淺談鐵路線路凍害的日常管理與監控

張文煥

摘要：以京哈線鐵路凍害為背景，分析道床凍害、表層凍害、深層凍害及路基翻漿形成的原因，并給出了相應防治對策與措施。

關鍵詞：鐵路；凍害類型；防治措施

中圖分類號：X731文獻標識碼： A

引言：

鐵路凍害，通常是指鐵路線路上常見而普遍存在的短距離地段內的不均勻凍脹。路基基床，在冬季由于冰凍，往往形成較長距離內的均勻凍脹，但在個別地段，由于局部水文、地質條件的差異。這種凍脹相應地產生局部差異，即這些局部地點的凍脹高度與長距離內的均勻凍脹高度出現差異，其外部表現為，在線路縱斷面上，形成駝峰狀或凹谷狀。這些短距離地段內的不均勻凍脹，在冬季造成了線路不平順或方向不良，直接影響著行車的舒適性和安全性，故稱之為鐵路凍害。

鐵路凍害會促使道碴陷槽發展，加速道床臟污的速度，并引起路基產生其他病害，進而降低路基的強度，并影響路基的穩定性，使得軌枕、鋼軌、聯接零件等軌道構造工作條件惡化，并威脅行車安全，因此必須引起高度重視。

1、鐵路凍害的分類及形成原因分析

季節性凍土區鐵路凍害按其產生部位可分為三類：（1）道床凍害，即產生在路基基床面之上的道床里；（2）表層凍害，產生部位是路基土體臨界凍結深度的上半部分（當凍結深度為2m左右時，一般從基床面向下80--100cm范圍內）；（3）深層凍害，產生部位是路基土體臨界凍結深度的下半部（當凍結深度為2m左右時，一般為從基床面以下80cm或100cm到臨界凍結深度下緣）。翻漿冒泥為路基凍害的副產品，也是一種較嚴重的路基病害。

1.1道床凍害的形成

道床凍害的特點與路基凍害不完全相同，凍脹高度往往不大，凍害墊板的插入比例較小。它在線路方向上的凍脹比較均勻，但軌間中央部位的凍脹大，所以軌道震動強，列車晃動大。

凍脹發生時間較早，在東北地區一般是10月中旬開始凍脹至11月上旬基本穩定，其凍結速率平均為2cm/d左右。

道床凍害形成原因主要是道床不潔，它發生的數量約占鐵路凍害總數的50%以上。道床不潔的原因：（1）道碴不潔，道碴材料不符合技術標準，含泥量超過標準。（2）由風吹或雨水沖洗，或因機車運行時帶起的泥土，落入道床中，致使粉、粘土量超過限度。（3）道碴在使用過程中遭受列車運行中或工務養路維修機械破壞。在枕木下板結形成不透水層，或因搗固不好，枕木下留有空間。（4）因更換枕木等原因，道床厚度不足，在列車荷載作用下造成道碴壓入路基基床面，從而形成貯水溝或囊。（5）由于粉土質粘土含量的增多，造成毛細水的上升，重力水滯留或地表水向道床中浸透及滲透。

1.2基層表層凍害的形成

表層凍害的高度特點是：一般為30--50mm很少有50mm以上的；其時間大多在冬季上半期即能發展到頂峰，而在解凍期間首先回落。在東北地區11月上旬開始，最晚到12月中旬停止發展，來年4月中旬至5月初就基本回落完畢。

表層病害形成的主要原因：（1）路基基床表面不平整，造成基床表面積增大，增加水分滲入基床表面，土層含水量增大超過了起始凍脹含水量時，表層中水結冰，體積膨脹的同時，水分又向冰結鋒面補給，水分比凍前增加較大，形成了凍害。（2）路基土體的表層為非勻質。由于路堤地質來源不同，且在填筑時，土層的厚薄和夯實密實不同；在凍結期水分遷移、聚積時，由于這些地質、結構、層次等條件的不同，其聚流量也不盡相同，因此產生的凍脹量也不等，從而形成凍害。（3）地表水或地下水對路基體的不均勻浸濕。路基基床面不平整積水，因而各處抽吸的水分多少不等，凍脹量不同，形成凍害。路基兩側的積水，由于積水的水位及深度、范圍不同，因而形成凍害。上層潛水和裂隙水及側溝積水，由于地形，水分的多少，都對路基土體影響及路基土體導熱不均勻形成的凍害。

1.3基層深層凍害的形成

深層凍害的凍脹高度可達300毫米以上，對行車安全威脅較大。

路基深層凍害的產生的時間較晚，在冬期的后半期產生，東北地區在12月中旬以后，直到凍期末凍害才能停止。深層凍害的產生大多是因地下水的關系，因為如果沒有地下水，雖然土質有所差異，下部呈現脫水現象，所以已無多少凍脹了。但如地下水充分，冬期時水分遷移的聚流量大，引起的凍脹差異往往較大，凍脹高度有時可達300毫米以上，對行車的舒適性和安全性構成較大威脅。

1.4路基翻漿冒泥的形成

路基翻漿冒泥往往為路基凍害的副產品，由于冬期凍脹是水分向上遷移，土基上部的含水量大為增加，春融解凍時期，在列車運行下引起路基基床表層或道床翻漿。形成原因為：當冬季凍結時，水分大量向上遷移到道床，并向路基土體表層遷移，而春融時上面冰凍先融化，而融化層下仍處在凍結狀態，使融化了的冰水及雪水無法下滲，同時粘性土中的含水量已經遠遠超過了液限，致使道床中的粘土或路基土體表層土質過濕，土的抗剪強度顯著降低，形成路基翻漿。

2、鐵路凍害的防治

2.1道床凍害的整治：首先對大部分道床進行清篩。清篩時要達到以下幾點：

（1）需將枕木下的板結層除去。

（2）清篩厚度為整個道床厚度，因為僅篩枕木底面，對凍害的整治效果較小。

（3）對兩枕木之間的部分，應將高出部分挖掉，使之排水良好。

做好排水，清除道床中的不透水層；清除道碴溝及道碴囊，將水分排掉或切斷使之不能補給水分，以消除病害。

2.2通過對鐵路凍害調查發現，大多數凍害都屬于表層凍害，因此基層表層凍害的防治比較關鍵。

對基層表層凍害采取的防治措施多種多樣。歸納起來有三種：（1）排水及隔水：其目的在于排除地表水或降低疏導地下水，以消除或減少路基土體的凍脹。（2）換填或土質改良：其目的是換除路基土體中不均勻土質，或改良土的性質，以消除和減少基土體的凍脹。（3）隔溫：其目的是使土體脫離凍結層或部分脫離凍結層，從而減少和消除路基土體的凍脹。

2.3防治深層凍害主要是整治地下水，換土的辦法工程量比較大，不宜用采用。地下水處理方法一般為疏干、攔截、降低及引排等措施，以降低地下水水位來整治凍害。

2.4防治路基翻漿最根本的措施是排水或隔斷冬季水分重分布時的向上遷移的作用，其次考慮改良土質的問題。

3、注意以下幾個方面

3.1在寒冷地區修筑鐵路，必須在設計和施工中預先采取防治凍害措施。

路基工程是直接在大自然地面上開挖填筑，易受不良地質、水文、氣象等因素的影響。雖在勘測設計中廣泛收集資料，進行了研究分析，但由于往往對大自然認識的不深入不全面，研究分析的不適當，故不可能完全避開不良地段。一旦選擇的位置和工程措施或施工不當，就會造成災害，后患無窮，不但耗費大量整治資金，而且長期影響鐵路運輸。

3.2調查分析凍害形成原因和規律是正確采取防治措施的基礎。只有在充分調查的基礎上，針對其原因，采取措施，防治凍害才能收到預期效果。

3.3采取防治凍害措施必須是以消除局部凍害地段的凍脹高度為目的，使相鄰兩區段凍脹值在一定距離內緩慢變化，使線路具有合乎要求的縱坡。

3.4采取防治凍害措施時，首先考慮排水，而后再考慮其他措施相配合。因為水不僅是產生凍害的原因，它還能降低路基強度而引起他路基病害。所以，在采取防治水害措施時，應當首先考慮如何疏干路基。

3.5在采取防治凍害措施時，要因地制宜，盡量做到就地取材。在防凍害設計中，要對癥下藥，經濟合理。

4、結語

總之，凍害產生的原因是多方面的，有時明眼可鑒，有時需要作土工試驗加以證實。關鍵是深入工作時，不能臆測，應重視現場實際，只要工作做的深入，一定會分析出凍害產生的原因，找出凍害的防治辦法。

參考文獻：

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[3]鐵路路基大修維修規則.中國鐵道出版社.2012

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