京滬線弱膨脹土路基地段軌道微沉降變化控制措施探討

程家華 中國鐵路上海局集團有限公司蚌埠工務段

1 概述

我管內京滬線部分線路，自2013年以來每年6-11月份均出現線路路肩開裂、軌道成段單股下沉，軌道幾何尺寸難以保持，線路方向向線路外側鼓出，幅值10 mm（10 m弦）以上，水平變化10 mm以上，形成方向、水平逆向位復合不平順，添乘機車人體感覺搖晃明顯，給行車安全造成較大影響。

每年我段需投入大量勞力進行軌道幾何尺寸整治，但線路下沉變化速率快、范圍廣，日常養護維修難以解決，均由路局安排大型養路機械通過大機線路搗固來提高線路設備質量，確保行車安全。針對管內京滬線弱膨脹土路基地段病害的發生情況，我段主動入手，對弱膨脹土路基進行土樣檢測、環境變化因素等因素進行分析，提出一系列徹底整治或前期預防的措施，并取得了較好的整治效果，確保鐵路運輸安全。

2 我段管內京滬線弱膨脹土地段近年軌道下沉變化情況

軌道下沉變化主要表現為成段高低、水平和方向變化，出現向線路外側單側軌道下沉，水平變化10 mm以上，變化速率快，同時軌道方向向線路外側鼓出，形成方向和水平逆向位復核不平順，水平10 mm左右，方向8 mm～10 mm（10 m弦測量）。車載式添乘儀水平加速度0.13 g以上，添乘機車人體感覺搖晃明顯，列車運行品質和舒適度明顯下降，對行車安全造成較大影響。選取弱膨脹土地段對其動檢車軌道質量指數（TQI值）及其分項進行對比分析，如表1、圖1所示。

表1 管內京滬線弱膨脹土地段TQI值及分項對比分析

圖1 弱膨脹土地段軌道下沉變化前后TQI值對比

通過分析，軌道下沉前后軌道質量指數（TQI值）變化的平均幅值達到2.24，增加的幅度達到了44.18 %，引起軌道幾何尺寸變化的主要項目是高低、方向、水平，以及由水平變化而引起的三角坑變化，軌距基本不受影響。其中，變化較為明顯的項目是方向、高低、水平，平均上升幅值達到了0.82、0.76、0.35，分別達到65%、47.2%、42.1%，均超過或接近50%。變化最為明顯的是軌道方向，主要原因是因為軌道單股不均勻下沉，造成水平變化，在列車荷載的作用下，水平低的一股鋼軌所受到的沖擊力變大，形成方向，造成水平與方向的逆向位復合不平順，進一步加劇了水平和方向的變化，形成惡性循環，對列車運行的舒適度和行車安全造成較大影響，如不及時整治，危及行車安全。

3 弱膨脹土地段軌道下沉變化原因分析

3.1 地區氣候變化異常的影響

近年來，全球氣候變暖及厄爾尼諾現象頻繁發生，我國江淮及黃淮地區氣候變化異常，在每年夏秋季節，氣候呈現強降雨與高溫干旱天氣交替出現。管內京滬線弱膨脹土路基地段在梅雨季節，雨量充沛，路基本體土顆粒含水量較高。梅雨季節結束，受亞熱帶季風氣候影響，造成持續干旱，高溫酷暑，路基本體蒸發量明顯加大，導致雨季蓄水的土顆粒持續失水，土顆粒間形成裂隙，承載能力下降。

3.2 沿線綠籬蒸騰作用加劇

我段管內京滬沿線綠植多為2003-2005年栽植，多為高桿女貞與法國冬青混植，路基邊坡及坡腳種植樹種多為高桿女貞，路肩外側1 m～2 m多為法國冬青，經過十余年的生長，綠籬已在鐵路沿線鋪展開來，高桿女貞的胸徑達到10 cm左右，樹高6 m～8 m，枝繁葉茂，根系發達，如圖2、圖3所示。在每年夏秋高溫干旱季節，京滬沿線高桿女貞及法國冬青蒸騰作用明顯，線路路肩及路基本體土壤水分向沿線綠籬根系側轉移，加劇了路肩及路基土體失水，導致路基基床范圍內土體顆粒收縮，形成裂隙，承載力降低，導致路肩側鋼軌單股下沉，形成大水平，隨著列車荷載作用，形成水平與方向的逆向位復合不平順，加劇了軌道幾何尺寸的變化。

圖2 路肩外側種植的高桿女貞

圖3 路肩外側種植的法國冬青

綜上所述，管內京滬線弱膨脹土路提地段，加之近年反常的氣候變化，夏秋時節持續高溫干旱天氣及線路沿線綠籬的蒸騰作用加劇則構成了管內路基地段線路變化的主要因素。

4 控制措施及效果

根據管內弱膨脹土地段軌道下沉變化的原因分析，按照“預防為主，防治結合”的原則，采取綠籬修枝砍伐和路肩補水等預防控制措施，緩解和控制弱膨脹土地段軌道下沉變化，確保行車安全。

4.1 沿線路肩外側綠籬修枝及砍伐

自2017年春季開始，由林管所對管內京滬線弱膨脹土地段的路肩綠籬進行砍伐和修枝，對路肩外側1 m～2 m范圍內的法國冬青等灌木進行砍伐，如圖4所示，對種植在柵欄網外側，路基邊坡上靠近路肩邊緣的高桿女貞進行截干修枝縮冠，以減少高溫干旱季節樹木蒸騰作用的影響。

圖4 路肩外側綠籬砍伐情況

4.2 路肩補水

弱膨脹土路基地段軌道下沉變化的主要原因是土顆粒失水收縮，造成承載力下降，在持續高溫干旱時段，對路基本體進行適量補水，將有效預防或緩解軌道下沉變化。自2017年6月份開始，先后在京滬上下行872-874，920-922等下沉變化明顯地段路肩鋪設滴水管，管徑25 mm，間隔0.6 m設滴水孔，利用路基坡腳處綠化灌溉用機井，每500 m布置抽水泵一臺，采取滴灌的方式進行路肩補水（如圖5）。在京滬線上下行898-892道床坡腳內埋設水管（管徑60 mm），利用沿線立交抽水泵房進行供水，對路肩進行補水。通過持續干旱天氣路肩補水，有效緩解了路肩失水開裂的現象，上述路肩補水地段2018年夏季軌道狀態穩定，未發生下沉變化現象。

圖5 路肩補水情況

4.3 加強動靜態監控及軌面養護工作

除了上述預防措施之外，針對管內弱膨脹土地段下沉變化的情況，每年梅雨季節結束之后，加強對管內京滬線動態添乘檢查，對2013年以來軌道下沉變化地段進行梳理，建立臺帳。每日安排添乘人員攜帶便攜式添乘儀對京滬線進行添乘檢查，重點關注歷年下沉變化處所。在加強動態添乘檢查的同時，每日對車載式添乘儀數據以及動、軌檢車數據進行梳理分析，建立盯控臺帳，安排人員對動態大值進行現場復核、處置。2018年夏季管內京滬線弱膨脹土地段軌道狀態平穩受控，未發生明顯軌道成段下沉變化現象，如表2所示。

表2 弱膨脹土地段整治后TQI值及分項對比分析

5 結論

通過對京滬線上下行K895-K952區間弱膨脹土路基地段軌道成段下沉變化情況調查，對氣候變化、線路外部環境影響等方面分析了軌道下沉變化的原因，采取了相應的控制措施，得出以下結論；

（1）京滬線沿線路肩外側種植了大量的高桿女貞和法國冬青等綠植，種植密度大，未有計劃地安排修剪，致其枝繁葉茂，夏秋高溫時節，綠植蒸騰作用加劇，導致路肩外側路基土體失水，加劇了軌道下沉變化。

（2）由于軌道水平、方向的相互影響，形成了水平和方向的逆向復合不平順，加劇了軌道的下沉變化，對列車運行安全構成威脅。

（3）因京滬線為運營線路，且弱膨脹土路基范圍廣，采取換填等措施整治工作量和費用投入巨大，對既有行車影響較大。采取沿線綠植砍伐、修枝、縮冠，高溫干旱時段路肩鋪設滴水管補水等措施，有效控制了軌道成段下沉變化，投入費用低，不受上道施工維修天窗影響，對既有線行車無影響。