高寒地区铁路多年冻土路基综合施工工法

高寒地区铁路多年冻土路基综合施工工法1．前言随着我国铁路建设事业的快速发展，近年来高纬、高寒地区陆续开始新建铁路。

在高寒多年冻土地区修建铁路经常会出现冻胀、融沉等不良路基病害，因此，如何在该地区新建铁路中采取行之有效的预防冻害病害措施，是目前在同类工程施工中急需解决的一个难题。

中铁十三局集团第四工程公司承建的大兴安岭古洛铁路是我国目前修建的最北一条铁路线，项目地处祖国最北端，施工地域地质条件非常复杂，施工环境异常恶劣，平均气温在0℃以下的月份达8个月，年平均气候-5.5℃，极端最低温度-52.3℃。

为预防路基冻害病害的发生，在路基基底换填施工季节、填筑材料选择，冻土路堑开挖，路堤中加设土工格栅，路堑坡顶、路堤坡脚外设置挡水板，低填浅挖地段设置U型排水等综合防治措施，为确保路基稳定有效防治冻害的产生起到了很好的效果。

经过古洛铁路两年多施工技术深入的研究与探讨，不断优化施工工艺总结出的《高寒地区铁路多年冻土路基综合施工技术》科技成果填补了国内高寒地区多年冻土客货共线铁路路基施工技术的空白。

2．工法特点2.1路基全部实现机械化施工，全线分区段平行作业，区段内流水作业，可提高工程进度。

2.2通过对关键技术的控制，较好地解决了地面横坡较大的路基坡脚、路堑堑顶冻结层上水的防排问题；有效地将水源引离路基底，保证多年冻土路基及路堑不受地上、地下水的侵蚀，可有效防治多年冻土地区路基冻胀、融沉病害的产生。

2.3多年冻土地区路基施工规范化、标准化，机械组织合理，通过分段平行作业，段内流水作业，提高工作效率、保证施工质量，其效益较突出。

3．适用范围本工法适用于高寒多年冻土地区客货共线铁路路基施工。

4．工艺原理多年冻土区路基病害主要是由于路基下多年冻土发生热融下沉，冻胀及不均匀冻胀引起的。

而水是引起多年冻土变化和破坏的最活跃因素，水是最普遍的溶剂，而且具有其他物质难以比拟的比热和相变潜热；而一旦水流渗透至路基基底，必然会使基底多年冻土发生热融产生病害。

本工法通过路基基底冻胀土挖除换填弱冻胀土；路堤中加设土工格栅；冻结层上水较为发育地段设置挡水板、挡水埝及反压护道；设置U型排水沟；路堤、路堑边坡设置片石护坡等综合施工技术加强多年冻土地区路基稳定，加强截排流入路基内地表水及冻结层上水的新技术、新结构的应用，在施工期很好地做到了预防多年冻土地区路基冻胀、融沉等病害的发生，效果非常明显。

5．施工工艺流程及操作要点5.1冻土路堑开挖施工5.1.1冻土路堑开挖技术要求冻土路堑采用路堤式路堑，路堤部分高度为64cm，路堤边坡坡率1:1.5；区间边坡高度小于6m 且地面横坡较缓地段，站场两侧路堑边坡坡率1:3其余土质及全风化硬质岩路堑边坡坡率1:1.75，强～弱风化硬质岩地段路堑边坡坡率1:1.25。

冻土路堑结构形式见5.1.1图：图5.1.1 富冰冻土路堑标准断面图5.1.2冻土路堑开挖施工工艺流程冻土路堑开挖施工工艺流程见5.1.2图。

图5.1.2 冻土路堑开挖施工工艺流程图5.1.3冻土路堑开挖施工操作要点5.1.3.1富冰冻土路堑施工季节选择高纬度多年冻土区富冰冻土路堑施工季节的安排，要充分考虑人、机、工程三者和气候自然条件的协调。

既要避开气温最低、人员和机械难以适应的严寒月份（11～1月）施工。

也尽可能地不在冻土热融活动最活跃大月份（5～8月）施工。

富冰冻土路堑堑顶挡水板的埋设选择在9月份施工，路堑开挖选择在9、10月和2、3、4月，在4月底前完成基底及边坡换填，其它附属工程可在暖季进行。

5.1.3.2施作堑顶防排水设施路堑开挖前正确标明开挖边界，为保证冻土路堑不受地上、地下水的侵蚀，在开挖前先行将堑顶迎水坡挡水板、挡水埝等截排水设施完成，并将堑顶永久排水沟与临时排水沟沟槽结合开挖出来，然后再组织路堑开挖施工。

5.1.3.3 富冰冻土路堑开挖施工原则富冰冻土路堑按设计宽分层分段方法施工，贯彻“宁超勿欠”的原则，根据多年冻土的工程地质条件，施工力量、气候等情况合理安排好各道施工工序衔接，尽可能减少多年冻土的暴露时间。

5.1.3.4 富冰冻土路堑机械开挖富冰冻土路堑能采用机械开挖的，首先采用机械开挖。

土质路堑采用机械开挖，对地形较平缓的浅路堑采取全断面纵向开挖方法；当路堑长度较短，挖深较大时，采取横向分台阶开挖方法；路堑较长且深度较大时，采取纵向分层分台阶开挖方法；地形起伏，且路堑长度大、开挖深，采取纵横向分台阶结合的开挖方法。

由于低温条件，机械设备功率下降较为严重，而且故障较多，维护困难，机械开挖采用的机械设备要选用功率大、性能可靠、维修较少、技术成熟的设备，同时考虑完好情况配足设备。

使用大马力推土机裂土器松冻土，小马力推土机将松动冻土堆积在一起，挖掘机装土，自卸车运输。

5.1.3.5高含冰量冻土路堑爆破开挖地表层采用推土机松土器开挖冻土。

当机械无法开挖时采用浅孔台阶微差控制爆破法开挖。

边坡采用预裂。

为减少对高含冰量冻土路堑边坡及边坡以外的冻土层扰动，采用局部分层布炮。

炮眼位置的布置：在布置炮眼位置时，要尽量利用临空面较多的地形，或者有计划地改造地形，使前一次爆破给后一次创造两面或多面临空，以争取较好的爆破效果。

5.1.3.6弃碴装运由于开挖过程中，对冻土产生影响，部分冻土已融化，采用轮胎式装载设备易生滑动，要加设防滑链或在工作面处填一层砂砾，汽车运输过程中冻土融化，部分冻土难卸，采用挖掘机清理。

5.1.3.7 富冻土路堑基底换填为保证多年冻土路基稳定，对富冰冻土路堑采用基底换填措施，基床表层换填0.6m，基床表层以下换填不小于1.0m。

换填材料要求尽可能选用粗颗粒土，含泥量控制在25％以下，不得有冻块。

换填前检查核对地质情况，与设计不符时，及时与设计部门沟通，检查尺寸，确保换填厚度，不足时及时补炮处理。

路堑开挖至换填深度后，换填前必须整平基坑表面。

基坑换填在开挖路堑底部全断面进行。

5.1.4冻土路堑施工注意事项5.1.4.1边坡防护要安排在路堑开挖完毕立即施工并及时完成，使之起到防护作用。

各种防护在稳定的坡脚和坡体上施工。

对防护的坡体表面先进行检查处理，保证防护设施与土石坡密贴结合。

5.1.4.2路堑施工前须做好堑顶截、排水设施，严禁跨雨季施工开挖路堑土石方。

5.1.4.3路堑弃土要集中存放，不得至于堑顶。

5.1.4.4侧沟要置于稳定的地层或碾压密实的填土上，水流须引入线路两侧的排水系统，且其排泄不得对路基产生危害。

不同排水设施之间注意紧密衔接，排水工程要及时实施，防止施工期间因地表水下渗和侵入而造成路基松软或边坡坍塌。

5.2 路堤填筑施工5.2.1路堤填筑技术要求冻土路堤边坡坡率：路基面以下0～8m，1:1.5，8～20m，1:1.75。

边坡小于3m不防护，边坡高度大于3m时边坡采用2×2m干砌片石方格型骨架护坡防护。

路基基床由表层和底层组成，表层（0.6m厚）优先选用A组填料填筑，其次为B组填料，其粒径不得大于150mm，压实标准K30≥140MPa/m（碎石土）；基床底层（1.9m厚）采用A、B组料填筑，其粒径不得大于200mm，压实标准K30≥130MPa/m（碎石土）。

基床以下部分采用A、B组料填筑，其粒径不得大于300mm，压实标准K30≥120MPa/m（碎石土）。

路基填料的细颗粒（d≤0.075mm）含量在碎石土中不能大于15%。

路堤结构形式见5.2.1图：图5.2.2-1路堤标准断面图尺寸单位：m 5.2.2路堤填筑工艺流程路堤填筑工艺流程见5.2.2图。

图5.2.2 路堤填筑施工工艺流程图5.2.3冻土路堤填筑施工操作要点5.2.3.1基槽开挖、换填施工多年冻土地区路基基底处理一般采用破坏冻土原则，既将路基地表浅层黏性土层、粉砂层及局部地段的饱冰、含土冰层砾砂层采用挖除换填弱冻胀性土的措施。

冻土路基基底处理要在秋冬、冬春交替季节（气温在0℃左右）施工，但由于受总体工期的限制，在夏季也要进行基底换填施工。

为减少气温对基底多年冻土的影响，在施工过程中尽量选择夜间施工，同时不大面积开挖，采取分段开挖分段封闭的方式组织施工，一般在开挖前就准备好换填料，开挖30米左右马上进行回填处理，尽量压缩基底多年冻土的暴露时间，将热融影响降低到最低限。

如若在基底开挖至设计标高以后发现冻土融化了一些，马上采取抛石挤淤的方式进行处理，然后在其上在填筑弱膨胀土。

这样也很好地解决了夏季施工对冻土的影响。

回填作业在清方成型后全段尽快一次完成。

回填采用粗颗粒土分层填筑、分层压实，每层填筑最佳铺筑厚度为35cm，采用重型振动压路机碾压，压实质量标准视换填层位置而定。

当换填层位于基床以下时，按路堤本体控制；当换填层位于基床范围时，按基床填土控制。

5.2.3.2路堤填筑施工路堤填筑施工方法艺与其他地区施工区别不大，此处不再详述。

5.2.4冻土路堤基底处理施工注意事项5.2.4.1在开始施工前，仔细检查施工准备情况，人员、机械、备料等必须满足快速施工的需要，做到各工序紧密联接，以尽量减少对冻土的扰动。

5.2.4.2临时防护设施必须到位。

在施工过程中，为了避免冻土暴露时间过长而受到雨水、热量的侵蚀，在施工前就准备好彩条布，棉被等临时隔热、遮阳、防雨措施。

5.2.4.3在施工组织安排上，根据多年冻土的工程地质条件，施工力量和施工季节确定分段长度，开挖一段处理一段。

5.2.4.4挖除换填前，必须先施工临时排水设施，避免水分储存在粗粒土中，形成冻胀。

5.3土工格栅铺设施工5.3.1土工格栅铺设技术要求路堤填土高度H≥6m时，路基面至其以下4m范围内分层铺设土工格栅，最上一层距路基面0.4 m，其余间距0.6m，铺设宽度为所铺设处路基宽-2m。

格栅采用抗低温单向拉伸聚丙烯土工格栅，每延米拉伸屈服力≥25KN/m；采用标称拉伸强度不小于25KN/m，耐冻（-45℃）反复冻融200次抗拉强度仍不得小于设计要求。

土工格栅结构形式如5.3.1下图：图5.3.1土工格栅结构形式图尺寸单位：m5.3.2土工格栅铺设施工工艺流程土工格栅铺设施工工艺流程见5.3.2图。

图5.3.2土工格栅铺设施工工艺流程图5.3.3土工格栅铺设施工操作要点5.3.3.1按照设计图纸要求的铺设位置进行铺设，铺设前利用人工将下垫层平整，有突出的石块和尖石挖除并用细料填实。

5.3.3.2铺设土工格栅时，将强度高的方向与其受力方向一致，即沿路基横向铺设。

受力方向搭接时，用土工绳或土工格栅的肋带连接度。

横向连接时，搭接宽度不小于10cm，并用土工绳或扎丝扎连接。

为保证土工格栅稳定，用U型钉将格栅钉固在路基上，U型钉梅花型布置，间距为5*5米。

5.3.3.2土工格栅铺设完毕采用滚填的方式填筑上层填料，即汽车从一边倒退卸料，随卸随用小马力推土机粗平；铺设土工格栅一层，填料碾压一层，至达到设计标高。