QC方法在既有線路基基床評價中的應用

劉克禮

(鐵道第三勘察設計院集團有限公司，天津 300251)

1 工程概況

既有白烏線全長82.2 km，位于松遼平原西部，大興安嶺東南麓，處于大興安嶺山脈與松遼平原接合處，經過白城、烏蘭浩特兩市，是白阿線的重要組成部分、內蒙古東部地區重要橫向運輸干線和溝通內蒙古與東北地區經濟聯系的重要通道。根據鐵道部提速的要求，既有白烏線提速目標值為200 km/h。

2 選題理由

首先成立QC小組，通過小組成員的分析和籌劃，制定出課題實施的計劃和安排［1］。本線工期緊、任務重，要求路基基床的試驗評估工作要及時、準確。

①對不滿足要求的路基基床進行精確段落劃分和評價將直接影響工程造價，對既有線評價的精度直接決定了線路方案是增建新線還是改造既有線路。

②如采用改造既有線路方案，那么只有對不滿足要求的路基基床進行精確段落劃分和評價，才能保證提速列車運營的穩定和安全。

3 現狀調查

針對確立的課題，本QC小組展開廣泛的調查研究。

3.1 既有病害資料

局部沿線段落，存在白烏線和平齊線、平臺糧庫專用線、寧家采石專用線并行，長度約為8 km，通過收集鐵路工務段有關這兩條線既有病害資料，發現這兩條線并行的8 km段落范圍內，出現病害處位置不一致，而且數量也不同，病害處數量分別為11和14，病害密度分別為1.4處/km和1.7處/km。這兩個數據有差異，說明收集的既有病害資料有誤差，僅僅依靠既有資料去做評價不科學，很有必要展開調查研究，準確確定既有路基基床病害數量和位置。

3.2 路基基床檢測手段

在既有線提速路基基床評價過程中，如僅采用了挖探、輕型動力觸探法(釬探)、土工試驗、物探瑞雷波速、平板載荷試驗、K30、Evd等手段中的一種或兩種，其結果可能不是很精確。

在眾多的勘探手段中，如采用單一的鑼鉆取擾樣，有時所取的擾樣反映不了實際地層，做出的樣品顆粒比實際地層要大，那么填料組別就偏高。

輕型動力觸探每貫入30 cm記錄一次擊數，并且把這30 cm的地層按照均勻力學性質一致的地層考慮;實際上，在30 cm地層中釬探貫入難易程度經常變化較大，那么對應的物理力學性質也差別很大。

平板載荷試驗和K30試驗由于耗費人力和物力較大，特別是平板載荷試驗，在有些場地不適合，在既有線路基基床評價中有時沒有被采用。這兩種原位測試手段對于確定既有線路基表層的承載力具有較高的精度。

物探瑞雷波速測試點均勻布置在既有路基段落中，經常沒有考慮現場調查情況和結合釬探異常點進行相互驗證。

3.3 承載力的計算方法

對于分析既有線路基基床強度和承載力，以往一般采用輕型動力觸探擊數機械的換算成對應的承載力，沒有結合力學和物探瑞雷波速的思路去分析，僅僅采用釬探擊數換算成對應路基的承載力有局限性和誤差。

3.4 評價成果分析的思路

出于安全考慮，大部分釬探點位只能布置在既有線路肩，那么以往資料中直接將其擊數換算成承載力作為該深度路基的承載力;實際情況是，在同一深度，路肩的地層力學性質和路中心的地層不一樣的。

沒有考慮路基地層巖性，直接通過釬探擊數換算成承載力，這個方法不科學。對于黏性土是可以的，對于非黏性土地層就會有誤差。

4 因果分析

根據以往既有路基基床評價的成果進行分析，找出影響評價成果精度的幾個原因。

4.1 勘探手段比較單一

解決問題的關鍵是采用多種路基基床檢測技術和方法;結合本既有線路基的特點，采用不影響正常運營的既有線路基檢測技術和方法成為迫切需要解決的問題。

4.2 理論分析不夠完善

路基基床強度及基床土的承載力的確定需要研究。針對200 km時速的路基基床強度及基床土的承載力這幾方面進行的研究比較少。

4.3 病害的分布不明確

路基狀況十分復雜，病害復雜多樣，同一段線路中道床性病害和基床性病害相互影響，混雜在一起，病害的分布規律不明確。需要通過不斷的討論，深入現場調查等方法逐步解決，需要投入較大精力和心血。

4.4 資料分析的思路和方法不夠綜合

分析數據也是針對某個勘探方法進行的，沒有把多種勘探測試方法數據分析有機統一起來。可以通過把各種測試手段分析有機統一起來，各種測試手段相互驗證和互為補充，能夠提高既有線評價結果的準確性，取得最佳的評價效果。

5 制定對策

為了使得既有白烏線提速路基基床評價達到預定目標，在充分研究要因的基礎上，制定了下列對策表(如表1所示)。

表1 對策表

6 對策實施

為了更好地實現目標，針對要因對策，進行逐條落實。

6.1 查明既有路基病害的分布

目標是查找本段落內路基病害的分布和特點，通過野外調查分析論證和查閱相關資料文獻，組織大家進行文獻調研，了解既有線的運營狀況;加強野外調查調繪，統計QC活動前后判識的既有路基病害數。

小組經過討論和研究，本測試段落路基容易發生病害成因主要有3個:①基床土質問題，主要為土質不均;②排水不暢，使得基床土容易處于地下水浸泡之中，在列車動荷載的作用下逐漸膨脹、軟化，承載力明顯降低，直至產生病害;③凍害，因為溫差的原因，產生凍脹和融沉。

病害主要發生在以細顆粒路基填料為主的段落。

6.2 綜合勘探手段的應用［2-3］

目標是采用綜合勘探手段對既有路基基床進行綜合評價，提高數據采集的精度。

(1)挖探和土工試驗相結合

為了掌握既有路基基床土的性質和填料成分，現場采用挖探取樣方法，取代鑼鉆手段，進行了室內土工試驗，提高了路基填料的識別精度。

(2)輕型動力觸探試驗

采用釬探擊數每10 cm記錄一擊數，資料整理時，按貫入30 cm所需擊數作為指標進行計算，這樣就可以把地層的鑒別深度誤差降低。

(3)物探測試

采用瑞雷波法測試方法，測試段落的布置依據調查的病害分布點，以及釬探測試擊數異常處，可以提高地層辨別的精度。

(4)Evd測試、K30測試

Evd測點布置考慮了現場調查和K30測試點位置。K30測試點處都布置有Evd測試點，實測K30數據與Evd測試數據具有較好的相關性，并利用Evd動態平板載荷試驗與K30平板載荷試驗數據的相關關系，可以推算出其他位置K30數值。活動后要比直接利用Evd數值查公式導出K30數值科學得多，誤差小，精度提高。

6.3 路基基床承載力的理論分析［4-7］

分析既有線路基基床強度和基床土承載力，以前依據輕型動力觸探直接換算承載力;本次分析從力學角度(考慮路基動應力衰減)去思考，結合物探瑞雷波速的方法，對于路基基床地層不同深度的承載力是否符合要求，可以做出更加準確的判斷。本次綜合輕型動力觸探、力學角度、瑞雷波速分析的方法，較僅僅依據輕型動力觸探來劃分不符合要求的基床地層深度界限精度提高。

6.4 多種勘探手段綜合分析

目標是綜合分析各種勘探測試方法，使得各種手段分析結果相互驗證、相互補充。

(1)本次QC小組活動中，對于本段既有線路基，沿線15處采用了對路肩、軌枕端部、軌道中心進行釬探對比試驗，根據所得的輕型動力觸探法原始實測擊數，剔除個別不合理的數據，對這些數據之間的關系進行了統計分析，統計同一里程、同一深度上，軌道中心、軌枕端、路肩擊數之間的換算關系，再考慮到釬探位于既有路肩上，將路肩剖面基床的基本承載力乘以系數并適當提高，作為既有路基基床基本承載力。

(2)平板載荷和輕型動力觸探試驗對比分析。

對于基床表層承載力的測試，小組采用了平板載荷試驗和輕型動力觸探試驗對比分析的方法綜合分析，比僅采用釬探擊數直接換算承載力的方法要準確，本小組采用在8個相同的點位布置釬探點和平板載荷測試點，分析得到:如既有鐵路路基地層含砂礫等粗顆粒較多，釬探擊數換算的承載力需乘以小于1的某個折減系數(本次為0.7)得出的數值作為實際承載力;如既有鐵路路基地層含砂礫等粗顆粒很少，釬探擊數換算的承載力需乘以接近1.0的某個系數(本次為0.9)作為實際承載力。

綜上所述，提高東北地區既有白烏線提速200 km/h路基基床評價精度的目標已經實現。

7 效果確認

7.1 直接效果

QC小組活動采用了綜合勘探技術和綜合分析方法，提高了既有線路基基床評價精度，使得對于不滿足要求的段落長度劃分精度達到10 m級，對于不滿足要求的地層深度劃分精度達到10 cm級，從而為線路方案和設計提供了可靠的數據支持。

7.2 經濟效益

通過QC小組活動，選擇合理高效的工作方法，制定切實可行的實施方案，對既有白烏線提速200 km路基基床進行了評價，在實施過程中對各種勘探測試過程進行有效的監控，評價結果的精度和質量有大的提高，對于線路方案的選擇和設計，在項目投資方面會產生很大影響，會減少產生設計和方案變更的情況發生，可以為類似路基提速改造項目提供技術參考。

8 結論

通過本次QC應用實踐，得出以下體會:

(1)在工程勘探測試實踐中，應用QC方法能夠改進勘探測試質量，降低勘探測試消耗，提高成員的素質和經濟效益，在重大工程實踐中，QC方法值得推廣應用。

(2)采用采用挖探、輕型動力觸探法、土工試驗、物探、K30、Evd勘探手段對既有路基基床進行綜合評價，可以提高數據采集的精度。

(3)路基基床強度及基床土的承載力的理論分析還需要進一步探索。

(4)綜合分析各種勘探測試方法，可以使得各種測試手段的分析結果相互驗證、相互補充。

［1］ 邢文英．QC小組基礎教材2010新版［M］．北京:中國社會出版社，2010

［2］ TB10018—2003，鐵路工程地質原位測試規程［S］

［3］ TB10102—2004，鐵路工程土工試驗規程［S］

［4］ 楊新安，高艷靈，劉征．論鐵路既有線路基檢測［J］．巖石力學與工程學報，2003，22(增 1)

［5］ 陳皖蜀．既有提速線路路基基床試驗與評估研究［J］．鐵道建筑，2009(9)

［6］ 楊新安，陳春安，溫國春．曲線鐵路路基下沉病害檢測與分析［J］．巖土力學，2004，25(9)

［7］ 宮全美，王炳龍，周順華等．滬寧線提速鐵路路基的強度條件［J］．同濟大學學報(自然科學版)，2006，34(2)