浅谈铁路线路冻害的日常管理与监控

张文焕

摘要：以京哈线铁路冻害为背景，分析道床冻害、表层冻害、深层冻害及路基翻浆形成的原因，并给出了相应防治对策与措施。

关键词：铁路；冻害类型；防治措施

中图分类号：X731文献标识码： A

引言：

铁路冻害，通常是指铁路线路上常见而普遍存在的短距离地段内的不均匀冻胀。路基基床，在冬季由于冰冻，往往形成较长距离内的均匀冻胀，但在个别地段，由于局部水文、地质条件的差异。这种冻胀相应地产生局部差异，即这些局部地点的冻胀高度与长距离内的均匀冻胀高度出现差异，其外部表现为，在线路纵断面上，形成驼峰状或凹谷状。这些短距离地段内的不均匀冻胀，在冬季造成了线路不平顺或方向不良，直接影响着行车的舒适性和安全性，故称之为铁路冻害。

铁路冻害会促使道碴陷槽发展，加速道床脏污的速度，并引起路基产生其他病害，进而降低路基的强度，并影响路基的稳定性，使得轨枕、钢轨、联接零件等轨道构造工作条件恶化，并威胁行车安全，因此必须引起高度重视。

1、铁路冻害的分类及形成原因分析

季节性冻土区铁路冻害按其产生部位可分为三类：（1）道床冻害，即产生在路基基床面之上的道床里；（2）表层冻害，产生部位是路基土体临界冻结深度的上半部分（当冻结深度为2m左右时，一般从基床面向下80--100cm范围内）；（3）深层冻害，产生部位是路基土体临界冻结深度的下半部（当冻结深度为2m左右时，一般为从基床面以下80cm或100cm到临界冻结深度下缘）。翻浆冒泥为路基冻害的副产品，也是一种较严重的路基病害。

1.1道床冻害的形成

道床冻害的特点与路基冻害不完全相同，冻胀高度往往不大，冻害垫板的插入比例较小。它在线路方向上的冻胀比较均匀，但轨间中央部位的冻胀大，所以轨道震动强，列车晃动大。

冻胀发生时间较早，在东北地区一般是10月中旬开始冻胀至11月上旬基本稳定，其冻结速率平均为2cm/d左右。

道床冻害形成原因主要是道床不洁，它发生的数量约占铁路冻害总数的50%以上。道床不洁的原因：（1）道碴不洁，道碴材料不符合技术标准，含泥量超过标准。（2）由风吹或雨水冲洗，或因机车运行时带起的泥土，落入道床中，致使粉、粘土量超过限度。（3）道碴在使用过程中遭受列车运行中或工务养路维修机械破坏。在枕木下板结形成不透水层，或因捣固不好，枕木下留有空间。（4）因更换枕木等原因，道床厚度不足，在列车荷载作用下造成道碴压入路基基床面，从而形成贮水沟或囊。（5）由于粉土质粘土含量的增多，造成毛细水的上升，重力水滞留或地表水向道床中浸透及渗透。

1.2基层表层冻害的形成

表层冻害的高度特点是：一般为30--50mm很少有50mm以上的；其时间大多在冬季上半期即能发展到顶峰，而在解冻期间首先回落。在东北地区11月上旬开始，最晚到12月中旬停止发展，来年4月中旬至5月初就基本回落完毕。

表层病害形成的主要原因：（1）路基基床表面不平整，造成基床表面积增大，增加水分渗入基床表面，土层含水量增大超过了起始冻胀含水量时，表层中水结冰，体积膨胀的同时，水分又向冰结锋面补给，水分比冻前增加较大，形成了冻害。（2）路基土体的表层为非匀质。由于路堤地质来源不同，且在填筑时，土层的厚薄和夯实密实不同；在冻结期水分迁移、聚积时，由于这些地质、结构、层次等条件的不同，其聚流量也不尽相同，因此产生的冻胀量也不等，从而形成冻害。（3）地表水或地下水对路基体的不均匀浸湿。路基基床面不平整积水，因而各处抽吸的水分多少不等，冻胀量不同，形成冻害。路基两侧的积水，由于积水的水位及深度、范围不同，因而形成冻害。上层潜水和裂隙水及侧沟积水，由于地形，水分的多少，都对路基土体影响及路基土体导热不均匀形成的冻害。

1.3基层深层冻害的形成

深层冻害的冻胀高度可达300毫米以上，对行车安全威胁较大。

路基深层冻害的产生的时间较晚，在冬期的后半期产生，东北地区在12月中旬以后，直到冻期末冻害才能停止。深层冻害的产生大多是因地下水的关系，因为如果没有地下水，虽然土质有所差异，下部呈现脱水现象，所以已无多少冻胀了。但如地下水充分，冬期时水分迁移的聚流量大，引起的冻胀差异往往较大，冻胀高度有时可达300毫米以上，对行车的舒适性和安全性构成较大威胁。

1.4路基翻浆冒泥的形成

路基翻浆冒泥往往为路基冻害的副产品，由于冬期冻胀是水分向上迁移，土基上部的含水量大为增加，春融解冻时期，在列车运行下引起路基基床表层或道床翻浆。形成原因为：当冬季冻结时，水分大量向上迁移到道床，并向路基土体表层迁移，而春融时上面冰冻先融化，而融化层下仍处在冻结状态，使融化了的冰水及雪水无法下渗，同时粘性土中的含水量已经远远超过了液限，致使道床中的粘土或路基土体表层土质过湿，土的抗剪强度显著降低，形成路基翻浆。

2、铁路冻害的防治

2.1道床冻害的整治：首先对大部分道床进行清筛。清筛时要达到以下几点：

（1）需将枕木下的板结层除去。

（2）清筛厚度为整个道床厚度，因为仅筛枕木底面，对冻害的整治效果较小。

（3）对两枕木之间的部分，应将高出部分挖掉，使之排水良好。

做好排水，清除道床中的不透水层；清除道碴沟及道碴囊，将水分排掉或切断使之不能补给水分，以消除病害。

2.2通过对铁路冻害调查发现，大多数冻害都属于表层冻害，因此基层表层冻害的防治比较关键。

对基层表层冻害采取的防治措施多种多样。归纳起来有三种：（1）排水及隔水：其目的在于排除地表水或降低疏导地下水，以消除或减少路基土体的冻胀。（2）换填或土质改良：其目的是换除路基土体中不均匀土质，或改良土的性质，以消除和减少基土体的冻胀。（3）隔温：其目的是使土体脱离冻结层或部分脱离冻结层，从而减少和消除路基土体的冻胀。

2.3防治深层冻害主要是整治地下水，换土的办法工程量比较大，不宜用采用。地下水处理方法一般为疏干、拦截、降低及引排等措施，以降低地下水水位来整治冻害。

2.4防治路基翻浆最根本的措施是排水或隔断冬季水分重分布时的向上迁移的作用，其次考虑改良土质的问题。

3、注意以下几个方面

3.1在寒冷地区修筑铁路，必须在设计和施工中预先采取防治冻害措施。

路基工程是直接在大自然地面上开挖填筑，易受不良地质、水文、气象等因素的影响。虽在勘测设计中广泛收集资料，进行了研究分析，但由于往往对大自然认识的不深入不全面，研究分析的不适当，故不可能完全避开不良地段。一旦选择的位置和工程措施或施工不当，就会造成灾害，后患无穷，不但耗费大量整治资金，而且长期影响铁路运输。

3.2调查分析冻害形成原因和规律是正确采取防治措施的基础。只有在充分调查的基础上，针对其原因，采取措施，防治冻害才能收到预期效果。

3.3采取防治冻害措施必须是以消除局部冻害地段的冻胀高度为目的，使相邻两区段冻胀值在一定距离内缓慢变化，使线路具有合乎要求的纵坡。

3.4采取防治冻害措施时，首先考虑排水，而后再考虑其他措施相配合。因为水不仅是产生冻害的原因，它还能降低路基强度而引起他路基病害。所以，在采取防治水害措施时，应当首先考虑如何疏干路基。

3.5在采取防治冻害措施时，要因地制宜，尽量做到就地取材。在防冻害设计中，要对症下药，经济合理。

4、结语

总之，冻害产生的原因是多方面的，有时明眼可鉴，有时需要作土工试验加以证实。关键是深入工作时，不能臆测，应重视现场实际，只要工作做的深入，一定会分析出冻害产生的原因，找出冻害的防治办法。

参考文献：

[1]皇淑森《铁路路基基床病害与整治》[M].中国铁道出版社，2005，北京

[2]倪铁山《季冻区铁路路基冻害原因分析与整治措施研究》[D], 吉林：吉林大学,2009

[3]铁路路基大修维修规则.中国铁道出版社.2012

[4]铁路线路修理规则.中国铁道出版社.2013