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铁路路基翻浆冒泥的原因及整治措施

铁路路基翻浆冒泥的原因及整治措施

段铭钰

(南昌铁路局南昌工务段,江西南昌330001)

摘要:铁路路基翻浆冒泥是我国南方铁路中首要的路基病害。通过分析造成路基翻浆冒泥病害的主要

因素—路基填料、水、温度和列车荷载对路基的影响,阐述几种常用的病害整治措施,结合工程实际,采取石灰改良土和土工布相结合的方法整治了一段路基翻浆冒泥病害,为铁路路基翻浆冒泥病害的防治和整治提供参考。

关键词:铁路路基;翻浆冒泥;整治

中图分类号:U216.418文献标识码:B 文章编号:1006-9178(2010)06-0023-03

2010年6月(总第284期)

第38卷Vol.38第6期

No.6

铁道技术监督

RAILWAY QUALITY CONTROL

收稿日期:2010-02-11

作者简介:段铭钰,工程师

质量检验

QUALITY MANAGEMENT AND INSPECTION

铁路路基病害有很多种,包括滑坡、落石、崩塌、风化剥落、陷穴、基床下沉外挤、基床翻浆冒泥、河岸冲刷、水浸路基、排水不良、沙害、冻害、雪害、泥石流等。据不完全统计,在我国东南部,基床翻浆冒泥占据了上述病害的主要部分。基床翻浆冒泥是指路基面土(厚度小于0.5m )受水浸湿软化并在列车动力作用下,泥化的土以泥浆的形态向道床或通过道床向外翻冒挤出的现象,多发生于粉粒、粘粒含量高,透水性差、亲水性强,遇水易软化的粘性土及易风化的泥质软岩和裂隙发育地段。

1路基翻浆冒泥病害的主要影响因素

路基翻浆冒泥是土质、水、温度、路基面与

行车荷载等多种因素综合作用的结果。其中土质、水和温度是形成路基翻浆冒泥的几个基本条件,而行车荷载是形成路基基床翻浆冒泥的外部因素。图1是一处典型的路基翻浆冒泥病害。

1.1路基填料

路基填料的性质决定了路基施工质量和难易程

度。路基填料性质好、级配合理,路基施工容易,路基填筑质量也容易控制和保证;路基填料性质不良,级配不合理,在路基施工过程中,需要通过各种改良措施来满足规范要求。路基填料按其渗水性可分为渗水土和非渗水土。大量实践经验表明,容易发生翻浆冒泥地段,土质基面的渗透系数范围为

1.05×10-5~9.5×10-7cm/s ;石质基面的渗透系数范围

为4.8×10-5~6.1×10-7cm/s ;其矿物成分主要以伊利石、蒙脱石或以其中之一为主。因此,在新建路基或者路基维修加固处理时,采用换填路基材料,需慎重使用。

粉质土具有最强的冻胀性,最容易形成路基翻浆冒泥。毛细水在粉质土中上升较高而且速度也很快。温度在0℃以下时,水分易迁移,如水源供给充足,可形成特别严重的冻胀;春融时,承载能力急剧下降,形成路基翻浆冒泥。相比而言,粘性土的毛细水上升虽高,但速度慢,只在水源供给充足而且冻结速度缓慢的情况下,才能形成较严重的路基翻浆冒泥。当粘性土和粉性土含有较多腐植质和易溶盐时,路基更易形成翻浆冒泥。

一般情况下,粗粒土不易引起路基翻浆冒泥,因其毛细水上升高度小、聚冰少,而且在饱水情

况下保持一定的强度,当粗粒土中的粉粘粒含量超过一定数量时,冻胀性明显增加,也能形成路基翻浆冒泥。

图1

路基翻浆冒泥病害

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铁路路基翻浆冒泥的原因及整治措施质量检验

1.2水

水是路基病害产生的主要因素。路基翻浆冒泥的实质,就是水在路基中的迁移、相变的过程。路基中的水包括地表水和地下水。地表水渗入路基土体中会降低土的抗剪强度,引起路基产生各种病害;地下水使粘性土和泥质岩石中的路基土体含水量增加,抗剪强度降低,在列车荷载和其他外力作用下,会产生较为严重的基床翻浆冒泥等病害。1.3温度

温度是路基翻浆冒泥产生的原因之一。温度对路基的影响主要体现在冻害方面。没有一定的冻结深度或冰冻指数就难以形成冻胀和路基的翻浆冒泥,在同样冻结深度或冰冻指数的条件下,冻结速度和0℃以下气温作用的特点对路基翻浆冒泥的形成有很大影响。如初冬时,气温冷暖交替变化,温度在0℃到(-3~-5)℃之间长时间波动,就会使大量水分聚流到距路面很近的地方,形成严重的路基翻浆冒泥。如果冬季一开始就很冷,冻结线下降很快,水分来不及向上迁移,土基上部聚冰少,路基翻浆冒泥就较轻或不出现。此外,春融期间的气温变化及化冻速度对路基翻浆冒泥也有影响。如春季开始化冻时,天气骤暖,土基急剧融化,则会加重路基翻浆冒泥。温度的变化主要是引起路基中水的迁移和相变,从而引起路基可能产生翻浆冒泥。相对于水,温度是一个间接因素。因此,在优选路基填料和确保路基施工质量的条件下,只要做好路基的排水设施,基本上可以避免因温度的变化而带来的对路基的不利影响。

1.4列车荷载

列车荷载是产生路基基床翻浆冒泥的外在因素。翻浆冒泥病害的产生与作用在基床土上的列车动荷载密不可分。列车荷载在基床中产生的动应力很大,而且在路基的前进方向和横断面方向分布都不均匀。列车荷载与机车车辆轴重、列车运行速度、轨道的技术条件和状态密切相关。反复的列车荷载作用对路基的影响非常大,一般认为,在一定的运量范围内,运量与路基的翻浆冒泥病害的产生几乎成直线的比例关系。

2翻浆冒泥病害的整治措施

从路基翻浆冒泥病害产生的原因可知,铁路路基翻浆冒泥病害的整治应从路基的填料、路基的排水处理和减小列车荷载在路基中产生的动应力3个方面入手。

2.1路基填料的更换或改良

(1)换填法。换填法具有操作简单、消耗材料少、造价较小等优点,但对行车干扰比较大,是普遍采用的一种病害整治方法。换填不仅提高了基床表层强度,还可防治翻浆冒泥病害。据研究,换填厚度在50cm或以上时,可消除因土质不良引起的翻浆冒泥。若换填为碎石土或中粗砂等渗水土时,须做好基床的横向排水。

(2)挤密桩法。挤密桩法是近年发展起来的对行车干扰相对较小、操作较简便的方法,这种方法能在线路运营的情况下进行路基病害的处理和施工。首先用机具在基床成孔,然后分层填水泥土或石灰土,并用橄榄锤分层击实,从而使桩体与土体共同作用,形成复合地基,达到改良土质、提高承载力的目的。

2.2排水

路基翻浆冒泥病害产生的主要原因是路基中有水。因此,采取有效措施,使路基中的水及时排出,让路基始终处于一种比较干燥的状态,路基就不会产生翻浆冒泥病害。排水措施有很多种,如排水管插入陷槽疏干法、两侧挖切疏干法、单向切沟排出陷槽积水法和设置横向盲沟等方法。近年来,又发展了铺设土工膜封闭层的方法来隔离地表水,防止地表水渗入。同时,减弱动荷载对基床土的抽吸作用,防治路基翻浆冒泥病害。

2.3改变列车荷载在路基中的应力分布

一般情况下,路基面上的动应力最大值位于轨枕正下方(线路纵向)或钢轨正下方(横断面方向),而两侧较小。路基面应力沿横向总体上呈马鞍型分布。如果在基床内铺设土工材料,就可以改变基床的受力状态,使列车动应力在基床中分布比较均匀,同时,还可以提高整个基床的承载力,消除路基病害。

3实例分析

3.1路基病害状况及原因分析

浙赣线某段铁路路基由于雨水浸泡,排水不畅,发生了较大的沉降变形和翻浆冒泥,经过实地勘测,分析影响因素主要有以下2个方面。

(1)该段路基填料土质细腻、有滑感,含有钙质结核和铁锰结核,矿物成份以伊利石为主,拜来石为次。粘粉粒含量达95%以上,塑限14%~

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第38卷第6期铁道技术监督

25.5%,液限28%~52.6%,自由膨胀率42%~65%,为中等膨胀性土。

(2)大气降水特别是强降雨是路基病害发生的诱发因素,该地区年平均降雨量达1000mm,年最大降水量1345mm,最大日暴雨量可达276mm。

3.2整治措施

为了彻底根治该段路基病害,作了大量的比较分析,决定采用石灰改良基床填料与铺设土工布相结合的办法进行处理。

(1)拆除轨道及道床线路轨排。采用人工拆除,轨枕在不施工的区段存放,挖除的道砟放在线间水沟里。

(2)挖除基床填料。用2台挖掘机、2台推土机将路基基床范围内的土方填料翻挖并推至路基坡脚处。用汽车将运来的石灰与土方填料按照灰土配合比为7%进行搅拌均匀,其中石灰改良土配合比为质量配合比,石灰∶干土质量=7∶100。

(3)压实路基本体。在回填之前,先用压路机将路基表层充分压实,压实系数达到要求后才能进行分层回填。

(4)分层回填。将搅拌均匀的石灰改良土回填到原处,并充分压实,每层填土不超过0.5m,压实后厚度在0.3m左右。检验压实系数达到了97%后,才能进行下一层的回填。

(5)在距离路基面0.3m处铺设一层两布一膜土工布,铺设时确保路基表面压实得比较光滑,防止路基表面凹凸不平致使土工布破裂。两布一膜是我国生产的新型防渗材料,具有较好的防渗功能。路基面设置双向排水坡,排水坡度为5%。

该段路基经过上述措施处理后,运营2年多没有发现问题。

4结论

铁路路基翻浆冒泥是我国南方铁路中首要的路基病害。整治路基翻浆冒泥病害,首先得从其产生的条件和原因出发,追根溯源,从而针对具体情况采用有效的措施和方法,达到节约投资、优化维修方案、提高维修整治质量与效率的目的。有些路基病害是各种因素的综合体现,需要采取多种整治措施同时施工、综合治理,才能确保国家经济大动脉的正常运行。

参考文献

[1]宫全美.铁路路基工程[M].北京:中国铁道出版社,2007.[2]周猛.动荷载作用下铁路路基翻浆冒泥探讨[J].安徽建筑,2008(3):137.

[3]施加友.浅谈道床病害的产生与防治[J].上海铁路科技,2008(3):119-120.

香港理工大学在第13届中国北京国际科技产业博览会上

展出“精密铁路监测系统”

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第13届中国北京国际科技产业博览会于2010年5月27—31日在北京召开,香港理工大学展出了其科技成果“精密铁路监测系统”。

“精密铁路监测系统”技术为智能铁路监测网络,主要用于对线路钢轨及列车结构对等的监测。它利用先进的光纤光栅传感器,把机械应变转换成反射光波长的变化,通过监测光波长的变动,对机械应变进行测量,监测其结构的变动情况,提示管理者及时对监测对象进行进一步检查、维修。

“精密铁路监测系统”的核心技术是光纤光栅,它是一种刻写于250微米直径光学纤维中、10微米芯径里的一维光栅。这种光栅能以反射光的波长变化反映感应值,由于波长是绝对参数,因此,能高度准确地保护并传送感应信息。整个光纤光栅传感系统是将数以百计的光纤光栅传感器安装于单一光纤光缆中并连接至数千米的距离,并能同时感应不同环境的变化,如温度、应变、振动、加速度及倾斜状态等。

光纤光栅传感器的特点是:①不受电磁干扰;②抗腐蚀;③可遥控监测;④属于完全被动式传感器;⑤单一系统能测量多项数据;⑥适用于高危及易燃环境;⑦能提供波长编码信息,具有自我参照能力;⑧反射传感器具有内在的后备连接可行性,从而提高系统的可靠性。

“光纤光栅铁路监测系统”自2003年开始,已在香港铁路沿线进行实地测试及安装,用以监测钢轨与车辆的安全状况,为香港铁路的安全运行提供了技术保障。

该尖端的光纤技术屡获国际奖项。2004年,在瑞士日内瓦举办的第32届国际发明及创新技术与产品展览中荣获金奖,同年在中国上海举行的第5届中国发明展中获得铜奖。2009年,获得第12届中国国际工业博览会金奖,同年获得伊朗科技大学颁发的特别大奖。

本刊编辑部

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