铁道工程类论文

湖南高铁职业技术学院毕业论文（ 2012届）论文题目： 铁路既有线路基病害整治的探讨 姓 名： 吴伍华 系（院）： 交通工程系 专业名称： 铁道工程技术 指导老师： 刘德辉 2012 年 5 月 20 日中文摘要对既有线铁路路基中存在的病害进行了分类，分析了各种铁路路基病害发生的机理，介绍了路基病害的检测方法，指出明确各种路基病害的类型及形成机理，并进行准确的检测是预防铁路路基病害并进行有效治理的基础。路基是条带状结构工程，沿线经过的地质条件差别较大，填料也不均匀，而不少地区都存在膨胀土、红黏土、软岩风化残积土等各种工程性质不良的土，并且受到地理和气候环境常年变化影响，加之由于技术水平、经济条件以及施工机械设备方面的原因,我国的铁路路基设计通常采用较低的技术标准，施工质量往往要求不严，从而导致各种铁路基床病害成为一种分布广、治理难、多发性强的病害，加之近年来随着重载及提速列车的大量开行路基运行。所以了解病害的类型及其发生机理，并对其进行实用的检测,对路基的防护内应力水平、分布状态和作用方式显著改变由于既有铁路线路基设计承载力偏小，在列车提速后荷载引起的动应力之下，导致各种病害的产生，或使已存在的病害更加严重而严重影响着列车的安全和治理是非常重要。但归纳起来主要有两个方面：（）病害的发生取决于特定的地质环境；（）病害的发生与相应的气候变化和列车振动荷载息息相关。前者是病害发生的内因。后者是病害发生的外因。观测表明，在列车轮轴荷载的重复作用下，路基的渐进破坏主要表现为过大的塑性变形，这种塑性变形累积到一定程度将会使路基填土产生塑性流动，并产生路基病害。研究表明：产生这些病害（破坏）的原因在很大程度上依赖于路基土在循环荷载作用下的抗剪强度特性，而后者与土的饱和度密切相关。随着饱和度的增大，土的动强度（即经过若干次循环加载后仍处于稳定状态的最大偏应力比）将显著降低。处于轨道下方的路基土因反复受到挤压和固结而产生过大的累积塑性变形，从而形成所谓的道碴坑以及枕木下方的积水坑。尤其是在雨季，基床填土含水量达到饱和状态，动强度显著减小，从而使道床工作性能急剧下降，甚至会导致线路产生严重的不平顺而影响行车安全。关键词：路基病害 施工 整治 措施AbstractExisting railway embankment on the existence of the disease in a classification, analysis of a variety of railway roadbed of the mechanism of disease occurred on the roadbed disease detection methods, pointing out that the various specific types of diseases and subgrade formation mechanism and the detection accuracy is railway embankment to prevent disease and the basis of effective governance. Subgrade is strip structural engineering, the geological conditions along the route through the differences are not uniform packing, and there are many areas of expansive soil, red clay, soft rock weathered residual soil and other soil non-performing nature of the works, and by Geography and climate change impacts all the year round, in addition to the technological level as a result of economic conditions, as well as construction machinery and equipment reasons, the design of Chinas railway subgrade is usually a lower technical standards, construction quality is often not strict, resulting in a variety of railway subgrade disease has become a widely distributed, difficult to control, multiple and strong disease, coupled with the heavy load and speed in recent years a large number of trains will start. Subgrade run. Therefore, understanding the type of disease and its mechanism and its practical testing, the protection of the subgrade level of internal stress, the distribution of state and significant changes in the mode of action. Existing railway lines as a result of capacity-based design of small, after the train speed load under dynamic stress caused by, resulting in the emergence of a variety of diseases, or the disease has been in existence for more serious and a serious impact on train safety and control is very important. Can be summed up in two main areas: (1) the occurrence of disease depend on the particular geological environment; (2) the occurrence of diseases and the corresponding climate change and the train load is closely related to the vibration. The former is the occurrence of internal diseases. The latter is the occurrence of external diseases. Observation showed that the axle load train under the repeat, the gradual destruction of roadbed for the main performance of the plastic deformation is too large, the plastic deformation will be accumulated to a certain extent so that plastic flow generated roadbed fill, and roadbed have a disease. Study: of these diseases (damage) to a large extent dependent on the reasons for the subgrade soil under cyclic loading in the shear strength characteristics of soil which is closely related to saturation. With increasing saturation, the dynamic strength of soil (that is, through a number of cyclic loading in a stable state after the maximum deviatoric stress ratio) will be significantly reduced. Track in the bottom of the subgrade soil due to repeated squeezing and consolidation resulting from the excessive accumulation of plastic deformation to form the so-called pit ballast and sleepers of the water pit below. Especially during the rainy season, soil moisture-based bed saturated, dynamic strength significantly reduced, so that ballast sharp decline in performance, and may even lead to lines do not have a serious impact on traffic safety and smooth. Keywords: Subgrade construction remediation measures Diseases目 录第一章 概述-41.1 路基病害的类型-51.2 采取正确的整治措施-5第二章 路基病害的类型及防治-92.1 路基病害的类型-92.2 路基病害产生的机理-10第三章 病害的预防和整治-11 3.1 病害的预防-113.2 病害的整治-113.3 铁路路基病害的整治工程-13第四章 路基病害成因分析-184.1 工程概况-184.2 病害成因分析及工程措施-184.3 施工方案及工艺-194.4 施工要求-214.5 施工注意事项-224.6 整治效果-22第五章 铁路提速区段路基病害整治的探讨-235.1 线路概况-235.2 病害整治-235.3 整治效果-27参考文献-28致 谢-29第一章概述1.1路基病害的类型路基病害的种类主要有：基床病害、路基冻害、路基坡面病害；不良地质现象引起的路基病害，如崩塌、落石、滑坡、泥石流等地段的路基病害；地区性的路基病害，如黄土路基、软土及泥沼地区路基、盐渍土路基、盐湖路基、雪害地区路基、风沙地区路基、岩溶地区路基、采空区路基病害等。路基是一条带状结构工程,沿线经过的地质条件差别较大,填料也不均匀,加之近年来随着重载及提速列车的大量开行,路基内应力水平、分布状态和作用方式显著改变,由于既有铁路线路基设计承载力偏小,在列车提速后荷载引起的动应力之下,导致各种病害的产生,或使已存在的病害更加严重,从而严重影响着列车的安全运行。1.2采取正确的整治措施既有线路基病害整治工程与新线路基设计不同，场地和工程地质条件复杂，勘察难度大，设计考虑的因素多。必须正确判断病害发生的原因，合理地考虑场地条件、既有工程的利用和施工时对行车安全的影响等因素，既要确保设计技术上可行，又要做到经济合理。 按照“彻底根治、不留后患，经济合理、安全可靠”的16字原则，地路处在既有铁路路基病害整治过程中取得良好成绩。同时注重技术创新，完成整治的路基病害类型有边坡及挡墙变形、滑坡、崩塌、落石、路基沉陷、基床病害等。针对不同路基病害设计采用了不同的工程措施，其中预应力锚索、锚索桩、微型桩、棚洞、SNS柔性防护网均系我院首次应用，并有多项设计类型是新线工程设计中难以遇到的。在项目的实施过程中，地路处加强了服务意识，特别是对施工承包的项目，通过出色的组织和严密的管理，均优质、安全、按期地完成，创立了预应力锚索、钻孔压力注浆、挂网喷浆等岩土工程品牌，为我院组建和锻炼了多个施工队伍。由我院完成施工既有铁路路基病害整治工程中的预应力锚索有12万余米，挂网喷浆近70万平方米，岩溶及粉土路基塌陷注浆钻孔5000多孔，近8万米，压入水泥10万吨。 既有铁路路基病害整治是勘察设计的延伸，是岩土工程的发展，是对勘测设计的再认识，是地路处经营开拓的重要组成部分。通过既有铁路路基病害整治，加深了与运营单位的相互了解和相互沟通，深化了设计人员对地质路基勘察设计的认识，锻炼了队伍，促进了地质路基勘察设计水平的提高，对地质路基勘察设计来说受益非浅。第二章 路基病害的类型及防治基床是路基上部承受轨道、列车动力作用，并受水文气候变化影响而规定的一定深度。基床有表层与底层之分。基床在各种因素影响下，产生各种类型的永久性变形，称为基床病害。据国内既有铁路调查资料，基床病害最大深度已达路肩下2.0m。2.1基床病害的类型基床病害按其不同的发展阶段及不同的表现形式主要有翻浆冒泥、下沉、外挤、边坡坍方、冻害等。 2.1.1翻浆冒泥在列车动压力作用下，道床孔隙内挤压出泥浆的一种现象称为翻浆冒泥。翻浆冒泥将引起一系列线路病害，如道碴陷坑扩大，产生轨枕吊板、暗坑；污染道床，弹性降低；加速木枕腐蚀，严重损伤混凝土枕；钢轨出现波浪形永久变形，鱼尾板折断数量增多等。在严重翻浆地段，线路质量不良，影响列车运行。翻浆冒泥有土质基面翻浆冒泥、风化石基面翻浆冒泥及裂隙泉眼翻浆冒泥三种类型。2.1.2下沉当基床土质为中塑性黏土、淤泥、泥炭、风化残积土、粉质黏土时，由于翻浆冒泥不断发展，路基面上的土逐渐侵蚀流失；再加地表水流入，道碴囊大量积水且不断加深致使基床土体饱和软化，强度显著降低（无侧限抗压强度小于0.1MPa）。在列车动力作用下道床石碴陷入基床，并使道床下的土体局部压密，因而使路基下沉。雨季下沉的速度较大，旱季较小。下沉时，轨道的水平、标高、方向均有较大变化，这时，基面泥浆向下渗透，一般不再发生翻浆冒泥。在路堑中有时可见泥浆从轨道一侧的沟边或沟底冒出。2.1.3外挤这种病害一般发生在路堑地段。基床土质和“下沉”中所述相同，其厚度约为0.41.5m,其下有刚卧层。与发生下沉病害一样，由于翻浆冒泥的发展，地表水渗入，道碴囊大量积水，且地下水位较高，使基床土质饱和软化，承载力显著降低。在列车动力作用下，基床产生塑性流动。但由于其下有刚卧层存在，在刚卧层上形成滑动面。当刚卧层倾斜时，软卧层向一侧侧沟挤动，路肩向上隆起。2.1.4边坡坍方坍方的表现形式有剥落、碎落、滑坍和崩坍。剥落、碎落、滑坍主要发生在路堑边坡。剥落是指边坡表层土壤,岩石风化成零碎薄片,从坡面上脱落下来的现象,剥落碎屑的堆积。会堵塞边沟,影响路基稳定。碎落是岩石碎块的一种剥落现象,落石产生的冲击力可使路基、路面遭到破坏,威胁行人及车辆的安全。崩坍是大量土石脱离坡面翻滚于边坡下部形成倒石堆或岩堆的现象。崩坍的土石方往往造成交通中断,也是危害最大的路基病害。崩坍的发生主要是路堑的开挖使原有自然坡面失去平衡所致。滑塌是指边坡上的大量土石沿着一定滑动面整体向下滑移的现象。路堤边坡的滑坍,是由于边坡过高、坡度较陡、填方不密实、缺少必要的支撑与加固等原因造成的。路堑边坡的滑坍,则是由于挖方岩层倾向路基,倾角在5070之间,夹有软弱和透水层或岩石严重风化,在水的侵蚀和冲刷作用下形成滑动而使土石失去平衡所致。2.1.5冻害冻害发生在寒冷地区,如路基土为透水性较差的细粒土,当含水量较高或路基面积水,在冻结过程中,土中水重新分布和聚集形成冰块,又引起不均匀的冻胀现象。冻胀是由于路基下部的水向上集聚并冻结成冰所致,过大的冻胀可使柔性路面鼓包,开裂,使刚性路面错缝、折断,冻胀是翻浆过程的一个阶段同时也是一种单独的路基病害。冻害的预防措施主要有： 1经常保持道床整洁，防止泥土杂物混入道床，及时清除土垅。2保持路肩和边坡平整，无裂缝、无坑洼积水。3完善地表排水系统，保持各种地面排水设备平顺畅通，排除堑顶、坡脚及附近积水。4定期检查、疏通各种地下排水设备，做到不积水、不堵塞，降低地下水位。5结合其它作业，事先更换或改良不均质土体。6入冬前，做好各项排水设备防寒工作，保持其状态良好，不冻结，无损坏。准备必要的保温材料，以便随时使用。冻害的整治：1.加强地表排水。主要措施有：清筛不洁道床，削去道床两端土垅，增强道床排水性能；铲平路肩坑洼，防止路肩积水；整治道碴陷坑；保持排水设备流水畅通等。2.降低地下水位。修筑渗沟可以降低地下水位或拦截地下水，使路基面干燥，以消除冻害。3. 换土。挖除冻害地段的冻胀性土，换以渗水土或与两端相邻的冻胀性相近的土，使路基均匀冻起，以消除冻害。 换土的深度，一般冻土层有多深就换多深，若超过冻结线时，则换至冻结深度即可。 换土的宽度，在路堤处应整断面更换。路堑及不填不挖地段，可采用槽行换土，槽底宽度不得小于2.7m.对于年降雨量较大的地区,如槽底为非渗水土时,则应按基床全宽更换,并设置必要的排水设备。 换土的长度应与冻结地段等长,其两端应做好了顺坡。4铺设炉渣保温层 炉渣的导热系数很小,有良好的保温性能。铺设炉渣保温层可以防止路基冻胀或减小冻起高度。用做保温层的炉渣，应做过筛处理，粒径340mm。铺设炉渣保温层的方法有两种，一种是铺设炉渣垫层，另一种是炉渣抬道。1）炉渣垫层 将基床上部的土挖法，换以炉渣，分层填饱满，每层厚200300mm,炉渣垫层的厚度按土的冻结深度确定。炉渣垫层的长度等于冻害地段的长度，其两端应设置顺坡。因炉渣浸水后的保温作用显著降低，所以要保证炉渣垫层的低面高于地下水位。如地下水位较高，应设置单侧或双侧地下排水设备，使地下水位降低后再设置保温层。也可在保温层内每过510m设一横向渗水盲沟，流水坡度应采用5%10%。 2）炉渣抬道 采用炉渣通过多次抬道分层垫入枕底，将路基面抬高至需要的高度，使抬道范围内的冻害地段有一层保温层。 炉渣抬道适用于沼泽地区路基和常年积水的低路堤地段，以及地表水较丰富，地下水位较高的浅路堑地段（结合必要的排水设备）。 2.2路基病害产生的机理路基病害的产生和发展与路基填料的工程性质、地表水与地下水、列车振动荷载、土的动力强度特性和温度及其变化有关。主要是路基填料、水、列车荷载和温度变化等各项因素综合作用的结果,各种因素之间又相互关联。观测表明,在列车轮轴荷载的重复作用下,路基的渐进破坏主要表现为过大的塑性变形,这种塑性变形的累积到一定程度将会使路基填土产生塑性流动,并产生路基病害。研究表明:产生这些病害(破坏) 的原因在很大程度上取决于路基土在循环荷载作用下的抗剪强度特性,而后者与土的饱和度密切相关。随着饱和度的增大,土的动强度(即经过若干次循环加载后仍处于稳定状态的最大偏应力比) 将显著降低。处于轨道下方的路基土因反复受到挤压和固结而产生过大的累积塑性变形,从而形成所谓的道砟坑以及枕木下方的积水坑。尤其是在雨季,基床填土含水量达到饱和状态,动强度显著减小,从而使道床工作性能急剧下降,甚至会导致线路产生严重的不平顺而影响行车安全。第三章 病害的预防与整治路基病害的预防和整治,应贯彻“预防为主、综合治理”的原则,首先弄清发生病害的原因,经过综合分析,因地制宜地采取整治的措施。3.1病害的预防病害预防包括以下内容: 资料收集包括线路的设计、施工资料及线路区域的气候、水文、工程地质等情况,并了解其变化规律,为防治病害提供第一手资料; 根据线路当前的状态及运营情况,应每35 年进行一次线路的普查,评估线路的安全状态,提前发现病害趋势并进行相应的处置。调查的方法除了传统的人工调查、轨检车检测外,铁道部目前正在推广铁路路基快速物探检测系统,检测深度达轨面下215m, 检测速度可达80kmPh; 防止水渗入路基和路基积水,保持路基面排水坡度。3.2病害的整治路基病害的整治应从路基填料(改变其填料类型、改变填料的成分) 、防止水侵入(改善路基结构设计) 、提高路基强度和刚度(改善路基结构设计) 入手,路基的整治流程见图1。图3.2 基的整治流程处理路基病害基本按以下步骤进行。需要检测路基病害,判断路基病害的类型、发生的部位及规模大小、严重程度; 对产生病害的主要原因进行分析:一般为填料、水分侵入、强度不足等方面的问题; 拟采取的措施:应采用技术上可行(控制病害产生原因) 、经济上合理的治理方法。3.2.1路基病害检测1) 典型地段开挖横沟,了解路基的几何特性。2) 采用探地雷达法和瞬态面波法对试验区段内的路基进行大面积的扫描检测。探地雷达法具有直观反映道床几何形态、表层分辨率高的优点,可以探明路基结构的分层;探测路基病害类型、程度和具体位置,用于分析道床、路基各个土层的地质情况;探地雷达测出的结果是基床的电性参数,而无法给出路基的力学特性。而瞬态面波法表层状况由于道砟的散射和高频信号的限制不能精确地反映真实土层状况,探地雷达方法可弥补瞬态面波法的不足。瞬态面波方法对在土中频散曲线比较平滑,能够准确反映路基土的力学参数随深度的变化,测试的深度也比较深,也正好弥补了探地雷达方法不能反映路基土的力学参数和测试深度浅的不足。在路基病害测试中,最主要的是路基表层(有无陷槽、砟囊) 和其下路基土的承载能力,所以两种方法结合,优势互补,正好能够达到路基的测试目的。3) 对路基强度、刚度等参数方面的分析。轻型动力触探主要反映路基土的力学性能,是以击数(10cm )来反映路基各个位置的力学性能指标,击数越高说明土质性能越好,强度也越高,可以从不同深度位置来测试出不同深度下土的力学性能以分析路基状况。针对既有线路的特点,对既有路基测试应遵循原位(动力触探) 和区段测试(地质雷达、瞬态面波法) 相结的测试方法,这样可对既有路基的状况做出一个综合的评价,为路基病害的处理提供基础资料。3.2.2路基病害治理措施路基病害的治理办法有很多,不同铁路线路、同一线路的不同区段的路基填料不尽相同,产生路基病害的部位、原因不同,必须针对各种病害的特点,采用切实可行的措施。根据路基病害成因及特点,防止路基病害的原则是:改土、减压、防水、综合治理。1) 换填。换填路基,对于容易发生下沉外挤或深陷槽病害的软弱基床,可采用基床表层换填的整治方案。换填厚度视软弱层厚度而定,一般为5060cm 。病害一般地段换填料可为级配良好的碎石土或中粗砂,或在原基床土中掺入改良土壤工程性质的材料后形成的改性土。换填效果好,但是对行车的影响很大,在目前运力繁忙的情况下尽量少采用。2) 改土。通过改良现有路基的力学特性达到整治的目的。常用的有压力灌浆法和水泥土挤密桩加固法两种。3) 减压。就是降低列车荷载对路基的作用,主要是通过改变路基和轨道的结构来实现,方法主要有:加长轨枕长度和缩小轨枕的间距、使用重型钢轨、加厚道床和设置垫层等。4) 充分注意路基排水。治水是整治路基病害的关键。除了上述提到的防水措施外,还可根据现场的情况采用增设横向排水或设置集水井等方式。5) 综合治理。采用综合方法,彻底根治病害。路基病害往往是多方面不利因素造成的,治理时要对症下药,不同的治理方法综合使用,对病害彻底治理。3.3 铁路路基的病害整治工程京广线K924 段位于河南省信阳市境内, 其中K924+650 K925+650 属于双线路堑段。由于该段内长时间雨水较大,导致路基底部部分地段出现泥化现象,进而引起路基下沉,导致现在列车经过时振幅很大,严重影响了正常的列车行驶。3.3.1 路基检测采用地质雷达、电法仪等物探手段,查明路基的充泥充水、泥化程度等状况;为制订整治方案提供依据。首先通过地质物探方法对病害段路基进行一次全面检测,探明病害的确切位置及程度,2007 年8 月对可能存在病害的路段进行了物探检测。根据物探检测结果显示:K924+650 K925+650, 其中350m 路基段出现病害,该段病害路基强度普遍很低,大部分为强度60kPa 的软弱土层,小部分路基的软弱土层甚至低于20kPa, 且在病害段350m 的长度范围内软弱土层的厚度及埋深均变化较大。该两层软弱土层的存在是该段路基产生翻浆冒泥病害的主要原因。根据物探的结果将该试验段共划分为6 个不同的整治区域,每个区域分别确定具有针对性的注浆参数。3.3.2 病害治理方法1) 对路基土吸水膨胀、液化,以致发生路基下沉,翻浆冒泥等病害路段,路基上部压注TCM土壤改良剂,改良软弱的不良泥化路基,通过灌浆料的凝结反应,消耗掉黏土中的水份,使土体恢复自身的承载力。下层的软弱基础通过低压灌注TGRM特种灌浆料填充孔隙,使其凝固成具有较高稳定性的整体,提高路基土体的力学性能。TGRM特种灌浆料是专为铁路设计的灌浆材料,初终凝时间控制在2min 内,不会因列车通过振动而造成无法凝固。2) 对因换填厚度不足造成路基承载力低,进而形成路基下沉地段,采用灌注TGRM特种水泥灌浆料,固结松软的土体,形成强度较高的结石体,提高路基的整体承载能力,防止路基的继续沉降。3) 加强排水:根据铁道部铁路路基大修维修规则关于路基维修工作需本着“综合整治、排水第一”的原则,在路基含水量较丰富的地点需布置路基水平排水盲管。根据物探显示含水层深度,以改善路基土体的排水能力,防止土体的再次泥化。同时在线路路肩铺设防渗土工布,防止大气降水进入路基。根据上述方案中病害的产生机理和病害整治原则,结合物探检测结果,确定路基下方的极软弱土层(承载力20MPa ) 和次软弱土层(承载力60MPa ) ,分别采用TCM土壤改良剂和TGRM特种灌浆料进行分层注浆施工,同时针对每个注浆区域分别确定注浆参数,具有针对性的对地层进行改良。3.3.3 效果检查和注浆方案调整结束注浆后,每间隔10m 钻机取芯,观察注浆效果;如有注浆不饱满段,再进行二次补充注浆,直到达到设计要求。根据注浆施工的效果观测和取芯检查,分析和评价注浆加固的效果,由施工方的现场技术负责人适时对注浆方案和注浆参数进行调整。33.3.4 防排水系统路基排水系统的完善和加强对控制路基因水而引起的病害至关重要,因此采取加强排水沟孔施工,根据现场条件适当的铺设土工防水布,以控制地表降水的直接渗入,实现对水的堵、排、防三种措施相结合。3.3.5路基病害的整治方案以京广线K802 + 300 K806 + 300 路基病害为例,对病害整治方案逐一进行探讨。3.3.5.1暗洞(1)处理措施:设计对暗洞病害采用注浆处理,具体处理措施详见图1、图2。(2)注浆钻孔的布置方式:注浆的深度为路基面下310m,宽度6m,在道床坡脚处成孔, 4排孔,既有道床坡脚为第一排孔,最外一排为直孔。每排孔中孔间距为115 m,中间可插斜孔,最外排孔为直孔,保证床范围内的基床下部空洞穴全部加固。现场施工时若在路肩挖槽后成孔、注浆,浆完成后,路肩必须夯填实,做好排水坡不得阻水,满足道床排水要求。(3)基床注浆的原则: 注浆压力控制在015 MPa以内,机械成孔,注浆面层距枕底0170 m,要求注浆后基床不再进行封闭处理,空洞穴内充填密实。注浆材料为水泥、粉煤灰,水灰比0190,水泥、粉煤灰质量比= 1 4,要求利用“施工天窗点”进行施工。3.352碴囊陷槽道碴囊有浅碴囊和深碴囊之分,本次设计对小于015m深的道碴囊称为浅碴囊,对于大于015m深的道碴囊成为深碴囊。(1)浅碴囊,整治措施为直接跳槽切肩并相应换填成级配碎石,详见图3。对既有路肩比较宽的地段,为了减少挖切换填工程量,路肩宽度大于3 m的地段设计按设置纵、横向盲沟处置,宽度均为018 m,切肩深度按道碴囊深度控制,具体布置见图4。(2)深碴囊地段分布及处理措施。对于深碴囊, 1m以上为直接切肩换填级配碎石,换填面以下的碴囊采取注浆加固,把碴囊固结为不透水的整体,增加路基强度,详见图5、图6。孔的布置方式:注浆的深度为路基面下215 m,宽度6m,在道床坡脚处成孔, 4排孔,既有道床坡脚为第一排孔,最外一排为直孔。每排孔中孔间距为115 m,中间可插斜孔,最外排孔为直孔,保证道围内的基床下部道碴囊全部加固。基床注浆的原则:注浆压力控制在015MPa以内,机械成孔,注浆面层高出切肩底面0120 m,道碴囊内充填密实。注浆材料为水泥、粉煤灰,水灰比0190,水泥、粉煤灰质量比= 1 4,要求利用“施工天窗点”进行施工。本次路基病害是通过西南大学地球物理勘探和检测研究所应用“电阻率CT成像探测技术”进行探测的。由于既有线路基存在上覆结构,又有列车运营,对检测速度和方法的可实施性有新的要求,所以目前既有线路基检测的方法可能存在一定的偏差,应尽快制定一套既有线路基检测评估的有效方法。第四章 路基病害成因分析京广线下行K950 + 000 K950 + 092 段,属丘陵地区填土路基, 第六次提速拨改地段。自2007年4月提速至200 km /h以来,由于路基不稳致使晃车信息频发。多次组织相关部门技术人员到现场进行检查,晃车现象主要表现在线路高低、水平变化量大。经多次大机捣固、小机群保养,效果不明显。其后,工务段建立了线路和路基沉降观测桩,每天进行观测,经过对观测数据的分析,认为路基沉降是导致线路晃车病害的主要原因。4.1工程概况由于该段为提速改拨地段,现路基位置原来为水塘及水稻田,且该处路基紧靠水塘,水塘内常年有水(见图1 ) 。根据路基病害特征和病害规模,以及对沉降稳定观测资料的分析,认为该处路基病害仍存在发展趋势。为了确保高速列车运行的绝对安全、平稳,相关单位对该处路基病害进行了现场勘探,并对路基病害整治做了专题研究,一致认为,必须采取补强措施对路基进行加固处理。4.2 病害成因分析及工程措施4.2.1病害原因分析此处路基属地爬线路基,填筑时采用回填方案,由于清挖淤泥不够彻底,压实密度未满足要求;且水浸路基隐患未彻底根除等原因是造成线路下沉的主要原因。4.2.2 工程措施根据对病害特征、病害原因及病害发展趋势的分析、判断,应采用静压注浆进行工程整治。旨在控制路基沉降变形,防止水浸路基,以保证路基的稳定和行车运营的安全。4.2.3 工艺选择在加固处理的施工工艺选择上,为减少对行车的干扰,我们对灰土挤密桩、换填、静压注浆三种主要工艺,进行了施工条件、作业方法、整治效果、工程费用等主要经济技术指标的对比,最后选定了静压注浆这种新型的路基加固施工工艺(此工艺不需要限速或封锁线路) 。4.2.4静压注浆目的挤压注浆参照注浆技术规程( YBJ 44 - 92)和有关规定,采用渗透注浆与压密注浆两种注浆工艺。压密注浆,采取浓浆、低注浆速率,形成浆泡,以挤密周围土体。静压注浆目的是为了填充错落土体空隙,以及因浆泡挤密作用产生的应力扩散,增加土体的密实度,从而调整、控制路基不均匀沉降。4.3 施工方案及工艺4.3.1施工方案(1)由于线路左侧为水塘或稻田,施工面狭窄。应分段拆除既有围墙,向线路侧推进1. 5 m临时搭设封闭网,以保证行车安全及人身安全。每次施长度按15 m安排,施工一段,恢复一段。(2)此段加固长度为92 m,布3 排孔,一直两斜,孔距1 m,呈梅花形排列。(3)钻孔和注浆作业采取流水作业法进行,成孔后必须及时注浆防止收孔。4.3.2施工工艺(1) 布孔原则距路肩墙外侧向内1. 3 m处,沿线路纵向92 m范围内布一排垂直孔(封闭孔) ,起隔水及加密土层作用。在线路路肩上及路肩墙下方各布一排斜向孔倾向线路内侧,用于线路下部注浆加固。同排一般直孔与斜孔相间布置,纵向孔距1 m。(2) 钻孔深度直经直孔深度3 m,注浆2. 5 m;斜孔深度按直孔深度换算延米;斜孔1深度6. 07 m, 83,注浆3. 45 m;斜孔2深度3. 23 m, 50, 注浆2. 39 m。钻孔直径7090 mm。(3)注浆材料配比浆液为纯水泥浆,采用Po32. 5硅酸盐水泥。水泥浆液水灰比为0. 8111。渗透系数0. 20. 3;渗透半径0. 5 m。(4)当遇如下情况时,应采用停停灌灌或调整浆液浓度。水泥浆液扩散过远,即跑浆现象。孔口附近冒浆。需压密注浆加固。压力过高,无法注入时。(5)注浆压力参数:注浆压力为0. 10. 5 MPa,最大1. 0MPa。4.3.3钻孔注浆要求(1)钻孔由于该路基为砂质粘土填筑,注浆钻孔采用机械100型潜孔钻机成孔。施工时应在搭设的钻机平台上施钻,不得任意开挖破坏既有路基面及路肩墙。钻孔顺序宜先直孔,后斜孔。钻探全部采用干钻。每段注浆前,用黏土将注浆孔外侧填充夯实封口。深度不得小于1 m。(2)注浆利用注浆花管进行注浆。一般情况下浆液由稀到浓,根据具体情况逐步提高浆液浓度和注浆压力。(3)注浆顺序宜先外侧, 后内侧; 先直孔, 后斜孔。(4)注浆时,应加密观测;严格控制注浆压力,保证注浆质量,防止线路隆起。(5)受浆范围,路基面以下11. 5 m,至填土界面0. 5 m。(6)注浆主要机械设备:钻机、空压机、注浆泵、注浆管、泥浆搅拌机等。4.3.4注浆结束标准(1)当注浆孔口压力达到1. 0MPa,浆液难以注入时。(2)冒浆点已出有效范围时。(3)当注浆压力不大或降低注浆量,路基出现异常,影响铁路运行安全时,应立即终止注浆,同时采用抽排措施。4.3.5注浆效果检查注浆前后,物探成果(面波法)对比,检查注浆效果,要求波速提高15%25%。4.3.6作业人员作业人员由以下人员组成:现场施工负责人1名,驻站联络人员1名,现场远端防护1名,现场防护1名,现场线路几何尺寸检查员1名;发电机操作手1名,液压泵操作手1名,搅拌机操作手1名,钻机操作手2名,空压机操作手1名、注浆泵操作手1名、注浆管操作手2名。4.4施工要求(1)动车组和时速160 km的列车通过前1小时停止一切作业,由专职检查人员对线路几何尺寸进行一次全面检查, 确认无超限数值时提前30 min撤出防护网外,其他列车通过时应停止一切施工。(2)注浆时不得提升注浆管, 注完后应停留10 min,待浆液稳定后再提管。(3)注浆应先外侧、后内侧,先直孔、后斜孔。直孔和斜孔分别跳孔施钻,以免孔位串浆。钻孔应干钻,实行跟管钻进,直至设计深度。(4)施工钻孔孔位原则上不得任意移动,孔位按实际记录。(5)注浆过程应加强地面观测、监控记录,包括路基面及轨顶标高变化、冒浆点位置、坡面异常等。(6)注浆全过程应作好技术资料和基础数据记录、整理、分析工作。注意控制注浆压力,严格按相关规程、规定操作实施。(7)验证孔在注浆完成后应布置于沉降变化及注浆量较大处。(8)注浆结束后,必须及时用水泥砂浆封孔,斜孔应更加保证封孔质量,严禁管全部起拔后再封孔。(9)注浆工点附近道床污染、护肩及排水沟损坏应进行清换。(10)对周边环境污染应严格控制。4.5 施工注意事项(1)因在铁路线两侧施工,应作好两端的安全看守,加强安全防护,确保运输安全和施工的顺利。(2)施工前应收集和调查地下电缆、管网的具体位置,钻探应坚持先挖探及进行地下管线探测后再钻探的原则,确保地下管线的安全。(3)施钻和注浆时应注意人身、机具安全。钻探、注浆机具严禁侵入限界。(4)在注浆施工过程中,必须建立完整的观测网,加强监控量测,便于科学地调整施工工艺,出现路基抬升或变形异常情况,立即停止施工,并汇报,共同研究对策。(5)开挖及施钻必须保证路基土的密实度不受扰动,钻探严禁水冲作业。(6)在高压线下施工,应改装钻架,保障安全。(7)既有路基边坡上施工,不应破坏既有边坡坡率,并及时恢复坡面防护等设施。4.6 整治效果该工程于2007年11月施工,历时10 d。注浆工程完成后,我们建立了线路及路基的沉降观测制度,特别是对线路高低、水平的检查。经过检查,注浆完成后一周内,路基沉降量逐步减小,直至为零;线路几何尺寸变化大的现象再没有发生,保持了稳定。高低、水平的变化规律同区间其它地点一样,进入了有序可控的状态。第五章 铁路提速区段路基病害整治的探讨路基是轨道结构的基础, 承受着列车和轨道的荷载, 因此必须有足够的强度、稳定性和耐久性。路基病害的出现, 将影响线路质量及行车速度, 给运输能力带来很大影响, 严重的将危及行车安全。为提高铁路运输的竞争能力, 既有线提速是必然之举。京九线在铁路第六次大提速中, 旅客列车最高速度由120 km /h提高到160 km /h。因此, 对路基病害的整治技术提出更高的要求。5.1线路概况阜阳工务段管辖京九铁路K718 + 300 K907+ 300, 全长189 km。铁路设计等级为I级, 复线。路基均为填土路堤, 高度212 m。沿线区域属温湿润季风气候, 气候温和, 雨量适中; 年最大降雨量1 691 mm ( 1956 年) , 年最小降雨量为441 mm ( 1953年) ; 年平均降雨量900mm。降雨主要集中在6、7、8 三个月。百年一遇频率的最大24小时暴雨值260280 mm。线路位于黄河冲积平原。地面绝对标高北端4819 m,南端2815 m, 相对高差仅2014 m。区域地层为第四系上更新统冲积层(Qal3 ) 和全新统冲积层(Qal4 ) 。其中K718 + 300K742 + 000, 以粉砂土为主, 分布厚度612 m, 以下为粉、细砂夹薄层粘土。K742 + 000 K800 + 835, 以粘土为主, 含少量砂粘土, 棕色及灰黑色, 塑性指数18102412,自由膨胀率3114 %3616 % , 液性指数为313 %1175 %。K800 + 835K907 + 300, 地表属膨胀土, 一般呈灰褐色, 开挖可见明显网状裂隙, 表层呈颗粒状, 液性指数3411 % 5611 % , 自由膨胀率为2015 %7515 %。5.2 病害整治路基病害的整治, 遵循“预防为主, 防治结合, 彻底整治, 不留后患”的原则, 从设计、施工、运营等方面对方案进行重点研究, 并以综合效益和社会效益为目标, 通过经济比较确定。对不同性质的填土和路基病害的类型, 研究其发生原因,提出病害的整治措施和技术要求。5.21 粉砂土路基粉砂土因内摩擦角大、内聚力较低、渗透系数高、抗冲刷能力差, 路基主要病害有边坡冲蚀、坍塌和基床陷穴等。边坡冲蚀、坍塌, 指受降雨影响造成坡面冲刷成鸡爪沟或表面溜坍, 进而发生大面积塌方的现象。陷穴指路基或附近地面突然坍塌成洞穴或凹陷的现象。5.211 粉砂土路基边坡病害路基边坡高度H 5 mm, 占总质量的2811 %3116 %; 52 mm的占总质量的3412 % 4313 %; 2 015 mm 的占总质量的1310 % 1510 %; 015 011 mm 的占总质量的011 % 012 %; 粒径 011 mm 的占总质量的919 %22 %时, 干容重平均在1517 kN /m3 左右, 易形成柔性保护壳, 利于表面生长草本、紫穗槐等植物。5.212 粉砂土路基基床陷穴病害基床陷穴常常发生在立交桥、排水设备渗漏和基床薄弱处。立交桥顶进后破坏了原来的水力平衡, 产生了水力坡降。由于挡墙的沉降缝防水差,泄水孔反滤层设置不当或排水管接头渗漏, 地下水高歌, 等: 京九铁路提速区段路基病害整治的探讨 121在渗透压力作用下, 从渗漏处带走粉砂土颗粒, 形成基床陷穴。整治基床陷穴, 首先是隔断雨水下渗途径, 采用排水板封闭基床至立交桥翼墙内。要求轨枕下道碴30 cm, 黄砂15 cm, 排水板底层黄砂10 cm, 路基面排水坡4 %。5.22 路基基床病害路基基床病害是诸多因素综合作用的结果。主要取决三个因素: 基床土质的物理力学性质; 水对基床的侵蚀; 线路的技术状态和动荷载的作用。因此, 对于排水不良, 应增设排水设备, 减少地表水对基床的侵蚀; 对到发线改为正线道床厚度严重不足地段, 应采用双层道床, 减少对基床面的压力; 对已发生的基床病害, 应采用土工合成材料整治, 改善动应力的分布, 提高路基基床的承载力。5.221 路基基床翻浆冒泥路基基床翻浆冒泥是基床土质软化或液化成泥浆, 泥浆在列车动力作用下挤入道床的现象。(1) 整治措施。在基床面上铺设一层不透水的土工合成材料作为封闭层, 隔离道床和基床。其作用: 隔离地表水, 使之不渗入基床表面以下,从而防止或减轻水对基床面的侵蚀, 提高路基面的承载力; 阻隔泥浆上冒污染道床。(2) 技术要求。轨枕下道碴0130 m, 黄砂0130 m, 下铺不透水的土工合成材料, 底层黄砂0110 m; 路基面排水坡4 %。见图2。5.222 路基基床下沉外挤路基基床下沉外挤是基床在反复荷载作用下,道床被压入基床面以下, 造成线路变形的现象。通常采用基床换填黄砂, 换填深度视软弱层厚度而定, 一般在碴囊下0125 m以上。通过摸索实践、改进, 采用高度10 cm土工格室填砂组合体,优于换填深度0155 m黄砂, 此种方法施工具有对行车干扰小, 降低劳动强度, 施工后轨面稳定快和养护工作量小, 轨下动应力衰减快及应力分布均匀的特点。要求轨枕下道碴0130 m, 黄砂0130 m,高度10 cm土工格室内填黄砂, 土工格室下黄砂0110 m。路基面排水坡4 %。土质较差或碴囊较深时, 在土工格室下加铺一层不透水的土工合成材料, 效果更好。5.23 膨胀土路基边坡溜坍病害膨胀土因含强亲水性粘土矿物, 具有多裂隙性, 强胀缩性和超固结性的特征。自然风化营力作用影响, 特别是雨季, 膨胀土湿化崩解, 旱季时土体干裂收缩。经过干湿循环, 裂隙由表向里发展,雨水渗入土体, 边坡土体重量增大, 常使土体结构破坏, 抗剪强度降低, 从而影响边坡稳定, 发生边坡溜坍病害。通常采用浆砌片石拱形骨架护坡。对于长大坡面, 用多层骨架将坡面分割成若干个骨架支撑的小土体, 分而治之, 单孔或多孔均起到支撑作用。浆砌片石拱型骨架设计是根据膨胀土边坡变形的程度, 确定骨架在坡面上的拱距、拱圈宽度、拱圈深度、拱柱长度、拱柱宽度、拱柱深度以及基础形式和尺寸。拱距一般410510 m。拱柱长度一般与拱距相等, 当采用单层骨架时, 拱柱长度应大于拱距, 支撑坡面土体较稳定。根据多年设计、施工和使用效果来看, 尽可能采用双层或多层拱型骨架护坡。当拱柱承受双层或多层拱型骨架时, 上段拱柱因承受拱圈传递压力比下段小, 可适当减少拱柱深度, 减少工程数量。平面展开图见图3, 各部尺寸见表1。表1浆砌片石拱形骨架尺寸参考表/m名称尺寸备注拱距410610拱柱宽度018110拱柱深度017115 设置垫层拱圈宽度015110拱圈深度016110 设置垫层基础形式连续基础必要时按挡土墙设计基础深度018115 必要时按挡土墙设计边坡坡度1 115 1 210膨胀土地段应考虑干湿效应的影响, 常用连续基础。基础上宽应大于拱柱宽度, 深度不小于0180 m。断面形式有矩形、梯形等。为增加稳定,可设置倾斜基底, 必要时按挡土墙设计。5.3 整治效果对京九线提速区段路基病害整治, 取得了显著的经济效益和社会效益。(1)