应用废旧煤矿输送皮带整治基床翻浆冒泥

毛实虎

（神华包神铁路集团有限责任公司，内蒙古包头 014000）

基床翻浆冒泥是指路基面（厚度一般小于0.5 m）受水浸泡软化后，在列车荷载作用下以泥浆形态向道床或通过道床层往外翻冒的现象［1］。基床翻浆冒泥严重影响线路状态，增加线路维修工作量，造成劳动力和材料的浪费，而且基床软化和道砟板结会造成道床的整体弹性降低，影响列车的运行安全。随着列车速度和轴重的增加，基床出现翻浆冒泥的概率大幅增加。据不完全统计，在我国东南部地区翻浆冒泥是基床的主要病害，且有增加趋势［2］。

相关学者对翻浆冒泥的发生机理等进行了大量研究。文献［1］研究了多组翻浆冒泥实例，分析了发生翻浆冒泥路段基床的土颗粒组成、塑性指标、渗透性、矿物成分等，探究其发生机理和发生条件。文献［3］根据翻浆冒泥病害特征提出了翻冒通道的概念，研究了翻浆冒泥病害沿路基深度方向和线路纵向的分布特征及根据线路翻冒通道的发育和分布形式确定翻浆冒泥病害分类的方法。文献［4-5］认为有砟轨道路基翻浆是由于土质不良，地表水侵入导致土体软化而强度降低，在列车动荷载作用下基床土中会形成较高的超孔隙水压，伴随超孔隙水压向路基面消散土以泥浆形式向外翻冒挤出。

在翻浆冒泥整治方面，相关学者也进行了大量探索和实践。文献［6］建议在整治基床翻浆冒泥时修建排水系统，消除或减少地表水和地下水对路基基床的侵害，使基床保持疏干状态。文献［7］强调了排水通畅和在清筛过程中补设路拱的重要性。文献［8］通过铺设塑料排水板，有效整治了襄渝（襄阳—重庆）线、阳安（阳平关—安康）线的基床翻浆冒泥病害。文献［9-10］通过工程实际证实了铺设土工布整治基床翻浆冒泥病害行之有效。文献［11］提出一种新型化学高聚物-碎石复合结构层，在宝成铁路某处路基翻浆冒泥病害整治工程中运用效果良好。文献［12］在治理大巴山隧道内基床翻浆冒泥病害时提出采用水平集水管技术，并对病害地段进行了优化设计。

在路基本体内铺设塑料排水板，须对渗水填料进行充分保护，在4 h 的施工天窗内无法完成；对于土工布换填法，由于土工布在列车荷载作用下很容易破损，起不到透水隔泥的作用。另外，依据铁运〔2006〕146号《铁路线路维修规则》，为保持线路几何尺寸，在经常保养范围内，轨道结构需经常起道、捣固。捣固时塑料排水板和土工布会不同程度受损。利用化学高聚物-碎石复合结构层和水平集水管技术优化设计的工程造价太高。因此，有必要探讨其他整治方法。

本文通过分析包神（包头—神木）铁路瓷窑湾站南岔区和神东站北岔区基床翻浆冒泥病害产生的原因，总结前期治理的经验教训，提出了利用废旧煤矿输送皮带对其病害进行整治的具体方案。

1 工程概况

瓷窑湾站南岔区和神东站北岔区是包神铁路的南线咽喉，为每年近1亿t的运输任务提供良好的运输通道。因其地理位置特殊，岔区无法排水，基床长期翻浆冒泥，导致多种病害发生，如轨道联结零件折断、轨件伤损频发、道岔岔枕失效数量增加、轨道框架无法保持等，是包神铁路最为关键的薄弱地段之一。部分病害现场见图1、图2。针对历时20 年之久的翻浆冒泥病害，神华包神铁路集团有限责任公司多次采用传统方式予以整治，如人工清筛、铺设土工布等。整治后病害反复，无法根治。

图1 瓷窑湾站南岔区病害现场

图2 神东站北岔区病害现场

2 病害原因分析

2.1 外因

动荷载是引发基床翻浆冒泥的重要外因［1］。瓷窑湾站南岔区和神东站北岔区煤炭运输任务繁重，易造成道砟脏污，影响轨道结构正常排水。列车荷载的反复作用对路基的影响非常大，运量越大路基越容易产生翻浆冒泥病害［2］。加之岔区过车频繁，道砟疲劳破坏速率和重分布速率加快，道砟粉化速率增加，容易产生翻浆冒泥病害。

2.2 内因

瓷窑湾站南岔区和神东站北岔区路基基床本体均为煤矸石。受地下水和降水的影响，煤矸石遇水变软，在列车荷载作用下形成泥浆并沿道砟空隙上升，形成翻浆冒泥。泥浆失水固结后造成道床板结，板结体可达到C15混凝土强度，致使轨道结构失去弹性，并且使道床透水性变差。再次降雨后，岔区地表积水和地下水均无法排出，致使道床中含水量增加，造成翻浆冒泥病害反复发生。瓷窑湾站和神东站年平均降雨量为410.3 mm，且气温变化较大，存在冻土层，极易诱发翻浆冒泥病害。

3 整治方案

翻浆冒泥涉及3 个基本要素：水、土、荷载。由于现场结构荷载和路基土体类型无法改变，要解决瓷窑湾站南岔区和神东站北岔区基床翻浆冒泥的问题，就要彻底解决该地段排水问题。现场调查得知，瓷窑湾站南岔区和神东站北岔区无排水设施，且由于煤矸石基床透水性差，积水只能依靠自然蒸发。神华包神铁路有限责任公司生产技术部总结前期治理的经验教训，利用既有条件和设备，并利用废旧煤矿输送皮带设计制定了岔区排水方案。

废旧煤矿输送皮带厚15 mm，橡胶带中间夹钢丝，具有强度大、韧性高、耐磨性好等特点，其力学参数见表1［13］。废旧煤矿输送皮带具有很好的隔水性且不易破损，可与道砟直接接触，确保天窗内完成施工；且其成本很低，仅 478 元/t，折合 16.5 元/m2。沿边长每隔50 cm 布设自攻螺栓，将废旧煤矿输送皮带结成整体形成胶板（图3）。

表1 废旧的煤矿输送皮带力学参数

图3 废旧煤矿输送皮带

3.1 瓷窑湾站南岔区排水方案

瓷窑湾站南岔区排水体系横断面见图4。具体施工方案为：

图4 瓷窑湾南岔区排水体系横断面（单位：m）

1）在翻浆冒泥地段，利用天窗对道床下部进行开挖，开挖宽度为轨枕外侧0.5 m 范围内。挖至设计深度后，铺设一层废旧煤矿输送皮带，形成3‰的汇水坡度向两线间汇聚，用以收集地表水。

2）利用两股道间路基本体不受力的特点，在路基中间开挖纵向坡度为2‰ 的盲沟。开挖深度为1.600～2.036 m。盲沟纵断面见图5。挖至涵洞侧壁时，在涵洞侧壁上凿孔，使盲沟与涵洞连通。

图5 盲沟纵断面（单位：m）

3）盲沟侧面铺设一层废旧煤矿输送皮带，并与水平向铺设的皮带搭接0.5 m。在盲沟底部依次铺设密度为500 g/m2的双层渗水土工布及20 cm 厚的卵石层（粒径4～10 cm）。

4）安放直径500 mm 的钢筋混凝土渗水管，外部包裹土工布，避免泥浆淤塞管道。

5）用粒径4～10 cm 的卵石将盲沟填平，上铺符合底砟标准的级配砂砾石及300 mm厚道砟。

6）在两线间设置盲沟的地段，每隔20 m 设1 个集水井。若管道不慎发生淤塞，可利用高压清洗泵清洗管道，保持排水系统的长期有效。

该方案通过废旧煤矿输送皮带将地表水汇集到两线间的盲沟内，地下水则在皮带层下方汇集到盲沟内，解决了地下水和地表水的收集问题。利用盲沟将水引至涵洞，将岔区基床内地表水及地下水全部排出，解决了排水问题。

3.2 神东站北岔区排水方案

神东站北岔区排水体系横断面见图6。

图6 神东北岔区排水体系横断面（单位：m）

神东站北岔区东侧为高挡墙，考虑边坡稳定性，采用东高西低的排水方案收集地下水和地表水，汇聚到西侧钢筋混凝土盖板沟内。具体方案为：

1）对基床下部进行基层处理，东侧开挖至轨枕底部以下0.8 m，西侧开挖至轨枕底部以下1.2 m，东高西低，形成2‰的横向汇水坡度。

2）依次铺设双层渗水土工布和一层废旧煤矿输送皮带，将基床与下部的煤矸石隔绝。

3）皮带层上部回填厚10 cm 的中粗砂保护层。这样可以保证在列车荷载作用下皮带层不被道砟损坏，延长皮带使用寿命；且由于砂层有较好的隔绝泥浆作用，可阻止皮带层下方的泥浆上升。

4）在中粗砂上部每 5 m 铺设 1 根直径 220 mm 带孔的镀锌钢管作为排水管。镀锌钢管的孔直径为50 mm，间距500 mm。

5）在距离最西端轨枕4 m 处设置钢筋混凝土盖板排水沟，坡度为2‰，沟底标高-1.6 ～-2.1 m。带孔的镀锌钢管延伸至钢筋混凝土盖板排水沟侧壁，使轨道下方的镀锌钢管和排水沟连通。

该方案中，皮带层下方的地下水通过废旧煤矿输送皮带的连接缝隙上升至皮带层上方，同地表水一起被引入排水沟后排出。

4 整治效果

经多次现场查验，瓷窑湾站南岔区新建盲沟排水畅通，整治后的道床在雨季无积水，排水效果良好。神东站北岔区在施工过程中多次发现道床底部东侧积水涌向西侧，水流清澈。整治效果见图7。可见，岔区排水整治效果良好，已达到预期目的，解决了长达20年之久的基床翻浆冒泥病害。

图7 整治效果

5 效益评估

5.1 直接经济效益

1）人工费用。病害整治前，瓷窑湾站南岔区和神东站北岔区每月均不少于15 个工作日在翻浆冒泥地段进行维修作业，比基床病害较少地段的正常保养要多出11 个工作日。1 个岔区的养护维修需1 个作业组，每组8 人，则2 个岔区每年多用人工2 112 个。按每月22 个工作日计算，相当于增加8 名员工。按照年工资总额15 万/人计算，整治后每年可节省人工开支120万元。

2）材料费用。对于基床病害较少地段，每组道岔每月正常消耗材料费为75 元，单条线路1 120 元/km。瓷窑湾站南岔区和和神东站北岔区每组道岔每月消耗材料费为385元，单条线路2 150元/km。2个岔区共37组单开道岔，线路长4.6 km。整治后，2个岔区每年可节约材料费近195万元。

5.2 间接经济效益

此前瓷窑湾站南岔区及神东站北岔区对翻浆冒泥进行了8 次整治，总费用约2 400 万元。经本次整治，翻浆冒泥病害得到根治，彻底消除了线路安全隐患，保证了行车安全。整修后该地段设备故障率降低，人工维修工作量大幅下降。

6 结语

由于废旧煤矿输送皮带具有强度大、韧性高、耐磨性好、易于施工、成本低等优点，本文提出了一种利用废旧煤矿输送皮带整治有砟轨道路基基床翻浆冒泥病害的新方法，并用于包神铁路瓷窑湾站南岔区和神东站北岔区路基基床翻浆冒泥病害整治中，取得了良好的排水效果。该方法变废为宝，节约耗材，经济效益良好，可在全路推广应用。