铁路路基翻浆冒泥病害机理及整治[精选]

2020年7月4日00:00:20 8 116 4634字阅读15分26秒

由于每年降雨的冲刷,导致路基基床翻浆冒泥这一现象已成为影响铁路安全和运营的顽疾,每年需花费巨资整治路基翻浆冒泥,严重影响了线路的正常运营和铁路的大提速。文章在探求路基翻浆冒泥的机理的基础上,对现有病害探测和维修检测的方法进行了分析,并对现有路基基床翻浆冒泥整治技术进行了对比研究。对比分析表明:路基翻浆冒泥是多个影响因素共同作用的结果,但同时不同路基翻浆冒泥产生的原因也有差别,因此,在对路基翻浆冒泥病害的整治中应具有针对性。

铁路路基翻浆冒泥病害机理及整治[精选]

1.路基翻浆冒泥机理分析

1.1 翻浆冒泥病害的影响因素

由于铁路路基易受降雨和地下水的影响,一旦地表水或地下水渗入特定的地基土中,在活载的作用下,孔隙水压力不断变化,会产生翻浆冒泥和道碴陷入等整体软化的现象。路基翻浆冒泥是多种因素综合作用的结果,土质、水、温度、路面与行车荷载是影响路基翻浆冒泥的主要因素,同时还包括工程措施方面的原因。

①土、石地质状况是基床产生翻浆冒泥的前提条件。

根据以往的研究表明,基床翻浆冒泥的土质中,由于含有易软化的物质,如蒙托石、绿泥石等物质,这些是路基发生翻浆冒泥的最直接的原因,另外土质具有颗粒细小、透水性差、亲水性强、遇水软化膨胀、脱水收缩龟裂等特性,也是发生翻浆冒泥的前提条件。例如粉性土具有极强的冻胀性,最容易形成路基翻浆冒泥;粘性土的毛细水上升虽高,但速度慢,只有在水源供给充足且冻结速度缓慢的情况下,才能形成比较严重的路基翻浆冒泥;粘性土和粉性土含有较多腐植质和易溶盐时,则更易形成路基的翻浆冒泥;粗粒土在一般情况下不易引起路基翻浆冒泥,但当粗粒土中粉粘粒含量超过一定量以后,冻胀性明显增加,也能形成路基翻浆冒泥。

②气温和水是构成翻浆冒泥的必要条件。

路基的翻浆冒泥过程,实质上就是水在路基中迁移、相变的过程。水是发生翻浆冒泥的必要条件,没有水的存在也就没有翻浆冒泥的产生,由于水的作用,才会使土中易软化的物质加剧。由于水的侵入,土体膨胀软化,道碴被压入填土层,形成道碴陷槽,在水作用下,填土软化范围逐步增大,进而在列车荷裁作用下,泥浆被吸入或挤出道床。因此水是发生翻浆冒泥必不可少的。没有一定的冻结深度或冰冻指数难以形成冻胀和路基翻浆冒泥。而在同样冻结深度或冰冻指数的条件下,冻结速度和负气温作用的特点对路基翻浆冒泥的形成有很大影响。

③列车动力作用是加剧翻浆冒泥的重要条件。

路基翻浆冒泥是通过行车荷载的作用最后形成和暴露出来的。土在重复荷载下,由于重复动力作用,路基土的塑性变形不断积累而造成基床变形和破坏,列车的高速重载会加速这种塑性破坏。当其条件相同时,在翻浆季节,交通量愈大,车辆愈重,则路基翻浆也会愈多、愈严重。

④劣质道碴、道床道碴不洁,以及外来物质脏污道床,阻碍排水而造成道心积水导致线路脏污,日久积水渗入路基,在列车重复荷载下发生翻浆冒泥。

⑤道床厚度不足。

道床厚度不足,会使道床弹性变差、路基受力不均、压强增大;道床石碴侵入路拱,路拱的砂子也会侵入基床,使路拱变薄,降低排水效果,道心积水,或使道床和路基塑性变形,产生轨道空板。列车的重复动载对道床和路基反复冲击和吸附,使吸水饱和的淤泥穿过道床翻上线路。

⑥路拱因翻浆冒泥而被瓦解。

翻浆冒泥使路拱瓦解消失,无法将路基面以上的水排出线路。当水渗入路基后,由于列车的重复动载,从而形成更严重的翻浆。

⑦路基土体土质不良。

1.2 翻浆冒泥病害分类

①根据基床土质岩性和地下水情况,路基翻浆冒泥的类型主要分为4 种:

土质基面翻浆———常见于路堤和土质路堑,无地下水或地下水不甚发育区段。由于基床为粘土、粉质粘土等不良土质且不密实,在降雨和活载作用下翻浆冒泥进入道床。一般在雨季或春融后翻浆,旱季少见。基面下沉严重时会造成事故。

岩质基面翻浆———基床由泥质软岩构成,在雨水、活载和道床研磨作用下翻浆,泥浆主要来自基面,软化层较薄仅能形成浅碴囊,下部岩层仍很坚硬。一般在雨季翻浆,旱季停止。

裂隙泉眼翻浆———多发生在山区和丘陵区的路堑处或隧道内,地下水较发育地段。泥浆内裂隙水和软岩风化物在抽吸作用下形成,由压力水带至基面污染道床。翻浆常年不断,雨季更为严重。

下沉挤出———基床土质呈软塑状态。向边坡或侧沟挤压。雨季中下沉速度加快,并不再表现为翻浆。

在上述四种路基病害中,前三种属于局部的翻浆冒泥,而后一种属于整体的软化。

②根据水源分类情况,路基翻浆冒泥的类型主要分为4 种:

地下水类———受地下水的影响,土基经常潮湿,导致翻浆。地下水包括上层滞水、潜水、层间水、裂隙水、泉水、管道漏水等。潜水多见于平原区,层间水、裂隙水、泉水多见于山区。

地面水类———受地面水的影响,使土基潮湿,导致翻浆。地面水主要指季节性积水,也包括路基、路面排水不良而造成的路旁积水和路面渗水。

土体水类———因施工遇雨或用过湿的土填筑路堤,造成土基原始含水量过大,在负温度作用下使上部含水量显著增加,导致翻浆。

气态水类———在冬季强烈的温差作用下,土中水主要以气态形式向上运动聚积于土基顶部和路面结构层内,导致翻浆。

混合水类———受地下水、地面水、土体水或气态水等两种以上水类综合作用产生翻浆。此类翻浆需要根据水源主次定名,如地下水地面水类等。

1.3 翻浆冒泥病害机理

既有研究根据开挖和行车过程中观察到的翻浆冒泥状况,把翻浆冒泥的形成过程归纳成三个阶段:泥浆挤压上升阶段、积压抽吸联合作用阶段和翻浆冒泥形成阶段。

1.3.1 挤压上升阶段

铁路竣工后或刚刚大修后,道碴洁净、基面平整,排水通畅不会发生翻浆冒泥,但随着运行时间的延长,由于基床铺有亲水性粘性土或存在易风化亲水的软质岩,在火车动荷载反复作用下,使基床面产生不均匀沉降,一旦雨水下渗浸入基床,便在凹洼处积水,因铺设在基床的粘性土渗透系数小,一般都小于10~4 cm/s,积水难以排除,便在火车动荷载作用下,道碴反复与土层相互作用,使基床面土层软化形成泥浆。泥浆沿道碴孔隙上升,这是翻浆冒泥形成的初期阶段。如果该阶段有连续降雨发生,基床面土层不断泥化,使道床中的泥位不断挤压上升。当没有水源补给时,过一段时间,道床中的泥位便停止上升,并干
枯凝结道床,形成板结层,这一阶段泥浆一般不会从道床面挤出。

1.3.2 泥浆挤压抽吸阶段

第一阶段形成的板结道碴层,并不十分密实,在干燥时,也会产生收缩裂缝,一旦降雨,雨水还会渗入基床面,再度使基床面产生泥浆。泥浆在这时上升受到两种力的作用,一种是挤压力,另一种是抽吸力。这两种力的成因是由于泥化道碴层形成一个相对密闭的板结层,板结层对封闭的泥浆加压,使孔隙泥浆水压力加大,受压的泥浆便沿道碴中某些胶结弱的孔洞冒到原胶结层之上。所谓抽吸作用是因板结的道床层在车辆反复作用下,上下往复振动,当板结层抬升时,枕下路基面处局部形成真空带,便把周围水和泥浆吸到枕下真空处,一旦板结层下压,使孔隙水压力加大,泥浆便沿孔洞上升,这就是以挤压抽吸作用形成泥浆上冒的第二阶段。

1.3.3 翻浆冒泥形成阶段

在道床中,雨水下渗,基床软化,泥浆被挤压抽吸上升反复进行,使道碴板结越来越严重,对枕下的封闭越来越密闭,产生的孔隙水压力越来越大,因此泥浆在密闭的道碴板结层中,仍能沿某些孔洞上升,直至使泥浆漫溢道床,掩盖轨枕,并使道床积水,杂草生长,这就是翻浆冒泥形成阶段。翻浆冒泥形成后再翻浆时,从浆液来分可分为小循环翻浆、大循环翻浆和复合型翻浆三种类型。

①小循环翻浆:所谓小循环翻浆是指因降雨时间短、雨量小,水只能渗入到泥浆板结道床中,由于火车的荷载作用,在己经泥化的碴层中,产生泥浆,翻冒到道床表面,造成泥浆飞溅。从浆液颜色上看好像是基床浆液,这实际上是道床翻浆,不会影响基床的稳定性。

②大循环翻浆:所谓大循环翻浆,是因为在长时间降雨过程中,从板结道碴底部翻出的泥浆的现象称大循环翻浆。这种浆液的产生仍是降雨所引起。板结的道碴,尽管渗透系数很小,但雨水无孔不入,长期降雨,雨水总会渗到基床面,软化土体形成泥浆,在密闭道床更大的抽吸力、挤压力作用下,把泥浆挤向道床表面。在循环过程中不断进行,泥浆不断抽出,使道碴下陷,形成道碴囊。碴囊不断积水,土体进一步软化,一旦侧向挤压力超过土体抗剪强度,便产生路肩挤出,使基床失稳,造成事故发生。

③复合型翻浆冒泥:所谓复合型翻浆冒泥,是在一个地点,小循环和大循环同时产生。在连绵雨季往往会发生复合型翻浆冒泥,在这种情况下,往往是以大循环为主,泥浆主要来自基床面,其危害与大循环翻浆冒泥相同。

2 翻浆冒泥病害探测与检测

病害路段范围较广、程度不一,为了提出有针对性的整治方案,要求尽可能探明各部位的病害程度。
传统的方法为:探挖、施工开挖和轻便动力触探(N10)试验。其中以N10 使用较多,但信息反映不够全面。施工开挖则提供的信息滞后,对病害整治范围的确定和整治工序的合理安排较为不利。而传统的挖探方法直观,但效果差、费时费工,而且对线路有损害,且仅能反映局部点的信息,不能准确地掌握整个线路路基的全面信息,同时挖探方法无法检测线路基床深部病害状况。地质雷达检测是一种非接触性检测方法,非常适合于铁路路基检测。在2000 年年底,同济大学和上海铁路局决定将地质雷达探测技术应用于沪宁线翻浆冒泥病害类型与路基状况检测。实践表明,地质雷达可以快速、无损、连续和高精度地检测铁路路基,不但能够给出病害区段轨下结构分层,沿线路纵向探测还可以区分纵向各段的差异,还可给出各测段翻冒类型及需要作为基床病害整治的具体里程,为整治设计提供了依据。

地质雷达探测的基本原理是探测范围内介质差异引起其介电常数不同产生波形异常,根据雷达图像波形在某一段同相轴不连续,波形自上而下与周围明显不同,测量出路基病害范围。根据各测段道中和轨枕头冒穿砂垫层的翻冒通道的分布形式将其分为:集中分布型和均匀分布型两种,并据此确定其病害类型。根据地质雷达图像判释方法和翻浆冒泥病害分类方法,可以对一段线路的病害类型进行确定,以便确定其中的基床翻冒,按照基床病害整治;那些属道床翻冒,应按道床病害整治,并给出对应里程,工务部门可椐此确定整治方案进行设计。地质雷达检测既能适应既有线路的运营要求,又具有快速、无损、连续、精度高等优点,相对于传统的挖探方法更科学、可靠。

同时,线路路基病害整治完成后,依然可以采取上述方法进行质量检查。

3 路基翻浆冒泥整治

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评论:8   其中:访客  0   博主  0
    • 坐看云起 坐看云起 1

      好文章,学到很多,谢谢作者

      • 鹤 3

        学习一下

        • 帅哥 帅哥 1

          学习

          • 帅哥 帅哥 1

            • 528954406 528954406 1

              学习

              • 加油哦 加油哦 0

                谢谢分享!

                • 雪龙 雪龙 0

                  很有用,非常感谢

                  • 雪域雄鹰 雪域雄鹰 5

                    感谢分享!