季節凍土區鐵路邊坡凍融破壞分析

史晶輝

摘要：鐵路建設作為國家經濟建設的重要組成部分，其對國民經濟的增長起著非常重要的作用。但是我國的鐵路在建設完成之后，卻面臨著一個非常重大的問題——鐵路邊坡凍融破壞。這個問題直接威脅著鐵路安全生產。就拿途徑山西省右玉、神池地區的準池鐵路來說，由于受到右玉、神池地區的季節影響因素，不可避免的形成了凍融破壞問題，因此很有必要對準池鐵路邊坡凍融破壞問題形成的原因展開分析，并歸納出科學的解決辦法。

關鍵詞：右玉；神池；準池鐵路；季節凍土區；鐵路邊坡；凍融破壞

準池鐵路北起大準鐵路的外西溝站，向南橫跨內蒙古、山西兩?。▍^），途經右玉縣、神池縣等6個區（縣），至朔黃鐵路神池南站。根據對季節凍土區鐵路邊坡凍融破壞問題的分析可知，其形成的原因在很大程度上都與季節氣候有一定的聯系，因為準池鐵路所途徑的右玉、神池地區氣候類型是溫帶大陸性季風氣候，該氣候又具有日較差和年較差較大的特點，因此準池鐵路的邊坡不可避免的出現了凍融破壞現象問題。

一、準池鐵路的凍融破壞形式以及特點

準池鐵路邊坡的凍融破壞規模與大型滑坡是存在一定區別的，雖然說凍融破壞的規模不及大型滑坡，但值得注意的是，準池鐵路的邊坡的凍融破壞往往會在同一時間段、相近地點上連片的發生，這種災害如果不加以注意，將直接危及準池鐵路的行車安全。根據相關資料分析得知，鐵路的凍融破壞問題一般發生在路塹地段，根據準池鐵路70公里附近路基地段拱形骨架開裂在凍融期間的發展情況可知該問題也發生在路堤地段。

準池鐵路邊坡在季節性凍融的作用下產生滑坡，之所以出現滑坡，是因為線路途徑右玉、神池地區的大部分挖方地段為濕陷性黃土，雨季積水及地下水難以排出，經冬春季一凍一融，融凍層的含水量將會直接超過液限，剩余的水分就不能得到及時的排出，整個鐵路的土基強度和邊坡的穩定性都會呈現出直線下降的趨勢，這樣也就給準池鐵路邊坡的穩定性帶來了巨大的挑戰，直接威脅到了列行車安全。雖然說這種問題的現狀在外貌上存在著淺層層面滑坡以及粘性土塑性滑坡的特點，但是細致的從其成因和基本特征上進行分析，可以明顯的將其與一般的塑性滑坡進行區別開來，這些區別就主要體現在：

首先，從造成滑坡水分的來源來看，凍土聚冰體的融解，一般是存在于滑坡內部的融凍層界面的，在某些時候會有大量的地表融雪和春雨流入。其次，還未融解的冰凍層將會形成如同鏡面狀的平直型滑坡床，最后，根據滑坡層凍結線深度來說，其數值大約在1，3至2/3的范圍，鐵路邊坡凍融發生較為劇烈的季節通常是在春融季節，因為春季的氣候慢慢回暖，將會帶動積雪的溶化。

二、準池鐵路季節凍土區鐵路邊坡凍融破壞形成的機理

（一）凍融滑坡的基本土質情況

一般來說凍融滑坡的土質具有以下明顯的特點：首先，凍融滑坡的土質的滲透性較差，具有較強的毛細作用，薄膜水聚流性較強。根據相關數據分析可知，除開滲透性較好的粗粒土層，以及不易透水的高塑性粘土以外，粉質土、砂粘土以及粘砂土都會產生非常強烈的聚流現象。其次，容易發生凍融現象的土壤，其土質一般孔隙相當的小，吸濕性非常的強，吸水后穩定性非常的差，塑性指數和液限都較為的低，一旦水分通入該土質后，其土壤的骨架就會失去強度，整體土壤的粘聚力和內摩擦角將會大大的降低。最后，凍融地帶土質中含有腐殖質、裂隙等不連續的點，其所積存的自由水非常容易形成冰晶體，以至在溫差的作用下也就形成了聚流現象。

根據有關的現場資料分析可以知道，土質路塹邊坡凍融破壞的體現主要是，淺層的破壞距離坡面20至120cm的位置，并且較為集中的在20至70cm之間。根據土質基本情況所造成的滑塌部位不同的現象來進行分析，可以明確的將坍塌形式分為以下幾個方面，第一個方面，土質上部滑塌。這種滑塌是從坡的頂部或者接近頂部開始的，其形成的原因主要就是與邊坡頂部地表水滲入土質，從而使得土質不穩定而最終造成的；另一個方面便是中部滑塌式，中部滑塌式，一般來說就是土體含水量過高，土質排水性較差導致。

（二）準池鐵路凍融滑坡形成與發展的前提條件

根據準池地區的氣候分析可知，由于氣候的變化溫差較大，水熱狀況變化較為頻繁，凍融破壞的形成和發展又與水熱狀況有著緊密相關的聯系。在這個變化過程中，通常分成四個階段。

第一個階段主要展現的就是在秋季時刻，原始水分的積聚階段，換句話進行描述就是，地表水開始下滲，地下水位開始升高，導致鐵路邊坡上層的土壤濕度開始增加。比如說當秋雨來臨的時候，鐵路邊坡的軟弱部位很有可能會出現塑性裂紋或者局部蠕動，當察覺到這種問題出現的時候，就表明凍融破壞的問題開始出現了。

第二階段也就是冬季時刻，其表現出來的形式是水分重分布階段，也就是說邊坡上層的土壤開始出現凍結，其與下部較高的地表溫度形成的差異，比如說地溫下降變得緩慢之時，下部土壤的水分就會改變轉移方向，開始向上層的低溫處進行轉移，因此就形成了水分重分布現象，也就是聚流現象的發生。如準池線39公里處實測的含水量，此階段中凍前的原始含水量要遠遠的低于產生密集扁冰體和層狀聚冰帶的含水量。

第三階段，主要呈現的狀態就是鐵路土壤邊坡的凍融和變形，這個階段是影響準池鐵路穩定性最為嚴重的一個階段，因為當邊坡凍土開始消融的時候，土基就會重新的變得濕潤起來，融凍層的含水量大大的超過液限，因此土壤的土體容積變大，強度降低，穩定性也就受到了威脅。

第四階段主要是夏季邊坡土基被晾干，處于恢復穩定的階段，一般來說，當春末夏初的時候，準池鐵路的邊坡凍層將會徹底的融化，其中的毛細水將會漸漸的滲透與蒸發，此時的土體將會恢復強度和穩定。

三、解決準池鐵路季節凍土區鐵路邊坡凍融破壞問題的科學措施

（一）科學合理的制定出準池鐵路凍融破壞的防治方案

不同的凍融滑塌工程防護措施，是具有不同的適用性的，在具體的工程花費上也具有巨大的差別，所以在處理凍融破壞問題的時候，應當合準池沿線自然特點，展開對準池鐵路凍融破壞問題的防治工作，具體的防治建議如下：

首先，觀察準池鐵路邊坡的高度，一般來說，對于高度較低的凍融邊坡，可以采取刷坡的方法，調整坡度的傾斜程度，這樣一來，凍融破壞所帶來的滑塌問題就可以得到有效避免，這種方式施工簡單、效果明顯。但是由于準池沿線征地困難等問題，刷坡的方式往往并不適合。

其次，解決準池鐵路的邊坡凍融破壞問題，還可以通過相應的遮擋工程進行處理，遮擋工程可以有效的提升邊坡的整體穩定性。這種工程方式最適合于凍融破壞嚴重并且其他方法不能輕易解決的特殊地段，現準池鐵路部分護坡已采用框架錨桿梁的方式進行了加固。

再次，通過攔截工程解決準池鐵路凍融滑塌所形成的土塊碎石問題。攔截工程的最大意義在于，保護鐵路行車和人身的安全。在實施攔截工程的時候，需要考慮崩落的土塊大小、速度和打擊坡面后的彈跳高度。準池鐵路2018年專項計劃防洪工程中對部分有溜塌風險的三級及以上高大護坡實施了加裝被動攔石網的防護措施。

最后，準池鐵路的凍融破壞防護工作，應當達到的目的是徹底的消除滑塌體的產生，在具體的工程上需要使用坡面來進行保護，鐵路的穩定性也應當加強。除此之外，還可以使用柔性的主動防護網，對鐵路邊坡的坡面展開防護。但是此種方式具有一定的局限性，而且費用也相對較高。

（二）處理好邊坡坡度以及氣候的影響

針對于氣候因素來說，之所以十分容易出現相應的凍融破壞問題，在很大程度上還是與氣候的因素相關的，主要就是與降雨、降雪以及氣候等因素有關，一般來說，降雨量較大的時候，地下水為就會明顯的升高，毛細作用將會增強，凍脹現象非常的明顯，降雪量較大的時候，春季積雪開始融化的時候，融化后所形成的水分就會非常的容易的滲透到地下土壤中，進而也就給邊坡土體增加了較大的含水量，氣溫驟降且冷卻強度較大的時候，凍結的速度會非常的快，不會發生膨脹現象。氣候因素是人的力量所難以改變的，因此在展開具體的處理工作的時候，應當以預防為主。另一方面也就是邊坡的坡度問題，邊坡的坡度問題需要設計人員操作的過程中，科學合理的進行計算，計算出坡度需要調整出的高度，這樣才能更為切實的保證凍融破壞問題的發生率得到有效的降低。

四、結語

途徑山西省右玉、神池地區的準池鐵路，由于受氣候條件的影響，不可避免的出現了鐵路邊坡凍融破壞問題，凍融破壞問題將會對準池鐵路的安全生產造成很大的影響，只要有關工作人員充分的借鑒文章所講述的防治對策，科學的進行實施安排，對于季節凍土區的鐵路邊坡凍融問題，將會起到巨大的防治效果，進而推動鐵路建設又快又好的發展。