路基有危害的地面水，通過設(shè)置線間溝和集水井、側(cè)溝及排水溝，將水?dāng)r截引排至路基范圍以外，防止水流沖刷浸入路基。

3.4 加強(qiáng)鐵路維護(hù)保養(yǎng)工作的監(jiān)督及管理

針對(duì)鐵路的特殊性，對(duì)鐵路線路進(jìn)行養(yǎng)護(hù)維修，必須堅(jiān)持時(shí)效性的原則，改變傳統(tǒng)的那種病害發(fā)生了才采取措施的舊思想，對(duì)線路病害認(rèn)真分析并采取相應(yīng)的解決措施。根據(jù)不同的季節(jié)，按照線路路段的不同，創(chuàng)新管理理念，采用科學(xué)合理的維修和養(yǎng)護(hù)技術(shù)，改善線路的維修養(yǎng)護(hù)工作。同時(shí)，從提高線路維修人員的積極性出發(fā)，工務(wù)部門可以設(shè)置不同的激勵(lì)制度，確保維修任務(wù)高效的完成。在日常的工作中，堅(jiān)持“干一處保一處成一處”，并可通過設(shè)置標(biāo)語等形式端正工作人員的工作態(tài)度，避免出現(xiàn)人力、物力和財(cái)力的浪費(fèi)。此外，線路管理部門還需要加強(qiáng)對(duì)新技術(shù)的引進(jìn)，同時(shí)還要加強(qiáng)對(duì)維修人員的培訓(xùn)工作，不斷提升他們的維修工藝水平，鼓勵(lì)他們積極創(chuàng)新維修方法，增加鐵路線路維修養(yǎng)護(hù)水平。

3.5 完善考核制度

建立考核制度的目的既是為了增加工作人員的積極性，也是為了管理工作的順利進(jìn)行。為了順利地進(jìn)行維修工作，可以按照人員情況和設(shè)備數(shù)量，進(jìn)行分組。每個(gè)小組設(shè)置相同的任務(wù)量，并保證任務(wù)完成的時(shí)間和質(zhì)量，如有工作懈怠的人員，一經(jīng)發(fā)現(xiàn)，嚴(yán)肅處理。同時(shí)還可以采用將工作責(zé)任落實(shí)到個(gè)人的方式，讓每位維修人員肩負(fù)起相應(yīng)的職責(zé)，從而引導(dǎo)他們按時(shí)、按質(zhì)的完成維修養(yǎng)護(hù)任務(wù)。現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)要積極推行“全項(xiàng)目作業(yè)法”和標(biāo)準(zhǔn)化有效結(jié)合。標(biāo)準(zhǔn)化作業(yè)要求任何維修養(yǎng)護(hù)作業(yè)，不論作業(yè)量大小，都要認(rèn)真按照《鐵路線路修理規(guī)則》來完成，嚴(yán)格遵守作業(yè)紀(jì)律，杜絕人身傷亡，在進(jìn)行鐵路線路維修養(yǎng)護(hù)工作時(shí)，不可以隨意簡(jiǎn)化作業(yè)程序，防止工作不到位或者返工的現(xiàn)象出現(xiàn)，進(jìn)而延長(zhǎng)線路病害發(fā)生的周期，提升維修養(yǎng)護(hù)工作的有效性。

4 結(jié)束語

綜上所述，我國(guó)鐵路開通運(yùn)營(yíng)數(shù)年后，發(fā)現(xiàn)路基沉降病害危害行車安全，而對(duì)于路基沉降的病害整治還缺乏相對(duì)成熟工藝技術(shù)，在此背景下本文開展了路基沉降病害整治及其質(zhì)量檢控技術(shù)的研究，對(duì)現(xiàn)有鐵路運(yùn)行地基沉降發(fā)生的原因及主要沉降類型進(jìn)行了說明，并在此基礎(chǔ)上對(duì)現(xiàn)有既有重載鐵路路基沉降變形處理相關(guān)的情況及主要工藝進(jìn)行了說明，提出了地基沉降處理中所存在的主要問題，最后在此基礎(chǔ)上對(duì)既有重載鐵路路基沉降變形防治的主要措施進(jìn)行了討論，以實(shí)現(xiàn)鐵路線下工程結(jié)構(gòu)病害的早維修、快整治，以保證重載鐵路行車安全。

參考文獻(xiàn)：

[1]郭志廣，魏麗敏，何群，等.武廣高速鐵路無砟軌道路基動(dòng)力響應(yīng)試驗(yàn)研究[J].振動(dòng)與沖擊，2013，32（14）：148-152+163.

[2]王啟云，張家生，孟飛，等.高速鐵路軌道路基模型及動(dòng)力加載研究[J].鐵道學(xué)報(bào)，2012，34（12）：90-95.

[3]馮勝洋，魏麗敏，郭志廣.基于最小二乘支持向量機(jī)的高速鐵路路基沉降預(yù)測(cè)[J].中國(guó)鐵道科學(xué)，2012，33（06）：6-10.

[4]明祖濤，莫懦，游振興，等.高速鐵路路基沉降預(yù)測(cè)模型的研究[J].測(cè)繪通報(bào)，2012，58（09）：61-64.

[5]趙勇，陳占，徐紅星.高速鐵路無砟軌道路基沉降監(jiān)測(cè)和研究[J].鐵道工程學(xué)報(bào)，2012，29（06）：45-49.

[6]屈暢姿，王永和，魏麗敏，等.武廣高速鐵路路基振動(dòng)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試與分析[J].巖土力學(xué)，2012，33（05）：1451-1456+1461.

[7]閆宏業(yè)，劉莉，廖志剛，等.采用改進(jìn)的修正雙曲線法預(yù)測(cè)高速鐵路路基沉降[J].鐵道建筑，2011，51（12）：92-94.

[8]劉麗，何光春，陳洪凱.新疆315國(guó)道公路水毀病害形成機(jī)制與治理[J].自然災(zāi)害學(xué)報(bào)，2011，20（05）：204-209.

[9]劉世鋒.青海阿同公路K109路基病害治理工程[J].巖土工程學(xué)報(bào)，2017，33（S1）：315-318.

[10]邱延峻，方明鏡，張曉靖，等.高速鐵路無砟軌道路基結(jié)構(gòu)適應(yīng)性動(dòng)力分析[J].西南交通大學(xué)學(xué)報(bào)，2011，46（02）：183-188.