暴雨導致鐵路路基典型損毀形式及工程防護措施

吳廣盛

【摘? 要】暴雨是嚴重的氣象災害，會導致鐵路路基遭受嚴重威脅。暴雨導致路基直接破壞的主要類型有路基沉降或塌陷、路基脫空、坡面沖刷、嚴寒凍脹等，受間接破壞的原因有鐵路沿線邊坡破壞、洪水淹沒、泥石流和附屬結構倒塌等。由于路基自身的薄弱性，必須對路基進行防護，保證其安全穩定性，按路基使用時期可以分為設計施工階段及運營階段。

【Abstract】Rainstorm is a severe meteorological disaster that can cause serious threats to railway subgrades. The main types of direct roadbed damage caused by rainstorm are subgrade settlement or collapse， subgrade emptiness， slope erosion， severe cold and frost heaving， etc. The reasons of indirect damages include slope damage along the railway， flooding， mudslides and collapse of auxiliary structures. Due to the weakness of the roadbed itself， the roadbed must be protected to ensure its safety and stability. It can be divided into the design and construction phase and the operation phase according to the period of use of the roadbed.

【關鍵詞】暴雨;鐵路路基;防災減災;工程措施

【Keywords】rainstorm; railway subgrade; disaster prevention and mitigation; engineering measures

【中圖分類號】U216? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?【文獻標志碼】A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?【文章編號】1673-1069（2020）03-0182-02

1 引言

鐵路是我國交通運輸行業的重要途徑之一，隨著鐵路運輸發展的速度提升、重載鐵路的承載不斷提高，對鐵路正常運行的安全保障措施已成為近年來研究的熱點和重點，尤其是在針對自然災害對鐵路造成的危害和防治措施方面已有了大量的研究[1～10]。本文對暴雨條件下鐵路路基遭遇典型損傷和破壞的形式進行了分析，并提出了相應的工程防護措施。

2 暴雨對鐵路路基的危害

我國地域范圍廣，區域性氣候明顯，氣象變化難以預測，地質類型復雜多樣。鐵路路基受氣象和地質的影響因素大，因此，極有必要做好氣象災害對鐵路路基的災害預防和應對工作。暴雨是常見的氣象災害，我國氣象部門定義暴雨為24h降水量為50mm以上的強降雨，超過100mm/天稱為大暴雨，超過250mm/天稱為特大暴雨，主要集中在大興安嶺—陰山—賀蘭山—六盤山—岷山—橫斷山以東區域，發生頻率大、范圍廣，難以預測。暴雨將會導致大范圍土地含水率急劇上升，導致水土流失和植被破壞，河道遭受水流沖擊等。此外，我國許多河流堤防標準較低，城市防洪標準大部分在30年一遇以下。鐵路路基是鐵路運輸系統中重要的結構，影響列車輪-軌動力學關系，且由于修建材料的限制而處于抵抗力薄弱部分，鐵路路基一旦遭遇破壞，必將危害上部道床、軌枕和軌道等構件的穩定性，從而嚴重危害列車運行安全性。2018年7月，黑龍江省遭遇嚴重暴雨，多處鐵路線被迫停運或限速運行，如圖1所示。我國近幾十年來因為水災導致鐵路線遭受影響的頻率為年均100余次。因此，極有必要進行暴雨對鐵路路基的危害研究。歐陽明哲通過試驗和數值模擬手段，驗證了纖維土護坡技術的運用性能;李玉潔建立了路基邊坡滲流計算模型并驗證了其準確性，參與了水毀預警管理系統的設計;王斌研究分析了濕陷性黃土路基的特點，并進行了路基防護與支擋工程的措施分析。

3 暴雨導致鐵路路基破壞形式

路基破壞往往與路基所處地質地貌有重要關系，暴雨主要影響土體中的含水率，導致地質地貌發生改變從而影響路基安全，根據路基破壞的原因和表現，主要可以分為直接破壞和間接破壞。

暴雨導致路基直接破壞的主要類型有路基沉降或塌陷、路基脫空、坡面沖刷、嚴寒凍脹等。在列車荷載作用下，由于路基在含水率提高后力學性能將會改變，土體承載能力降低，因此，路基本體發生結構變形，從而發生直接破壞。在交通荷載作用下，路基發生自然沉降，但暴雨會導致土體軟化，沉降過程加快，從而發生較大的瞬間沉降，嚴重危害路基安全。在部分特殊地質，如膨脹土、黃土或軟土地區，還可能發生突然性的路基塌陷，造成難以行車。2017年11月，暴雨導致西班牙南部某鐵路路基被沖毀，從而造成列車脫軌，數十人受傷，次年7月，暴雨導致土耳其西北部鐵路路基塌陷，造成10死73傷的慘痛事故。在暴雨條件下，由于地形原因形成的水流匯集后導致地下水急劇增加，形成地下水流“暗涌”，不斷沖擊路基下部土地，最終導致路基下部脫空現象;暴雨會直接沖刷路基坡面，由于雨水自身的沖擊性和弱腐蝕性會破壞表面的保護層，造成坡面經沖刷后結構變形，威脅整體穩定性;在嚴寒時節，我國部分區域暴雨過后鐵路路基還面臨吸水后凍脹的問題，導致路基變形。此外，在鐵路沿線過渡段區域，暴雨造成的土體性質變化會造成剛性不均勻現象更為明顯，或是造成過渡段連接區段分離。

暴雨不僅導致鐵路路基直接破壞，還有可能導致鐵路沿線相關構筑物破壞，從而造成路基遭受次生災害，發生間接破壞。暴雨導致的路基受間接破壞的原因有鐵路沿線邊坡破壞、洪水淹沒、泥石流和附屬結構倒塌等。鐵路沿線往往分布有數量眾多的山體、丘陵等地形，邊坡在暴雨后有極大的破壞風險，極可能發生滑坡、錯落和滑塌災害，邊坡破壞不僅直接威脅行車安全，破壞后的土體還極可能沖毀軌道和路基;在地勢低洼地段，暴雨會導致路面積水后形成洪流，從而覆蓋路基，導致難以行車;暴雨在土石松軟的地段還可能形成泥石流，嚴重威脅路段車-軌-路的安全。此外，路段附屬結構很可能因為暴雨沖擊而發生倒塌，入侵軌道，砸毀路基。

4 暴雨下路基防護工程措施

由于路基自身的薄弱性，必須對路基進行防護，保證其安全穩定性。路基防護工程按路基使用時期可以分為設計施工階段及運營階段。

在路基設計施工階段，應當在嚴密的地質勘查之下，盡量避免鐵路路基與沿線高陡邊坡相鄰，如無法避免，必須做好相應護坡措施;應盡量避免穿越土質薄弱地段，以免暴雨后該地段吸水后發生順勢沉降;避免鐵路路基與河流相鄰，暴雨后形成的河流沖刷作用可能掏空路基下部;路基附近應包含良好的排水結構;施工時可以考慮采用新型材料和形式修建路基。此外，施工質量也是影響暴雨對路基沖刷作用的重要因素。

在路基運營階段，由于暴雨災害的高頻性，應當定期進行鐵路路基的檢測工作;在路基已遭受暴雨破壞后，應針對破壞形式進行相應的維修處理，如進行填補和注漿等措施;建立災害監測系統，可以有效及時實行應急管理措施;建立暴雨災害應對安全預案，各部門及時合作應對災害。

5 結語

暴雨是嚴重的氣象災害，導致地質地貌發生改變，破壞鐵路路基的安全穩定性，多次導致事故發生。根據路基破壞的原因和表現，主要可以分為直接破壞和間接破壞，直接破壞的主要類型有路基沉降或塌陷、路基脫空、坡面沖刷、嚴寒凍脹等，間接破壞的原因有鐵路沿線邊坡破壞、洪水淹沒、泥石流和附屬結構倒塌等。路基防護工程按路基使用時期可以分為設計施工階段及運營階段。

【參考文獻】

【1】張慶.高速鐵路路基施工質量控制與沉降預防對策[J].科技資訊，2019，17（19）：71-72.

【2】歐陽明哲.鐵路路基邊坡合成樹脂纖維土防護技術研究[D].哈爾濱：哈爾濱工業大學，2017.

【3】李玉潔.山區鐵路路基水毀機制研究與預警系統開發[D].成都：西南交通大學，2015.

【4】王斌.蘭州鐵路局管轄內濕陷性黃土路基病害模式及防治措施研究[D].成都：西南交通大學，2015.

【5】張高杰，韓高陽.基于高速鐵路路基邊坡穩定性的分析[J].低溫建筑技術，2015，37（01）：122-124.

【6】路遙.鐵（公）路路基沖刷破壞特征與抗沖刷等級評價研究[D].長沙：中南大學，2013.

【7】郭增強.鐵路路基邊坡降雨沖刷行為與規律的研究[D].北京：中國鐵道科學研究院，2012.

【8】殷昊.地震地區鐵路路基的風險管理[D].成都：西南交通大學，2011.

【9】何林業.鐵路安全運輸呼喚環境保護和水土保持[J].中國水土保持，2000（01）：43-44.

【10】劉子臣，趙改英.隴海鐵路寶雞──天水段路基的氣象災害及路基氣象綜合效應研究[J].災害學，1995（04）：38-42.