既有铁路路基沉降变形原因分析及治理方案研究

赵楠

摘 要：在车辆冲击荷载和复杂环境的长期作用下，路基的沉降变形是不可避免的，严重危及路基的稳定性和列车的安全运行。本文根据我国重载铁路发车密度高、天窗时间点短、维修任务繁重的实际情况，对现有重载铁路运行地基沉降发生的原因及主要沉降类型进行了说明，并在此基础上对现有既有铁路路基沉降变形处理相关的情况及主要工艺进行了说明，提出了地基沉降处理中所存在的主要问题，最后在此基础上对既有铁路路基沉降变形防治的主要措施进行了讨论，以实现铁路线下工程结构病害的早维修、快整治，满足未来铁路线路快速整治修复的需求。

关键词：路基沉降;沉降变形;治理方案

中图分类号：U213.1 文献标识码：A

0 引言

我国铁路建设迅速发展，铁路运输己成为我国当代社会重要的运输方式。现铁路营业里程达3万公里，覆盖80%以上的大城市。但是由于我国国土辽阔，地域复杂，这些年铁路出现了各种各样的病害，严重阻碍了铁路的进一步发展，其中尤以路基沉降最为普遍。铁路路基发生沉降后，会引起上部各层结构随之下沉，尤其对于沉降严重的路段，扣件的调整范围已达极限，仍无法满足现况轨道标高的要求。鉴于这种情况，在沉降变形地段不得不采取限速措施，严重影响了线路的运行品质和营运效率。该种情况下，研究既有铁路路基沉降变形原因，并采取有效措施加以防止应作为重点进行考虑。

1 既有重载铁路路基主要沉降变形类型及说明

关于路基沉降病害的形成往往是多种因素共同作用的结果，通过对重载铁路路基沉降病害地点进行调研分析，并根据在病害中各种因素影响的大小，对病害进行分类，沉降病害按不同的成因及部位可以分为如下5类。

1）结构因素导致沉降;该类病害主要与结构自身的特点相关，受勘察误差影响，导致设计时对结构自身的沉降措施处理不当而形成工后沉降;另一种为设计、施工的原因导致的路基沉降，设计不当以及施工控制不严格导致路基压缩变形，或者施工控制不严格导致路基沉降，例如路基分层碾压、夯实不到位，组料不合格等。

2）外界自然因素作用的沉降;自然气候的影响如气候变化导致路基土体的物理性质的变化或者路基在恶劣自然环境条件下产生沉降。

3）人为活动引起的沉降;铁路对轨道路基下层的地基变形要求严格，对路基变形也比较敏感，路基附近的人类工程活动甚至部分生产生活都有可能造成路基的沉降。例如铁路线路附近抽水以及大量堆填土对地形的影响，可能导致该段的路基沉降。

4）地下水位引起的区域沉降;铁路为线性工程，其沿线路纵向抵抗变形的能力较差。当沿线的局部水文地质条件变化时，均有可能导致路基的不均匀沉降变形，轻则影响铁路的运行速度，重则造成安全事故。

5）过渡段差异沉降;铁路设计规范要求路基与桥梁、隧道或横向结构物交界处的工后差异沉降不应超过5 mm，不均匀沉降造成的折角不应大于1/1 000。但过渡段是铁路工程中最薄弱的环节之一，桥梁、隧道或涵洞与路基工程之间即使发生轻微的沉降差，也会严重影响该线路平顺性。

2 既有重载铁路路基沉降变形原因及加固处理主要问题讨论

2.1 关于既有重载铁路路基主要沉降变形原因及说明

关于铁路路基沉降病害，产生的原因比较复杂，总体而言其主要原因在于特殊的地质条件、气候条件以及列车振动负载的影响，其中地质条件的影响为内在因素，气候条件和列车振动负载的影响属于外在因素，其中对于地质条件的影响是真实存在的，而且由于地质条件是不断变化的，但是其變化程度比较慢，所以主要还是气候和列车振动负载影响比较大，在列车负载的影响下，路基会出现很大的塑性变形，路基的填土会出现塑性位移，并且产生路基病害，主要的表现就是产生枕木下面有积水洼地，尤其在雨季基床填土内的水分出现饱和情况，导致其强度出现降低情况，有的可能会影响车辆正常安全的运行。具体来讲，主要包括以下几个原因：其一，恶劣气候环境的影响，如雨雪天气、极端低温、反复冻融循环等。其二，设计及施工处理不当，由于铁路适应环境复杂，难免有在设计过程中考虑不全面的情况，对结构型式及材料的选择方面存在欠缺，以及施工过程中由于施工质量难以达到相应要求等原因，导致路基出现沉降病害。其三，列车荷载的作用，列车重载的反复高频作用，使得一些小病害迅速扩展，加速了微小病害的发展。

2.2 现有既有重载铁路路基沉降变形加固处理主要问题分析

在普通铁路路基中，路基病害整治方法有多种多样，但由于我国铁路线路长、跨区域大，天窗时间短、维修工作量大，病害整治仍比较困难，主要存在的问题：其一，铁路维修养护人员对铁路路基结构的病害还不够充分了解，在已有的整治技术基础上，选用何种材料、设备、工艺进行维修，标准尚不能明确和统一。其二，病害整治可能造成原有土体结构的扰动和破坏，使得病害进一步恶化，并且路基加固整治会引起土体扰动，可能破坏原有的土体平衡状态，引起其他的路基病害。其三，整治质量的检控在病害整治的整套技术缺乏，目前采用的钻孔取芯方法存在一定的局限性和不足，并且质量检控技术的发展很大程度上依赖于检测技术的进步，其设备和装置也取决于病害整治的材料和工艺。

3 加强既有重载铁路路基沉降变形控制的主要方法及分析

3.1 加强路基有关设施和排水设施的养护维修

为了确保路基结构安全稳定，保持重载铁路良好的运营状态，运营维护部门必须加强路基变形监测、准确分析路基病害，制定合理规范的路基养护维修方案。对于此，可按照以下几个方面进行考虑分析：经常保持线间排水设备的良好状态，及时对排水沟、天沟、截水沟等排水设施进行清淤及养护维修，保证排水畅通;保持路基面防水层的完好。保持路基面及轨道板底座之间的清洁，保持电缆槽及盖板完整，保证电缆槽排水管畅通。对于路基上的有关设备，接触网立柱、声屏障立柱、接地设备等，应保持其完好状态，保证其与路基之间良好的接触关系。

3.2 在既有路基变形处加强沉降监测

依据我国现有铁路的状况，作业人员在进行铁路路基检测作业的过程中，需要规避对于铁路正常运行状况的干扰，并加强对于各类先进技术以及检测工艺的运用，确保获得信息的准确、可靠以及快速。如在运营期间，路基与桥台、横向结构物过渡段是产生路基变形的多发地段，宜重点加强此处的沉降监测，建立并周期性分析过渡段沉降监测数据库。同时结合轨道检测情况，对突发的轨道不平顺尤其是线路高低病害，加强分析病害处所的路基变形问题，属于路基变形病害立即进行沉降监测并纳入沉降监测数据库。如在一些关键区域，应按设计要求进行地基沉降、侧向位移等动态观测。而按照相关规范及标准，应结合观测的指标对路基变形进行系统评估，确保路基变形符合铁路运行的要求，具体相关观测要求及标准如下表1、表2所示：

3.3 及时对路基沉降发展超标处进行加固处理

通过监测对路基沉降发展超标的地段，根据病害实际情况，因“病”制宜地采取注浆、高压旋喷或无柞轨道注浆（胶）抬升的加固方法处理病害。同时，做好对可能产生黄土陷穴的地段做好预防工作，对已查明的黄土暗穴迅速予以整治。预防工作主要是做好排水，路基坑洼积水及表土松散、裂缝等处，应填平夯实并采用防渗措施。对己发现的暗穴、暗沟，采用灌砂、灌浆、开挖回填等措施进行处理。而同时，路基排水也是主要的措施之一，尤其是线路的横向排水。路基排水设施要与桥涵、隧道、车站等排水设备衔接配合，有足够的过水能力;要与水土保持及农田水利的综合利用相结合;城市地区还应与地方排灌、排污系统密切结合;要拉通至桥涵下水沟。对路基有危害的地面水，通过设置线间沟和集水井、侧沟及排水沟，将水拦截引排至路基范围以外，防止水流冲刷浸入路基。

3.4 加强铁路维护保养工作的监督及管理

针对铁路的特殊性，对铁路线路进行养护维修，必须坚持时效性的原则，改变传统的那种病害发生了才采取措施的旧思想，对线路病害认真分析并采取相应的解决措施。根据不同的季节，按照线路路段的不同，创新管理理念，采用科学合理的维修和养护技术，改善线路的维修养护工作。同时，从提高线路维修人员的积极性出发，工务部门可以设置不同的激励制度，确保维修任务高效的完成。在日常的工作中，坚持“干一处保一处成一处”，并可通过设置标语等形式端正工作人员的工作态度，避免出现人力、物力和财力的浪费。此外，线路管理部门还需要加强对新技术的引进，同时还要加强对维修人员的培训工作，不断提升他们的维修工艺水平，鼓励他们积极创新维修方法，增加铁路线路维修养护水平。

3.5 完善考核制度

建立考核制度的目的既是为了增加工作人员的积极性，也是为了管理工作的顺利进行。为了顺利地进行维修工作，可以按照人员情况和设备数量，进行分组。每个小组设置相同的任务量，并保证任务完成的时间和质量，如有工作懈怠的人员，一经发现，严肃处理。同时还可以采用将工作责任落实到个人的方式，让每位维修人员肩负起相应的职责，从而引导他们按时、按质的完成维修养护任务。现场作业要积极推行“全项目作业法”和标准化有效结合。标准化作业要求任何维修养护作业，不论作业量大小，都要认真按照《铁路线路修理规则》来完成，严格遵守作业纪律，杜绝人身伤亡，在进行铁路线路维修养护工作时，不可以随意简化作业程序，防止工作不到位或者返工的现象出现，进而延长线路病害发生的周期，提升维修养护工作的有效性。

4 结束语

综上所述，我国铁路开通运营数年后，发现路基沉降病害危害行车安全，而对于路基沉降的病害整治还缺乏相对成熟工艺技术，在此背景下本文开展了路基沉降病害整治及其质量检控技术的研究，对现有铁路运行地基沉降发生的原因及主要沉降类型进行了说明，并在此基础上对现有既有重载铁路路基沉降变形处理相关的情况及主要工艺进行了说明，提出了地基沉降处理中所存在的主要问题，最后在此基础上对既有重载铁路路基沉降变形防治的主要措施进行了讨论，以实现铁路线下工程结构病害的早维修、快整治，以保证重载铁路行车安全。

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