铁路路基病害类型_机理及检测与整治技术

100429665/2005/13(02)20195205　Jou rnal of Engineering Geology　工程地质学报

铁路路基病害类型、机理及检测与整治技术3

彭　华　张鸿儒

(北京交通大学　北京　100044)

摘　要　针对既有铁路的特点,分析了常见铁路路基病害的类型、机理;提出路基病害的检测应运用现代化检测工具,采用原位和区段测试相结合的方法;针对路基病害整治技术的复杂多样,整治具体路基病害的困难性,指出了铁路路基病害智能管理系统能较好地解决此问题。

关键词　既有铁路路基病害检测整治

中图分类号:U213 文献标识码:A

TY PES AND M ECHAN I S M S O F ROAD BED D EFECTS I N EX I ST I NG RA I L2 W AY S AND THE I R D ETECT I O N AS W ELL AS TREAT M ENT

PENG Hua　Z HANG Hongru

(B eijing J iaotong U niversity,B eijing　100044)

Abstract　Based on the feature of the existing rail w ay,the authors analyze types and mechanis m s of r oadbed de2 fects.The authors then p resent a ne w method in detecti on of r oadbed defects,which combines the s pot detecti on and secti on verificati on using modern equi pment.Considering comp lexity of measures f or treat m ent of r oadbed de2 fecti on as well as difficulties in their i m p le mentati on,the authors conclude that an intelligent manage ment syste m of rail w ay r oadbed defects will be a very effective t ool in assessing railr oad r oadbed defects and selecting app r op riate measures f or treat m ent.

Key words　Existing rail w ay,Roadbed defects,Detecti on,Mechanis m s

1　引　言

铁路路基是一条带状结构工程,沿线经过的地质条件差别较大,填料也不均匀一致,加之由于技术、经济以及施工等方面的原因,填料、结构设计以往采用较低的技术标准,施工往往要求不严,从而导致各种病害的产生,严重影响着列车的安全运行。此外,以往基床填料基本上都是土质,压实系数小,弹性模量小,设计厚度也偏小,在此范围之外,列车重复荷载引起的动应力还很大,近年来随着重载及提速列车的大量开行,路基负荷发生了较大变化,路基内应力水平、分布状态和作用方式显著改变,原有动态平衡被破坏,逐渐产生病害或使已存在的病害更加严重,使重载或提速得不到可靠保证,为此,在对线路提速改造或重载化之前,需要针对不同的提速区段彻底整治路基病害。

2　铁路路基病害类型、特性与机理分析

3收稿日期:2004-08-02;收到修改稿日期:2004-10-16.

第一作者简介:彭华(1971-),博士,主要从事铁道工程和岩土工程.Email:jhpeng@vi

2.1　铁路路基病害类型、特性

铁路路基病害按路基断面形状可分为路堤病害与路堑病害两类;按发生的部位可分为基床病害、路基本体病害和地基病害3种类型;按表现形式可分为翻浆冒泥、下沉、挤出变形和冻害4类。

基床表层是路基直接承受线路上部荷载的部分,其作用为增强路基的强度和刚度,使路基更加坚固、稳定,并在列车通过时将路基的弹性变形控制在一定的范围之内;使扩散到基床底层的动应力不超过基床的临界动应力;防止道碴压入基床和基床上进入道床;防止雨水从路基顶面浸入路基;防冻。为此要重点关注基床表层部位的路基病害。

翻浆冒泥一般易发生于基床土质不符合要求的部位,其发展过程一般分为道心积水阶段、冒砂阶段、局部翻浆冒泥阶段、区段(或通长)翻浆冒泥阶段4个阶段。

下沉主要是路基填筑密度不够和强度不足所致。表现形式有路基下沉、道碴囊或道碴袋。

挤出主要是土体强度不足而产生的剪切破坏或塑性流动,表现形式有路肩隆起、侧沟被挤等。

冻害发生在寒冷地区,如路基土为透水性较差的细粒土,当含水量较高或基面积水,在冻结过程中,土中水重新分布和聚集形成冰块,又引起不均匀的冻涨现象。

尽管路基病害表现形式多样,但产生路基病害的原因则主要是土质不良,压实密度不足和排水不畅等,病害产生的具体原因见表1。

表1路基病害产生的具体原因

Table1Specific cause for r oadbed defects 病害类型病害产生的原因

翻浆冒泥路基土体土质不良是前提条件;气温和水是促成的必要条件;列车动力作用起到加剧作用。

下　沉地基松软;路基填筑密度不够。外　挤路基土体强度不足。

冻　害土冻结时的水分迁移;地下水的影响;土的冻胀程度还取决于温度变化条件。

2.2　路基病害产生的机理

路基病害的产生和发展与路基填料的工程性质、地表水与地下水、列车振动荷载、土的动力强度的特性和温度及其变化有关。主要是路基填料、水、列车荷载和温度变化等各项因素综合作用的结果,各种因素之间又相互关联。

观测表明,在列车轮轴荷载的重复作用下,路基的渐进破坏主要表现为过大的塑性变形,这种塑性变形的累积到一定程度将会使路基填土产生塑性流动,并产生路基病害。研究表明:产生这些病害(破坏)的原因在很大程度上依赖于路基土在循环荷载作用下的抗剪强度特性,而后者与土的饱和度密切相关[1]。随着饱和度的增大,土的动强度(即经过若干次循环加载后仍处于稳定状态的最大偏应力比)将显著降低。处于轨道下方的路基土因反复受到挤压和固结而产生过大的累积塑性变形,从而形成所谓的道碴坑以及枕木下方的积水坑。尤其是在雨季,基床填土含水量达到饱和状态,动强度显著减小,从而使道床工作性能急剧下降,甚至会导致线路产生严重的不平顺而影响行车安全。

不同的病害中路基填料、水、等各种因素影响程度不同。在产生路基病害的这些因素中,有些是不能改变的,如列车荷载。要消除路基病害,只能改变那些可以变更的因素。

3　路基病害检测

为了对路基病害进行合理整治,必须准确检测病害状况,分析病害成因。

根据铁路既有线的特点,路基检测应不干扰行车或少干扰行车,为此需采用的检测手段应力求准确、可靠、快速,从而为将来整治工作提供准确可靠的信息。可采用轻型动力触探、地质雷达、瞬态面波法和取土试验等多种手段对线路进行试验检测,具体步骤和方法如下。

(1)典型地段开挖横沟,了解路基的几何特性。

(2)采用探地雷达法和瞬态面波法对试验区段内的路基进行大面积的扫描检测。

探地雷达法具有直观反映道床几何形态、表层分辨率高的优点,可以探明路基结构的分层;探测路基病害类型、程度和具体位置,用于分析道床、路基各个土层的地质情况;探地雷达测出的结果是基床的电性参数,而无法给出路基的力学特性。而瞬态面波法表层状况由于石碴的散射和高频信号的限制不能精确的反映,探地雷达方法可弥补瞬态面波法的不足。瞬态面波方法对在土中频散曲线比较平滑,能够准确反映路基土的力学参数随深度的变化,测试的深度也比较深,也正好弥补了探地雷达方法不能反映路基土的力学参数和测试深度浅的不足。在路基病害测试中,最关心的是路基表层(有无陷

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