铁路路基冻害分析及整治.docx

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铁路路基冻害分析及整治

铁路路基冻害分析及整治

铁路路基冻害分析及整治【摘要】铁路路基冻害与寒冷气候有关是多年冻土地区铁路线路上分布很广和常见病害。

在低温季节冰冻线能达到相当深度。

在上述地区的铁路路基由于基床土质、水和温度的不利组合。

基床土冻结引起线路在纵向上短距离或左右股道产生凹凸不平的不均匀冻胀而构成冻害。

路基冻害有着分布广、时间长、工作量大、影响行车安全及平稳性的程度严重等特点。

在哈局管内各种路基病害中占首位特别是哈局内线路基础有四、五十年的历史由于当时的技术人员对冻土的研究缺少经验施工时对冻土没有充分认识多采用普通的施工方法致使多年来一直普遍存在着不同程度的路基病害。

病害也呈现出多样化。

经常会出现冻胀、冻裂、路基下沉、路基边坡或路堑边坡坍塌等现象。

给线路的养护维修增加非常大的工作量。

路基冻害的存在不仅加大养护维修工作量。

影响了正常的维修工作。

加大了维修成本。

并由于其造成的线路状态的不稳定。

从而使线路质量下降。

直接影响行车安全。

对此我针对路基冻害的特点将冻害的成因冻胀过程及路基冻害的整治结合具体实例加以论述。

【关键词】路基病害   整治方法线路两侧油井遍布楼房林立自然植被不同程度遭到破坏加之1998年__特大洪水影响地下水位升高线路标高相对降低。

路基长期处于浸泡状态。

（1）     冻害概况自20__年12月30日起滨洲线部分区间无缝线路发生特大冻害据20__年4月统计滨洲线无缝线路上发生冻害1336处延长19.134公里其中：

冻高51-毫米的大冻害发生80处延长1.300公里；冻害毫米及以上特大冻害共发生9处延长0.131公里这些冻害分布在滨洲线94公里无缝线路上占滨洲线总数34.4%最大冻高达270MM,最大日冻高平均为6MM线路发生冻害处所之多冻高之大冻害分布之广冻害变化之快都是前所末有的。

给线路养护维修带来极大难度对行车安全构成严重威胁。

滨洲线无缝线路冻害具体情况详见表一《冻害汇总表》冻高51MM及以上特大大冻害具体位置详见表二、表三《冻害登记表》2、冻害产生的原因分析

（1）路基填土为粘砂土砂粘土及盐碱土这些土的颗粒很小有较强的水化能力能吸附大量的结__；同时它们又具有一定的透水性使水分的转移能够实现这样在负温条件下土的大孔隙中先发生水的结晶这种冻晶体逐渐增大吸引自由水后便开始吸引结__随着冻晶体的增长冻结区内土粒的结__膜很快减薄从而增大了对水的吸引力造成了由非冻结区边界的水分迁移使水晶体进一步扩大水分相对集中形成冰夹层使土体冻胀加速。

（2）滨洲上行线路基是沙俄时期修筑的历年较大冻害处所路基高度一般在0.5米左右；线路两侧为沼泽地积水无法排出浸入路基基床。

（3）1998年__超百年一遇的特大洪水末及时排出加之秋雨大路基含水量高路基冻结区内存在着极为充足的水源使路基冻胀过程中具有良好土中水的补给条件冻土中形成很厚的冰层导致开敞型冻胀发生。

（4）__油田以过去自然集水的洼地上修筑大量建筑物。

使地表水汇集到线路两侧地表水位上升加剧路基浸泡。

（5）__油田近四十年的建设过程中在铁路路基内穿越大量的输油、输气和榆水管线这些管线温度较高绝大部分没有保护涵冬季在路基一定范围内不发生冻胀产生冻胀差形成冻害。

（6）20__-20__年冬季民结冻早气温缓慢下降、路基冻结面亦缓慢随之向下推移使未冻土中的水向冻结面迁移和补给有充裕的时间。

（7）道床严重脏污甚至部分板结导致排水能力差含水量高。

3、冻害带来的设备隐患

（1）     轨道几何尺寸变化快如整修不利一方面威胁行车安全另一方面缩短线路及机车车辆寿命影响经济效益降低旅客舒适度。

（2）使轨道框架刚度和线路稳定性降低次年春融及高温季节线路易发生胀轨跑道。

（3）次年春融期间发生春融乱道甚至路基翻浆昌泥。

（一）冻害的类型1、道床冻害由于道床脏污而引起的道床范围内发生不均匀冻胀而产生的线路高低、轨向等。

其特征是冻高小、线路变化快、持续时间短对行车安全有一定影响。

__地区一般自11月末至12月中旬冻起次年4月中旬至5月回落。

2、表层冻害（亦称上层冻害）由于路基上部或基底上土体发生不均匀冻胀而产生的线路高低。

其特征是冻高较小冬季初期较显著；解冻时较快回落冻胀及解冻过程中轨道几何尺寸变化快易出现翻浆昌泥持续时间较长对行车安全有很大影响__地区一般自12月中旬到次年1月中旬冻起次年4月下旬至5月中旬回落。

3、深层冻害（亦称根部冻害）由于路基下部或基底以下土体发生不均匀冻胀产生的线路高低其特征是冻高较大产生时间长直到冻胀末期限高度不断增长线路标高及轨道几何尺寸变化显著解冻回落缓慢并极易出现冒泥或外挤变形对行车安全影响最大__地区一般自1月上旬至3月中旬冻起、个别持到4月中旬。

4月末至6月中旬回落。

（二）、冻害的整修措施1、冻害发生前的准备工作

（1）、提高冻害整修意识超前预想超前备料。

冻害整修是寒冷地区线路主要作业项目之一各级组织要有足够认识对冻害整修有重要性无论是雨量大小的年份都应高度重视不可掉以轻心。

特别是无缝线路地段因有巨大温度力存在更不得有半点马虎；否则将为铁路安全埋下祸根。

（2）     根据本段的实际情况充分发挥各级管理者和工程技术人员的聪明才智、正确预测冻害发生、发展、回落形势及回落后遗留的线路设备隐患主要从发下几个方面：

①线路设备地理环境自然环境。

②线路路基填土土质路基完整性和线路排水设备状等③线路周边的植被及水土保植和自然排水情况。

④当地地下水位地表水状态、当年的降雨量、降雨过程还要特别注重秋季的降雨过程。

⑤搜集气象资料了解当年冬季气温下降缓急方式⑥线路道床脏污程度。

⑦近年来冻害整治情况及整治效果。

（3）根据冻害形势预测储备相应的冻害整修用料作到材料质量好规格符合冻害整修实际需要数量足、及早送至工务领工区工区。

2、冻害发生期间的整修

（1）根据冻害情况适当限制线路容许速度对道床冻害和表层冻害线路不限速2对冻高超过50MM不足80MM的深层冻害应对线路限速120KM/H使用3、对冻高超过80MM不足100MM的深层冻害应对线路限速100KM/H使用4、对冻高超过100MM的特大深层应对线路限速80KM/H使用5、对冻高超过150MM的特大深层还应再考虑进一步降低线路容许速度。

（2）建立干部安全责任制干部包保制看守地段检查监护制度。

1、段长、主管副段长和总工程师、安检主任（主任领工员）、技术主任领工员和养路工长等六个级别对管内冻害均有自己的包保地段。

2、干部包保制度段长、主管副段长总工程师、包保区段安检、技术主任、主任领工员及行政职能人员包保车间。

3、检查监护制度冻害看守地段：

看守人员、养路工长、养路领工员、段包保干部、主管副段长均有检查频次和内容。

非冻害看守地段：

、养路工长、养路领工员、段包保干部、主管副段长均有检查频次和内容。

（3）     落实各级干部对冻害地段线路设备检查制度1、     检查内容、轨道几何尺寸、轨枕螺栓扭矩（缓冲区含接头螺栓扭矩）垫板质量线路长平长直、轨温、道床、轨枕、长钢轨位移和路基状态等静态检查添乘列车进行动态检查。

2、     检查频次道床冻害、表层冻害：

养路工长在冻害冻起和回落期每周检查一次；必要时适当增加次数领工员每旬检查一次段各级干部每半月抽查一次。

冻高500MM以上非看守地段；自冻高超过50MM起到冻害回落完毕止；段领导每半个月、段包保干部和养路领工员每旬、养路工长每周检查一次。

必要时增加检查频次。

冻害看守地段;在看守期间内、领导每十天、段包保干部和养路领工员每四天养路工长每三天对冻害检查一次冻害变化大时增加检查次数看守人员每天9时、15时对冻害各检查一次14时测轨温一次昼间旅客列车通过前后对冻害地段进行一次目视检查冻害变化较大时增加检查次数。

（4）     严格进行线路冻害整修作业1冻害垫撤板作业必须严格执行《快规》第4、7、1、条-第4、7、6、条规定切实做到六够即：

垫板尺寸够垫起高度够顺坡倍数够随变随修。

2、混凝土轨枕地段冻高超过15MM时应使用调高扣件；冻高超过30MM时使用大调高扣件长配合上轨距杆每三根轨枕至少安一根当调高扣件不能满足需要进要适当穿木枕曲线地段必须穿木枕冻高超过50MM时要及时穿入木枕必要时配合上轨距杆当大调高扣件能起作用时应予以保留。

穿木枕得道床要及时捣实枕上垫板要按标准垫好冻高继续增加时可在穿入的木枕上使用通长垫板在通长垫板上使用横垫板五孔胶垫板和铁垫板但垫板与穿入轨枕的联结道钉数量和长度必须足够。

3、线路冻害作业时必须掌握轨温观测钢轨位移分析锁定轨温变化按实际锁定轨温根据作业条件进行作业。

4、严格《快规》第4、4、7条规定的作业轨温条件进行作业；严禁超温作业、扒碴超长、起道超高、拔道超量。

严格执行”一橇一清”和“作业前、作业中、作业后”测轨温制度并注意做好以下三项工作。

A￥在冻害作业地段按需要备足道碴B￥轨向不良时、先拔正线路轨向每次拔道量不宜超过10MM,当轨向较大时可反复拔正拔道宜在低于锁定轨温时进行切不可超温拔道。

C￥整修作业中扰动道床的必须及时回填并夯实道床。

5、线路拔道作业长必须指定专人负责按轨温作业密切注意线路轨向并经常保持线路轨向良好。

6、作业中发现轨向高低不良起道省力枕端道碴离缝必须立即停止作业观测线路状态采取夯拍道床填滿枕盒道碴和堆高碴肩等措施条件允许时可采取降温措施如轨向继续扩大可根据实际情况采取限速或封锁统线路等措施。

7、垫板作业必须按规定松卸螺栓作业后螺栓扭矩必须达到100+150N￥M￥次日复紧。

8、适当调整作业时间轨温较高时垫板作业应安排上午10时之前和下午14时进行其它时间应安排填补道床堆高碴肩夯拍道床及复紧螺栓等提高线路稳定性工作。

3、冻害回落后的防胀措施

（1）经常保持道床符合标准断面捣固段道碴足够碴肩堆高达标。

（2）冻高30MM以上处所及前后200米范围内无缝线路缓冲区的接头螺栓扭矩达到900N.M轨枕螺栓扭矩达到150N.M作业时要尽量缩短一次作业时间。

（3）冻高50MM以上处所及前后200米范围内的线路道床断面标准应达到肩宽500MM.碴肩堆高180MM且捣固段碴饱满冻高100MM以上地段及前后50米范围内道床要进行夯拍。

（4）穿入木枕处道床肩宽应加大。

木枕抽出后必须及时补足道床并夯拍达到捣固段饱满肩宽不小于500MM,堆高不小于180MM的标准。

（5）凡冻高达到50MM以上时应在轨温略低于锁定轨温时进行应力调整特别是曲线地段和冻高超过100MM处所必须进行应力放散或调整。

四、冻害的整治措施采用垫板上调高扣件上轨距杆穿木枕整修冻害不仅浪费大量的人力物力和财力而且没有从根本上消除冻害的发生同时又给行车安全带来极大的隐患冻害还会重复发生。

这时要求我们必须采用有效的措施根除或大幅度降低冻害发生的数量和程度对冻害进行整治。

1道床冻害

（1）     清筛道床消灭道床板结保证道床有足够的厚度当道床厚度不足时可用抬道或削肩办法满足道床厚度。

（2）     改善道床排水条件整修路拱消除道碴。

（3）     增加道床厚度改善道床通风排干性能和保暖性能使冻结线标高上升同时对冻结土体施加了压力。

（4）     将劣质道碴更换为优质道碴。

2、     表层、深层冻害

（1）     因土质不均造成的采取全面更换路基填土方法将土体更换成类砂石炉灰等的渗水土但由于工程费用高对线路运营影响较大近二十年来没能全面维修。

（上世纪七十年代末到八十年代初我段大一让进行过有一定效果）

（2）     因地段水和土质不均造成的冻害采用排水方法如在龙风__站修测沟线间排水沟排除表层水降低水位也取得一定效果。

（3）     因地下水位高地下水丰富地段如沼泽地段最有效的方法是降低地下水位近年来我们对滨洲线K149￥K159￥K162等线路进行了线路高抬道取得明显效果我们认为如果再增加路基宽度辅以深挖测沟渗水井等效果将会更好。

（4）     铺设EPS板方法这种整治冻害的方法是近几年开始推广的新方法EPS板具有保温、隔热、防水的特性。

对整治受地下水影响较大原深层冻害效果很好如再辅之深挖侧沟整治效果会更明显我段于1999年在__进行试铺取得了良好效果。

A￥ EPS的物理力学特性实验目前我国生产的EPS材料密度为15-50KG/M.为找出适宜天铁路路基防冻隔热的密度对不同密度的EPS材料进行了各种抗压实验。

应变值&=4%时的应力与密度之间的关系图如图2-3-11所示。

铁路路基面的荷载应力一般是100KPA左右现场实验适用的密度45KG/M的EPS相应应力近200KPA满足路基应力要求。

对45KG/M的EPS材料在室内分别是100KPA和200KPA静压力其蠕变应变分别为0.8%和1.2%。

室内进行动载实验表明在10万次的频率为F=2.2HZ,振幅分别为100KPA和200KPA的正弦波震动荷载作用下其应变为1.6%和1.9%动应力为100KPA时变形较小为200KPA时变形较大。

对45KG/M和50KG/M的EPS材料实验得到突击吸水率2.98%和2.86%是较小的B￥现场实验让湖路工务段__实验段是处在1.0米左右的低路堤地段两侧与水接触常年浸水路基土是不均匀的粉质土含有腐质及砂砾夹层液限为W:

36%塑限w:

24%天然含水量W=25-50%,每到冬季都产生较严重的冻害在该处铺设了5.0CM厚300CM宽的密度为45KG/M的EPS材料并在两侧竖向埋下75CM深。

铺设EPS段内埋设了温度传感器其间距为50CM.C￥.实验结果分析现场实验表明闲结指数小于1000C.d时铺设EPS的路基土不结冻不铺设EPS的路基土冻结深度为50cm；冻结指数在1000-1500C.d时铺设EPS的路基上冻结深度为20cm,不铺设EPS的路基土冻结深度为100cm线路状况表明；铺设EPS地段没有冻害发生不铺设EPS地段仍有冻害发生。

路基铺设材料显著改了路基土的温度状况在EPS板上的道碴,其年温度较差增大,说明地温通过EPS板这个交界面处传导消散热能减小；而EPS板下路基土的年温度较差减小,则进一步说明EPS板下路基土通过其交界面传导消散的热能减少.EPS板上下的温度差值较大,表明其绝热性能好.由于EPS板的存在减少了自深层土向冻结表面的热流量并降低了路基土的冻结深度从而消除了路基冻害。

D￥EPS板铺设的断面形式以双股铺设为例,EPS板的规格:

1500x_1000_50mm．线路横向铺设2块宽度为3.0m.路基顶面保持原籍面形式,向外测排设2%水坡多余路肩土应撤除。

设计及施工时线路原轨顶标高不变。

E、EPS材料适用范围根据阿城工务段铺设EPS材料整治路基冻害的经验,总结出EPS材料的使用范围:

1、     铺设EPS材料应首先考虑冻高大于300MM以上的路基大冻害处所。

2、     根据路基冻害外部表面特征以及同一横断面上左右股钢轨的单侧冻害、交错冻害发生情况只要准确判断出冻害的位置。

也可采用单股铺设方式。

3、     铺设EPS材料对解决道口、桥头及道岔路基冻害效果更好可大大减少维修量及维修材料。

4、     铺设EPS板整治路基冻害可结合线路大中修施工一并进行。

F、几点提示1、EPS板铺设深度对整治效果的影响:

铺设厚EPS板距轨枕底面的距离过大或过小都不起到良好的效果。

过大则形成水槽板上积水水从板缝浸入板下道床；过小则使板铺放于石碴上起不到保温作用。

所以必须按现场实现情况及各种因素进行设计施工。

2、对接缝对整治效果的影响：

对接缝必须严密离缝过大保温效果不明显所以对接板缝不易大于3MM;施工中也应避免接缝竖错。

3排水不畅对整治效果的影响：

路堑地应加强整治排水措施经常清理淤积物使路基土中的水分充分排出避免排水不畅水浸路基。

4、整治后对线路和影响：

冻害地段铺设EPS板后,在列车荷载作用下,会出现轨面标高下降.线路形成漫坑.所以应在施工时预留下沉量,并加强捣固,施工后了应加强整修。

5、用注盐方法。

此方法适用冻峰自20__年采用发以来取得显著效果特述具体方法如下：

5-1冻害调查：

A每年春季的三月中旬由段组织领工区进行冻害调查准确地测量出冻害的始终点及每根轨枕的冻高做好记录。

B对照历年来的冻害资料看冻害位置及冻高是否变动。

C、在轨腹上口标明调查日期、冻害的起迄位置、左右股别、冻害形式、冻高及冻高区段。

D、在记录中注明是深层冻害还是表面冻害。

5-2确定注盐量A根据调查出的结果作好冻害处所每个枕盒的注盐量及总注盐量。

B、注盐量（双股）：

冻高15-25mm每枕空为冻高1mm注盐0.45-0.50kg冻高26用及上时,每枕空为冻高1mm注盐0.35-0.40kg.C、单股注盐量为双股注盐量的60%。

5-3、注盐A注盐时间；5-8月份B、注盐范围双股冻起时为轨枕头外200mm以内部分;单股冻起时,冻起股枕头外200mm向内至未冻起股钢轨内侧150mm处.。

C、用直径40mm左右的铁钎在注盐范围内打孔（一般用轨头制作,长度1.0m,铁锤用18镑锤）.孔深可根据冻害形成情况确定,若深层冻害一般孔深为1.0m、表层冻害一般为0.5m。

D注盐孔要均匀布置注意不要把辙叉等困难部位遗漏。

E、每个轨枕盒内注盐量；要根据调查按标准严格控制。

5-4、适用范围及注意事项A、注盐法整治冻害适用于冻凸处所因土壤原因造成的冻害。

B、用盐量要适当宜少不宜多。

C、做好顺坡注盐量根据冻高变化而递增或递减切不可忽多忽少。

D、注意观察注盐后效果当年效果不明显时次年停注如效果显著可继续注如果不显著应重新分析冻害产生原因。

E、调查冻害时不要把线路高低当作冻高调查避免假冻害。

五、几点体会1、水是造成线路冻害的必要条件因此必须做好排水工作完完善排水系统适时清筛道床。

2、不同土质对冻胀有明显影响其中碱土含量对冻胀起主要作用采用铺（注）盐措施控制水在冬季的冻胀对整治冻害有较好的效果具有施工安全、省时省力造价相对较低。

但要因地制宜且适量铺（注）盐。

3、路基施工要严格按规范施工不符合规范要求的土不得填注路基。

否则后患无穷同时对过管过涵线路施工要严格管理。

4、冻害整治仍以治水为主有条件时可采取排除地下水。

整治寒冷地区无缝线路的交割是一项长期艰巨的任务需要我们去攻关针对各种各样的冻害变化要采取相应的整治措施使线路处于良好的状态为保证行车安全打下坚实基础。

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