嚴(yán)寒地區(qū)高速鐵路路基凍脹整治技術(shù)

劉偉平

（哈大鐵路客運(yùn)專線有限公司，遼寧沈陽110002）

嚴(yán)寒地區(qū)高速鐵路路基凍脹整治技術(shù)

劉偉平

（哈大鐵路客運(yùn)專線有限公司，遼寧沈陽110002）

哈大高鐵是世界上第一條修建于嚴(yán)寒地區(qū)的采用無砟軌道的高速鐵路，建設(shè)及運(yùn)營管理均無成熟經(jīng)驗(yàn)可供借鑒。本文針對(duì)哈大高鐵出現(xiàn)的路基凍脹現(xiàn)象，通過廣泛調(diào)查，總結(jié)發(fā)現(xiàn)了路基凍脹特點(diǎn)和規(guī)律，通過原因分析及系統(tǒng)性、針對(duì)性的試驗(yàn)研究，提出了適合嚴(yán)寒地區(qū)高速鐵路的路基變形監(jiān)測、路基接縫封堵、設(shè)置滲水盲溝等一系列路基凍脹監(jiān)測與整治技術(shù)，為哈大高鐵的養(yǎng)護(hù)維修提供了理論和技術(shù)支持，也為2015年冬季達(dá)速提供了技術(shù)保證。上述成果在哈大、哈齊、沈丹、盤營等高速鐵路得到了充分應(yīng)用，取得了良好效果，對(duì)我國嚴(yán)寒地區(qū)高速鐵路的后續(xù)設(shè)計(jì)、施工和運(yùn)營管理具有重要參考價(jià)值。

嚴(yán)寒地區(qū)；高速鐵路；路基凍脹；整治技術(shù)

1　哈大高鐵路基概況

1.1工程概況

哈大高鐵南起濱海城市大連，經(jīng)遼寧省營口、鞍山、遼陽、沈陽、鐵嶺，吉林省四平、長春、松原，止于黑龍江省會(huì)哈爾濱，線路縱貫東北三省，途徑3個(gè)省會(huì)城市和7個(gè)地級(jí)市及其所轄區(qū)縣。

線路全長903.939km，全線共設(shè)23個(gè)車站，橋梁長662.765km，隧道長9.929km，路基長231.245km，其中無砟軌道路基長181.97km。無砟軌道路基中，路堤長111.95km，路塹長70.02km。

哈大高鐵沿線氣候寒冷，極端最低溫度-39.9℃，最大積雪厚度30cm。沿線土壤最大凍結(jié)深度在93～205cm，每年從10月開始凍結(jié)，次年4～5月份全部融化，經(jīng)歷時(shí)間長達(dá)5～6個(gè)月。

1.2路基防凍脹設(shè)計(jì)原則

針對(duì)哈大高鐵嚴(yán)寒地區(qū)潛在的路基凍脹隱患，設(shè)計(jì)之初對(duì)全線的路基地段進(jìn)行了較為完善的防凍脹設(shè)計(jì)。

圍繞路基凍脹三要素——土質(zhì)、水和溫度，以基床填料防凍脹和“封排結(jié)合”控水措施并重為原則，設(shè)計(jì)時(shí)對(duì)哈大高鐵基床結(jié)構(gòu)表面封閉、路基填料、排水措施等提出了相關(guān)要求。主要涉及以下6個(gè)方面：

1）嚴(yán)控填料細(xì)顆粒含量以提高基床表層填料防凍性能。基床表層級(jí)配碎石須滿足：粒徑d≤0.075mm顆粒含量不大于5.0%，壓實(shí)后d≤0.075mm顆粒含量不大于7.0%。最大凍結(jié)深度范圍基床底層填筑層填料采用《鐵路特殊路基設(shè)計(jì)規(guī)范》（TB10035—2006）規(guī)定的Ⅰ級(jí)不凍脹填料，即d≤0.075mm顆粒含量不大于15%、平均凍脹率η≤1、級(jí)配良好的A，B組填料。

2）涵洞周圍最大凍結(jié)深度影響范圍均填筑具有良好抗凍性能的摻水泥級(jí)配碎石。

3）路基面設(shè)置防水層以防止地表水下滲。軌道板底座外邊緣至電纜槽采用現(xiàn)澆6～10cm厚的C25纖維混凝土。纖維混凝土伸縮縫及與軌道板底座、電纜槽、路基面的其他預(yù)埋設(shè)備（如接觸網(wǎng)基礎(chǔ)）的接縫處設(shè)塑料薄膜隔離層，并采用熱瀝青砂漿澆注。底座間伸縮縫采用聚乙烯泡沫塑料板填塞，上部用瀝青軟膏或聚氨酯密封。

4）基床底層表面和基床換填底部各設(shè)置一層兩布一膜土工布以防止地表水下滲和地下水入侵。

5）設(shè)置防凍脹護(hù)道。為防止凍脹破壞路堤邊坡，當(dāng)路基填土高度＞3m時(shí)，在路堤邊坡兩側(cè)設(shè)置防凍脹護(hù)道。護(hù)道高度和寬度不小于當(dāng)?shù)丶竟?jié)最大凍結(jié)深度。

6）全線設(shè)置系統(tǒng)的排水設(shè)施。根據(jù)不同情況設(shè)置了排水側(cè)溝、滲管或滲水暗溝，并依據(jù)嚴(yán)寒地區(qū)特點(diǎn)適當(dāng)加強(qiáng)。

1.3施工過程中設(shè)計(jì)優(yōu)化

針對(duì)2個(gè)過渡段距離＜30m時(shí)的短路基，路基施工過程中發(fā)現(xiàn)因過渡頻繁，施工質(zhì)量不易控制。對(duì)這種路基基床范圍內(nèi)全部改為采用級(jí)配碎石摻5%的水泥進(jìn)行填筑。

針對(duì)部分低路堤點(diǎn)，設(shè)計(jì)線路以普通路基形式通過。施工過程中如發(fā)現(xiàn)路基地下水位較高、接近地表，為避免因地下水上升至凍結(jié)深度范圍內(nèi)造成的路基凍脹變形問題，在路基兩側(cè)設(shè)置鋼筋混凝土U形結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)采用自防水和全包防水層防水。

1.4施工過程質(zhì)量控制

哈大高鐵處于嚴(yán)寒地區(qū)，路基工程質(zhì)量控制是重中之重。項(xiàng)目開工建設(shè)前，哈大公司多次組織設(shè)計(jì)交底會(huì)，由設(shè)計(jì)人員對(duì)施工圖紙進(jìn)行講解，使施工、監(jiān)理單位充分了解設(shè)計(jì)意圖，把握設(shè)計(jì)原則，保證現(xiàn)場施工科學(xué)合理，有序可控。現(xiàn)場作業(yè)時(shí)，路基填筑嚴(yán)格按“三階段、四區(qū)段、八流程”的工藝流程進(jìn)行。針對(duì)嚴(yán)寒地區(qū)路基凍脹隱患，施工過程中對(duì)填料的含水量、粒徑、細(xì)顆粒含量進(jìn)行了重點(diǎn)控制，并嚴(yán)格按照壓實(shí)工藝碾壓至規(guī)定的壓實(shí)標(biāo)準(zhǔn)。

2　哈大高鐵路基凍脹情況及原因分析

2.1路基凍脹變形情況及基本規(guī)律

2012年2月9日，哈大公司安排軌檢車對(duì)哈大高鐵沈大段（DK27—DK391）進(jìn)行了動(dòng)態(tài)檢測。本次動(dòng)態(tài)檢測共檢測337km線路，每1km平均扣分23.49，發(fā)現(xiàn)Ⅳ級(jí)超限15處，Ⅲ級(jí)超限26處，Ⅱ級(jí)超限90處，Ⅰ級(jí)超限351處。軌檢數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)結(jié)果及現(xiàn)場核查情況顯示路基發(fā)生了不均勻凍脹變形。

為掌握全線路基凍脹情況，系統(tǒng)地分析凍脹規(guī)律，確定整治段落，公司組織施工單位采用安博格軌檢小車和CPⅢ精測網(wǎng)對(duì)全線路基地段左線軌面高程按承軌臺(tái)逐一進(jìn)行了復(fù)測，同時(shí)與2011年測量數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比，得到的路基凍脹量統(tǒng)計(jì)結(jié)果見表1。

表1　哈大高速鐵路路基凍脹量統(tǒng)計(jì)結(jié)果%

由表1可知，路基凍脹量＞0的測點(diǎn)占全線的76.22%，＞5mm的測點(diǎn)占全線的19.86%，＞10mm的測點(diǎn)占全線的3.13%。凍脹量主要集中在0～10mm。這說明全線路基凍脹具有普遍性，路基凍脹量大部分處于較低水平。

對(duì)于個(gè)別凍脹量較大的地段，路基的不均勻凍脹變形直接反映為軌道不平順性，影響旅客舒適度甚至存在安全隱患。因此，對(duì)于路基凍脹重點(diǎn)段落應(yīng)及時(shí)給予整治。

2.2路基凍脹原因分析

土性、溫度和含水量是土體凍脹的三要素。土性和含水量是高速鐵路路基設(shè)計(jì)、施工、監(jiān)理整個(gè)建設(shè)過程的控制重點(diǎn)。

哈大高鐵自發(fā)生路基凍脹現(xiàn)象以來，通過系統(tǒng)的試驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)，對(duì)路基填料凍脹特性認(rèn)識(shí)不足和凍結(jié)深度范圍內(nèi)路基本體含水量過大是路基凍脹的根本原因。此外路基工程施工質(zhì)量控制不嚴(yán)一定程度上加劇了路基凍脹變形。以下從4個(gè)方面加以分析：

1）TB10035—2006規(guī)定凍脹率＜1%即為不凍脹土，其對(duì)應(yīng)的細(xì)顆粒含量（d≤0.075mm）不大于15%。如果采用凍脹率0.8%、季節(jié)凍結(jié)深度1.5m計(jì)算，理論凍脹量達(dá)到12mm。這對(duì)于有砟軌道或許能夠滿足要求，但對(duì)于高速鐵路而言則過大。因此，在后續(xù)高速鐵路路基設(shè)計(jì)過程中應(yīng)重新考慮填料的凍脹特性和對(duì)細(xì)顆粒含量的要求。

2）哈大高鐵沿線存在大量的路塹地段，路塹開挖會(huì)改變局部水文地質(zhì)條件，增加線路匯水面積，從而影響地下水的滲流途徑，導(dǎo)致路基更易受到地下水的入侵，造成基床中水分較大，加劇路基凍脹變形。根據(jù)哈大高鐵現(xiàn)場挖探結(jié)果可知，在凍結(jié)深度范圍內(nèi)出現(xiàn)了地下水滲出的現(xiàn)象，說明基床范圍內(nèi)水分充足且有補(bǔ)給來源。另外，既有滲水盲溝設(shè)計(jì)時(shí)僅依據(jù)氣象部門提供的當(dāng)?shù)刈畲髢鼋Y(jié)深度確定盲溝深度，可能導(dǎo)致盲溝深度不足，造成排水不暢，地下水滲入路基。從現(xiàn)場排查結(jié)果來看，個(gè)別滲水盲溝檢查井冬季出現(xiàn)了凍結(jié)現(xiàn)象，說明其不能有效降低和排除地下水。

3）哈大高鐵在設(shè)計(jì)之初為避免地表水下滲，在路基表面采用纖維混凝土進(jìn)行了封閉，同時(shí)對(duì)其接縫采用瀝青軟膏或聚氨酯進(jìn)行了密封。但是由于受制于標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范，加之原有材料工藝的局限性，原施工采用密封材料的老化性能、低溫延伸率等指標(biāo)并不適應(yīng)哈大高鐵嚴(yán)寒氣候的特點(diǎn)，在混凝土熱脹冷縮作用下會(huì)壓縮與脫裂，導(dǎo)致接縫封堵失效，地表水下滲。根據(jù)哈大高鐵現(xiàn)場挖探結(jié)果可知，在級(jí)配碎石底層出現(xiàn)了明顯冰碴，說明地表水通過結(jié)構(gòu)縫滲入路基后在兩布一膜處聚集凍結(jié)，是路基表層凍脹的水分補(bǔ)給來源。

4）鐵路作為一項(xiàng)系統(tǒng)工程，多種專業(yè)相互交叉。以哈大高鐵為例，在路基施工成型后，會(huì)在路基表面重新開挖施作電纜槽、接觸網(wǎng)基礎(chǔ)等工程。這就不可避免地破壞了路基結(jié)構(gòu)的整體性和完整性。同時(shí)，由于缺乏對(duì)路基凍脹等問題的警惕性，在上述工程交叉作業(yè)時(shí)，建設(shè)、施工、監(jiān)理單位可能都不同程度地忽略了專業(yè)銜接的重要性，從而造成了排水口堵塞、兩布一膜隔斷層被破壞的問題，加劇了地表水下滲的程度，從而引發(fā)路基凍脹。

3　哈大高鐵路基凍脹整治措施

3.1路基凍脹整治原則

既有鐵路路基凍害整治主要采取限速行車、抬高路基、換填、保溫、排水、道砟清篩、加凍脹墊板、注鹽等措施，其處理效果不盡相同但均不能有效控制路基凍脹變形。哈大高鐵作為嚴(yán)寒地區(qū)修建的首條無砟軌道高速鐵路，其軌道變形控制條件更為嚴(yán)格，從而對(duì)路基凍脹的整治效果提出了更高要求。

綜合考慮哈大高鐵路基結(jié)構(gòu)形式、凍脹變形情況、原因等因素可知，路基凍脹變形主要由路基表層凍脹和路基本體凍脹組成。路基表層凍脹主要是地表水下滲導(dǎo)致的級(jí)配碎石層凍脹變形；路基本體凍脹主要是地下水侵入路基并形成持續(xù)不斷的水分補(bǔ)給來源而導(dǎo)致的路基凍脹變形。鑒于哈大高鐵已建設(shè)完成，從盡量避免線路擾動(dòng)、保障結(jié)構(gòu)完整等方面考慮，根據(jù)原鐵道部鑒定中心、工管中心等部門的要求，結(jié)合數(shù)次專家論證意見，通過系統(tǒng)的試驗(yàn)研究，確定了對(duì)哈大高鐵路基凍脹以“上封下疏、適時(shí)監(jiān)測”為主的整治原則。具體措施為：①根據(jù)現(xiàn)場地質(zhì)勘查情況和路基復(fù)測結(jié)果，對(duì)沿線施工導(dǎo)致匯水條件改變而存在凍脹隱患的路基地段均補(bǔ)充設(shè)置滲水盲溝，對(duì)已設(shè)置盲溝地段加強(qiáng)冬季排水情況調(diào)查，采取必要的措施保證排水通暢；②對(duì)重點(diǎn)路基地段的表面接縫采用適應(yīng)嚴(yán)寒地區(qū)的材料進(jìn)行封堵；③采取精確的監(jiān)測手段對(duì)沿線路基凍脹變形進(jìn)行監(jiān)測，適時(shí)掌握路基凍脹變形情況，驗(yàn)證凍脹整治效果，指導(dǎo)線路運(yùn)營維護(hù)工作。

3.2路基凍脹整治方案及實(shí)施情況

3.2.1開通運(yùn)營前增設(shè)滲水盲溝

1）增設(shè)滲水盲溝方案是指在既有側(cè)溝下面增設(shè)一條盲溝，在盲溝底部鋪設(shè)透水盲管，并在盲溝內(nèi)充填碎石等粗粒材料的截排水方案。增設(shè)滲水盲溝是有效降低地下水位、解決地下水位上升問題的首要措施。但是滲水盲溝的開挖可能對(duì)路塹邊坡穩(wěn)定造成影響，此外拆除線路兩側(cè)的既有排水溝，需使用大型機(jī)械，對(duì)行車影響較大，難以保證運(yùn)營期間的設(shè)備安全。因此，增設(shè)滲水盲溝應(yīng)盡量在鐵路開通前完成，進(jìn)入運(yùn)營期后不宜實(shí)施。

2）調(diào)查研究顯示，路基成型后其地形地貌、地表（下）水徑流條件都發(fā)生變化，很多原勘察設(shè)計(jì)中顯示無水的地段發(fā)生了不同程度的凍脹變形。根據(jù)哈大高鐵路基凍脹的原因，結(jié)合專家論證結(jié)果，確定對(duì)沿線路基補(bǔ)充設(shè)置滲水盲溝以降低沿線地下水位，切斷路基本體持續(xù)凍脹的水分補(bǔ)給來源。

3）增設(shè)滲水盲溝地段的選擇主要依照以下原則：①地形地貌有利于向路塹匯水的地段；②路塹內(nèi)線路縱坡與天然地形坡度相反，易造成排水困難的地段；③路橋、路涵過渡段可能阻擋路塹基床內(nèi)水流縱向流動(dòng)的地段；④補(bǔ)充勘探中發(fā)現(xiàn)基床內(nèi)賦水的段落；⑤路基凍脹量較大段落。按照上述原則，全線共增設(shè)滲水盲溝91段、63.5km（單側(cè)）。其中沈大段有47段、38.18km（單側(cè)），沈哈段有44段、25.397km（單側(cè)）。

3.2.2開通運(yùn)營后采取封水措施

1）哈大高鐵建設(shè)之初已考慮到地表水下滲路基的危害，并采取了措施進(jìn)行封堵。但受制于嚴(yán)寒地區(qū)高寒、大溫差的惡劣環(huán)境條件，加之高速列車通過時(shí)的沖擊疲勞荷載作用，傳統(tǒng)的瀝青軟膏、聚氨酯等嵌縫材料并不能滿足高速鐵路的使用要求，直接導(dǎo)致接縫密封失效，造成地表水下滲，從而加速路基凍脹發(fā)生。

2）密封材料能否發(fā)揮應(yīng)有的密封防水效果，除了與密封材料本身的性能有關(guān)之外，還與被粘結(jié)體的材質(zhì)、接縫位置與形狀、環(huán)境條件、施工水平等因素密切相關(guān)。哈大高鐵選用的封水材料面臨-40℃的低溫環(huán)境、較強(qiáng)的紫外線老化環(huán)境、高速列車運(yùn)營過程中的沖擊疲勞荷載作用以及有水情況下的高低溫凍融循環(huán)作用。此外，路基表面封水施工是根據(jù)路基凍脹情況和線路維修計(jì)劃逐年進(jìn)行的，不可避免地面臨營業(yè)線施工問題：①受施工條件限制，凍脹整治只能利用夜間“天窗點(diǎn)”作業(yè)，給施工單位的管理、施工機(jī)具設(shè)備的選用、施工方案的制定等增加了難度；②材料灌注質(zhì)量控制難度大，灌注的飽滿程度和結(jié)構(gòu)物的阻礙都是影響質(zhì)量和效率的直接因素；③安全風(fēng)險(xiǎn)問題。

3）在原有封堵材料失效的情況下，研究并應(yīng)用新的嵌縫密封技術(shù)和密封材料是緩解路基表層凍脹變形的必要手段，也可為以后嚴(yán)寒地區(qū)高速鐵路建設(shè)提供借鑒。

4）根據(jù)路基凍脹變形情況，哈大高鐵沿線選取了4段典型路基進(jìn)行了封縫試驗(yàn)。其中K129+800—K130+877，K186+551—K187+100，K977+456—K978+000這3段于2013年8—10月份施工，K146+ 550—K148+740段于2014年9月份施工。

3.3路基凍脹監(jiān)測

哈大高鐵作為我國乃至世界上第一條嚴(yán)寒地區(qū)無砟軌道高速鐵路，路基變形對(duì)其高平順性、高舒適性的影響尤其明顯，因此有必要對(duì)全線路基進(jìn)行系統(tǒng)、全面的監(jiān)測。這既是為路基凍脹變形分析和線路養(yǎng)護(hù)維修提供依據(jù)，又是為分析路基凍脹變形規(guī)律和驗(yàn)證評(píng)估路基凍脹整治效果提供數(shù)據(jù)支持。

綜合考慮哈大高鐵特點(diǎn)及運(yùn)營管理模式，采取了人工測量、自動(dòng)監(jiān)測、動(dòng)態(tài)檢測3種方式，全方位、全過程地對(duì)路基變形情況進(jìn)行監(jiān)測。

在防治玉米病蟲害期間，可以利用化學(xué)除草的方式，在播種后可以進(jìn)行封閉滅草，每畝用玉米草凈100ml，并且兌水25kg，在播種之后的三天之內(nèi)進(jìn)行封閉滅草，另外土壤墑情較好時(shí)也可以采用播后苗前土壤封閉除草。

1）人工測量是以線下精密水準(zhǔn)網(wǎng)為基準(zhǔn)，對(duì)全線路基變形觀測點(diǎn)進(jìn)行二等貫通測量，在測量過程中同時(shí)建立變形監(jiān)測數(shù)據(jù)庫，對(duì)路基凍脹變形數(shù)據(jù)進(jìn)行分析、評(píng)估，用于指導(dǎo)運(yùn)營維護(hù)。

2）自動(dòng)監(jiān)測是在沿線路基凍脹典型地段設(shè)置了62個(gè)自動(dòng)監(jiān)測斷面，對(duì)路基凍結(jié)深度、路基變形等進(jìn)行全過程自動(dòng)監(jiān)測。采用遠(yuǎn)程控制，數(shù)據(jù)自動(dòng)采集、傳輸，信息集中管理等方式進(jìn)行監(jiān)測。監(jiān)測數(shù)據(jù)具有良好的可靠性、準(zhǔn)確性和時(shí)效性。

3）動(dòng)態(tài)檢測是在路基凍脹變化期，利用綜合檢測列車定期對(duì)線路軌道狀態(tài)、動(dòng)力學(xué)指標(biāo)等進(jìn)行高速、動(dòng)態(tài)、時(shí)空同步檢測。其具有實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)傳輸、儲(chǔ)存和分析處理功能，能準(zhǔn)確掌握哈大高鐵沿線路基凍脹和軌道幾何狀態(tài)變化情況。

4　哈大高鐵路基凍脹整治效果

哈大高鐵自2012年12月1日開通運(yùn)營以來，已經(jīng)歷了3個(gè)嚴(yán)寒冬季氣候的考驗(yàn)，通過近3年的系統(tǒng)觀測數(shù)據(jù)可知，哈大高鐵路基段在增設(shè)滲水盲溝后，路基排水條件得到了改善，基本切斷了凍結(jié)過程中水分補(bǔ)給來源；而路基接縫封閉又有效阻止了地表水通過結(jié)構(gòu)縫滲入路基表層，整體上控制住了路基凍脹發(fā)生的程度。在采取“上封下疏、適時(shí)監(jiān)測”凍脹整治措施后，路基凍脹現(xiàn)象得到了明顯緩減，路基狀態(tài)穩(wěn)定，軌道幾何狀態(tài)良好，哈大高鐵的安全運(yùn)營得到了保證。

4.1路基凍脹整治總體效果

4.1.1路基凍脹人工測量結(jié)果

通過對(duì)近3年重復(fù)觀測段落的數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析可知，全線路基凍脹情況在逐年減緩，具體體現(xiàn)在絕對(duì)凍脹量＞6mm的段落數(shù)量在逐年減小，尤其是路塹段落數(shù)量減小明顯。

近3年最大凍脹量依次為26.8，23.3，23.4mm；近3年凍脹量＜4mm的比例依次為46.8%，60.3%，64.7%；凍脹量＞8mm的比例依次為25.2%，12.2%，9.3%。由此可知，無論從比例還是從絕對(duì)凍脹量來看，哈大高鐵開通3年的凍脹情況都在逐年好轉(zhuǎn)。

4.1.2路基凍脹自動(dòng)監(jiān)測結(jié)果

根據(jù)近3年的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)可知，2012—2013年凍脹量最大，2014—2015年凍脹量與2012—2013年基本相當(dāng)，其凍脹規(guī)律也較為相似，說明路基凍脹量趨于穩(wěn)定。凍脹量＜10mm的斷面比例依次為38%，57%，59%；凍脹量＞20mm的斷面比例依次為14%，2%，2%。

4.1.3路基凍脹動(dòng)態(tài)檢測結(jié)果（表2）

表2　路基凍脹動(dòng)態(tài)檢測結(jié)果

從全線綜合檢測列車總體數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)來看，超限處所在逐年降低，近2年逐漸趨于穩(wěn)定。

4.1.4路基凍害現(xiàn)場核查結(jié)果（表3）

從現(xiàn)場凍害核查情況來看，全線路基凍害呈逐年下降趨勢，2015年與2013年相比，哈大高鐵凍害數(shù)量降低了40%左右。2014—2015年路基段最大凍脹量7.00mm，平均凍脹量4.33mm，對(duì)比上2個(gè)凍害周期，最大凍脹量下降了30%，平均凍脹量下降了26%。

表3　路基凍害現(xiàn)場核查結(jié)果

4.2重點(diǎn)路基段落凍脹變形整治效果分析

通過開通前增設(shè)滲水盲溝、開通后路基表面封水的措施，哈大高鐵路基凍脹現(xiàn)象無論是從段落數(shù)量上還是從段落峰值上看均呈現(xiàn)減緩趨勢。下面以3段重點(diǎn)段落為例對(duì)路基凍脹變形效果進(jìn)行分析。

4.2.1K129+800—K130+877段

1）人工觀測數(shù)據(jù)（表4）。

表4　K129+800—K130+877段人工觀測路基凍脹量mm

2）自動(dòng)監(jiān)測數(shù)據(jù)。該段由于2012—2013年度動(dòng)檢結(jié)果不良，因此在K130+145處設(shè)置了自動(dòng)監(jiān)測斷面。2014-02-20測得路基凍脹量為1.07mm，2015-02-19則為0.50mm。根據(jù)近2年自動(dòng)監(jiān)測數(shù)據(jù)可知，整個(gè)凍融循環(huán)期間該處凍脹變形一直在0～1mm波動(dòng)，路基變形穩(wěn)定。

3）動(dòng)檢數(shù)據(jù)。對(duì)近3年綜合列車檢測數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，選取超限處所最大值進(jìn)行對(duì)比，見表5。

表5　K129+800—K130+877段動(dòng)檢車測得的超限處所

4）凍害現(xiàn)場核查數(shù)據(jù)。2012—2013年凍害處所8處，最大凍脹量為10mm，凍害路基長43m。2013—2014年和2014—2015年凍害處所為0。

4.2.2K146+550—K148+740段

1）人工觀測數(shù)據(jù)（表6）。

表6　K146+550—K148+740段人工觀測路基凍脹量mm

2）自動(dòng)監(jiān)測數(shù)據(jù)。該段由于2012—2013年動(dòng)檢情況不良，因此在K147+554和K148+700處設(shè)置了自動(dòng)監(jiān)測斷面。這2處的路基凍脹量2014-02-20分別為1.54，0.50mm；2015-02-19分別為0.2，0.1mm。根據(jù)近2年自動(dòng)監(jiān)測數(shù)據(jù)可知，整個(gè)凍融循環(huán)期間，該處凍脹變形較小，路基變形相對(duì)穩(wěn)定。

3）動(dòng)檢數(shù)據(jù)。對(duì)近3年綜合列車檢測數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，選取超限處所最大值進(jìn)行對(duì)比，見表7。

表7　K146+550—K148+780段動(dòng)檢車測得的超限處所

4）凍害現(xiàn)場核查結(jié)果（表8）。

表8　K146+550—K148+780凍害現(xiàn)場核查結(jié)果

4.2.3K186+551—K187+100段1）人工觀測數(shù)據(jù)（表9）。

表9　K186+551—K187+100段人工觀測路基凍脹量mm

2）自動(dòng)監(jiān)測數(shù)據(jù)。該段在K186+600，K186+ 650，K186+910這3處設(shè)置了自動(dòng)監(jiān)測斷面，路基凍脹量2013-02-24分別為32.3，29.2，11.4mm；2014-02-20分別為17.0，18.2，10.5mm；2015-02-19分別為22.6，15.9，8.8mm。根據(jù)近3年自動(dòng)監(jiān)測數(shù)據(jù)可知，凍脹量明顯減小。

3）動(dòng)檢數(shù)據(jù)。對(duì)近3年綜合列車檢測數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，選取超限處所最大值進(jìn)行對(duì)比，見表10。

表10　K186+551—K187+100段動(dòng)檢車測得的超限處所

4）凍害現(xiàn)場核查結(jié)果見表11。

通過對(duì)比3年的路基凍脹觀測數(shù)據(jù)可知，哈大高鐵所采取的增設(shè)滲水盲溝、線路表層封閉堵水等工程措施起到了明顯的凍脹整治效果。具體表現(xiàn)為：①動(dòng)態(tài)檢測各項(xiàng)指標(biāo)明顯提高，全線Ⅰ，Ⅱ級(jí)超限處所同比降低明顯，TQI值下降到與夏季相當(dāng)；②路基凍脹變形得到了有效控制，監(jiān)測方案能準(zhǔn)確定位凍脹整治段落，合理指導(dǎo)凍脹整治方式，線路維護(hù)工作量得以大幅降低。

表11　K186+551—K187+100段現(xiàn)場核查結(jié)果

5　結(jié)語

哈大高鐵2007-08-23開工建設(shè)，2012-12-01開通運(yùn)營，至今已安全運(yùn)營3年多時(shí)間。哈大高鐵的建成和安全運(yùn)營，開創(chuàng)了嚴(yán)寒地區(qū)高速鐵路建設(shè)的先河，是世界范圍內(nèi)高寒地區(qū)土木工程建設(shè)的里程碑。

由于地處特殊的地理環(huán)境，哈大高鐵不可避免地發(fā)生了一定程度的路基凍脹現(xiàn)象，但這一問題已經(jīng)圓滿解決，路基凍脹變形得到了有效控制，路基凍脹沒有成為路基凍害，從而為哈大高鐵的安全運(yùn)營提供了保障。

根據(jù)鐵路總公司的部署和安排，哈大高鐵自2015-12-01起優(yōu)化了運(yùn)行方案，實(shí)行冬夏一張運(yùn)行圖，不再另行調(diào)整冬季運(yùn)行圖，全年按時(shí)速300km運(yùn)行。這說明哈大高鐵已通過了初期運(yùn)營的考驗(yàn)，進(jìn)入常態(tài)化運(yùn)營管理，也說明哈大高鐵采取“上封下疏、適時(shí)監(jiān)測”的整治原則，及路基接縫封堵、增設(shè)滲水盲溝等路基凍脹整治技術(shù)是科學(xué)合理、行之有效的。上述成果在哈大、哈齊、沈丹、盤營等高速鐵路得到了充分應(yīng)用，取得了良好效果，對(duì)我國嚴(yán)寒地區(qū)高速鐵路的后續(xù)設(shè)計(jì)、施工和運(yùn)營管理具有重要參考價(jià)值。

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［4］趙潤濤，李季宏，李曙光.客運(yùn)專線路基工程的防凍脹處理措施［J］.鐵道勘察，2011（4）：70-71，83.

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AbstractHarbin-Dalian high speed railway（HSR）is the first slab-type ballastless track in severe cold areas all over the world.T here is no experience to be used for reference on construction and operation management.In this paper，based on the widely investigation of subgrade frost heaving in HSR，the characteristic and laws of subgrade frost heaving were summarized.By reason analyzing and experimental studying，a series of treatment technologies for subgrade frost heaving were proposed，including subgrade deformation monitoring，joint sealing，and seepage blind ditch.All of these technologies provide theoretical and technical supports for maintenance of HSR，and also provide technical guarantee for“speed reaching”in 2015 winter.Above achievements were fully applied in Harbin-Dalian，Harbin-Qiqihaer，Shenyang-Dandong，Panjing-Yingkou HSR，etc.T he applications obtained good performances，which provide important reference for the future design，construction and operational management for HSR in severe cold areas of China.

Treatment Technology of Subgrade Frost Heaving for High Speed Railway in Severe Cold Area

LIU Weiping
（Harbin-Dalian Passenger Dedicated Railway Co.，Ltd.，Shenyang Liaoning 110002，China）

Severe cold area；High speed railway（HSR）；Subgrade frost heaving；Treatment

U416.1+68

A

10.3969/j.issn.1003-1995.2016.04.24

1003-1995（2016）04-0092-06

（責(zé)任審編李付軍）

2016-01-13；

2016-02-26

鐵道部科技研究開發(fā)計(jì)劃（Z2012-062）

劉偉平（1960—），男，高級(jí)工程師。