季节冻土区铁路边坡冻融破坏分析

史晶辉

摘要：铁路建设作为国家经济建设的重要组成部分，其对国民经济的增长起着非常重要的作用。但是我国的铁路在建设完成之后，却面临着一个非常重大的问题——铁路边坡冻融破坏。这个问题直接威胁着铁路安全生产。就拿途径山西省右玉、神池地区的准池铁路来说，由于受到右玉、神池地区的季节影响因素，不可避免的形成了冻融破坏问题，因此很有必要对准池铁路边坡冻融破坏问题形成的原因展开分析，并归纳出科学的解决办法。

关键词：右玉；神池；准池铁路；季节冻土区；铁路边坡；冻融破坏

准池铁路北起大准铁路的外西沟站，向南横跨内蒙古、山西两省（区），途经右玉縣、神池县等6个区（县），至朔黄铁路神池南站。根据对季节冻土区铁路边坡冻融破坏问题的分析可知，其形成的原因在很大程度上都与季节气候有一定的联系，因为准池铁路所途径的右玉、神池地区气候类型是温带大陆性季风气候，该气候又具有日较差和年较差较大的特点，因此准池铁路的边坡不可避免的出现了冻融破坏现象问题。

一、准池铁路的冻融破坏形式以及特点

准池铁路边坡的冻融破坏规模与大型滑坡是存在一定区别的，虽然说冻融破坏的规模不及大型滑坡，但值得注意的是，准池铁路的边坡的冻融破坏往往会在同一时间段、相近地点上连片的发生，这种灾害如果不加以注意，将直接危及准池铁路的行车安全。根据相关资料分析得知，铁路的冻融破坏问题一般发生在路堑地段，根据准池铁路70公里附近路基地段拱形骨架开裂在冻融期间的发展情况可知该问题也发生在路堤地段。

准池铁路边坡在季节性冻融的作用下产生滑坡，之所以出现滑坡，是因为线路途径右玉、神池地区的大部分挖方地段为湿陷性黄土，雨季积水及地下水难以排出，经冬春季一冻一融，融冻层的含水量将会直接超过液限，剩余的水分就不能得到及时的排出，整个铁路的土基强度和边坡的稳定性都会呈现出直线下降的趋势，这样也就给准池铁路边坡的稳定性带来了巨大的挑战，直接威胁到了列行车安全。虽然说这种问题的现状在外貌上存在着浅层层面滑坡以及粘性土塑性滑坡的特点，但是细致的从其成因和基本特征上进行分析，可以明显的将其与一般的塑性滑坡进行区别开来，这些区别就主要体现在：

首先，从造成滑坡水分的来源来看，冻土聚冰体的融解，一般是存在于滑坡内部的融冻层界面的，在某些时候会有大量的地表融雪和春雨流入。其次，还未融解的冰冻层将会形成如同镜面状的平直型滑坡床，最后，根据滑坡层冻结线深度来说，其数值大约在1，3至2/3的范围，铁路边坡冻融发生较为剧烈的季节通常是在春融季节，因为春季的气候慢慢回暖，将会带动积雪的溶化。

二、准池铁路季节冻土区铁路边坡冻融破坏形成的机理

（一）冻融滑坡的基本土质情况

一般来说冻融滑坡的土质具有以下明显的特点：首先，冻融滑坡的土质的渗透性较差，具有较强的毛细作用，薄膜水聚流性较强。根据相关数据分析可知，除开渗透性较好的粗粒土层，以及不易透水的高塑性粘土以外，粉质土、砂粘土以及粘砂土都会产生非常强烈的聚流现象。其次，容易发生冻融现象的土壤，其土质一般孔隙相当的小，吸湿性非常的强，吸水后稳定性非常的差，塑性指数和液限都较为的低，一旦水分通入该土质后，其土壤的骨架就会失去强度，整体土壤的粘聚力和内摩擦角将会大大的降低。最后，冻融地带土质中含有腐殖质、裂隙等不连续的点，其所积存的自由水非常容易形成冰晶体，以至在温差的作用下也就形成了聚流现象。

根据有关的现场资料分析可以知道，土质路堑边坡冻融破坏的体现主要是，浅层的破坏距离坡面20至120cm的位置，并且较为集中的在20至70cm之间。根据土质基本情况所造成的滑塌部位不同的现象来进行分析，可以明确的将坍塌形式分为以下几个方面，第一个方面，土质上部滑塌。这种滑塌是从坡的顶部或者接近顶部开始的，其形成的原因主要就是与边坡顶部地表水渗入土质，从而使得土质不稳定而最终造成的；另一个方面便是中部滑塌式，中部滑塌式，一般来说就是土体含水量过高，土质排水性较差导致。

（二）准池铁路冻融滑坡形成与发展的前提条件

根据准池地区的气候分析可知，由于气候的变化温差较大，水热状况变化较为频繁，冻融破坏的形成和发展又与水热状况有着紧密相关的联系。在这个变化过程中，通常分成四个阶段。

第一个阶段主要展现的就是在秋季时刻，原始水分的积聚阶段，换句话进行描述就是，地表水开始下渗，地下水位开始升高，导致铁路边坡上层的土壤湿度开始增加。比如说当秋雨来临的时候，铁路边坡的软弱部位很有可能会出现塑性裂纹或者局部蠕动，当察觉到这种问题出现的时候，就表明冻融破坏的问题开始出现了。

第二阶段也就是冬季时刻，其表现出来的形式是水分重分布阶段，也就是说边坡上层的土壤开始出现冻结，其与下部较高的地表温度形成的差异，比如说地温下降变得缓慢之时，下部土壤的水分就会改变转移方向，开始向上层的低温处进行转移，因此就形成了水分重分布现象，也就是聚流现象的发生。如准池线39公里处实测的含水量，此阶段中冻前的原始含水量要远远的低于产生密集扁冰体和层状聚冰带的含水量。

第三阶段，主要呈现的状态就是铁路土壤边坡的冻融和变形，这个阶段是影响准池铁路稳定性最为严重的一个阶段，因为当边坡冻土开始消融的时候，土基就会重新的变得湿润起来，融冻层的含水量大大的超过液限，因此土壤的土体容积变大，强度降低，稳定性也就受到了威胁。

第四阶段主要是夏季边坡土基被晾干，处于恢复稳定的阶段，一般来说，当春末夏初的时候，准池铁路的边坡冻层将会彻底的融化，其中的毛细水将会渐渐的渗透与蒸发，此时的土体将会恢复强度和稳定。

三、解决准池铁路季节冻土区铁路边坡冻融破坏问题的科学措施

（一）科学合理的制定出准池铁路冻融破坏的防治方案

不同的冻融滑塌工程防护措施，是具有不同的适用性的，在具体的工程花费上也具有巨大的差别，所以在处理冻融破坏问题的时候，应当合准池沿线自然特点，展开对准池铁路冻融破坏问题的防治工作，具体的防治建议如下：

首先，观察准池铁路边坡的高度，一般来说，对于高度较低的冻融边坡，可以采取刷坡的方法，调整坡度的倾斜程度，这样一来，冻融破坏所带来的滑塌问题就可以得到有效避免，这种方式施工简单、效果明显。但是由于准池沿线征地困难等问题，刷坡的方式往往并不适合。

其次，解决准池铁路的边坡冻融破坏问题，还可以通过相应的遮挡工程进行处理，遮挡工程可以有效的提升边坡的整体稳定性。这种工程方式最适合于冻融破坏严重并且其他方法不能轻易解决的特殊地段，现准池铁路部分护坡已采用框架锚杆梁的方式进行了加固。

再次，通过拦截工程解决准池铁路冻融滑塌所形成的土块碎石问题。拦截工程的最大意义在于，保护铁路行车和人身的安全。在实施拦截工程的时候，需要考虑崩落的土块大小、速度和打击坡面后的弹跳高度。准池铁路2018年专项计划防洪工程中对部分有溜塌风险的三级及以上高大护坡实施了加装被动拦石网的防护措施。

最后，准池铁路的冻融破坏防护工作，应当达到的目的是彻底的消除滑塌体的产生，在具体的工程上需要使用坡面来进行保护，铁路的稳定性也应当加强。除此之外，还可以使用柔性的主动防护网，对铁路边坡的坡面展开防护。但是此种方式具有一定的局限性，而且费用也相对较高。

（二）处理好边坡坡度以及气候的影响

针对于气候因素来说，之所以十分容易出现相应的冻融破坏问题，在很大程度上还是与气候的因素相关的，主要就是与降雨、降雪以及气候等因素有关，一般来说，降雨量较大的时候，地下水为就会明显的升高，毛细作用将会增强，冻胀现象非常的明显，降雪量较大的时候，春季积雪开始融化的时候，融化后所形成的水分就会非常的容易的渗透到地下土壤中，进而也就给边坡土体增加了较大的含水量，气温骤降且冷却强度较大的时候，冻结的速度会非常的快，不会发生膨胀现象。气候因素是人的力量所难以改变的，因此在展开具体的处理工作的时候，应当以預防为主。另一方面也就是边坡的坡度问题，边坡的坡度问题需要设计人员操作的过程中，科学合理的进行计算，计算出坡度需要调整出的高度，这样才能更为切实的保证冻融破坏问题的发生率得到有效的降低。

四、结语

途径山西省右玉、神池地区的准池铁路，由于受气候条件的影响，不可避免的出现了铁路边坡冻融破坏问题，冻融破坏问题将会对准池铁路的安全生产造成很大的影响，只要有关工作人员充分的借鉴文章所讲述的防治对策，科学的进行实施安排，对于季节冻土区的铁路边坡冻融问题，将会起到巨大的防治效果，进而推动铁路建设又快又好的发展。