京滬線弱膨脹土路基地段軌道微沉降變化控制措施探討

程家華 中國鐵路上海局集團(tuán)有限公司蚌埠工務(wù)段

1 概述

我管內(nèi)京滬線部分線路，自2013年以來每年6-11月份均出現(xiàn)線路路肩開裂、軌道成段單股下沉，軌道幾何尺寸難以保持，線路方向向線路外側(cè)鼓出，幅值10 mm（10 m弦）以上，水平變化10 mm以上，形成方向、水平逆向位復(fù)合不平順，添乘機(jī)車人體感覺搖晃明顯，給行車安全造成較大影響。

每年我段需投入大量勞力進(jìn)行軌道幾何尺寸整治，但線路下沉變化速率快、范圍廣，日常養(yǎng)護(hù)維修難以解決，均由路局安排大型養(yǎng)路機(jī)械通過大機(jī)線路搗固來提高線路設(shè)備質(zhì)量，確保行車安全。針對管內(nèi)京滬線弱膨脹土路基地段病害的發(fā)生情況，我段主動入手，對弱膨脹土路基進(jìn)行土樣檢測、環(huán)境變化因素等因素進(jìn)行分析，提出一系列徹底整治或前期預(yù)防的措施，并取得了較好的整治效果，確保鐵路運(yùn)輸安全。

2 我段管內(nèi)京滬線弱膨脹土地段近年軌道下沉變化情況

軌道下沉變化主要表現(xiàn)為成段高低、水平和方向變化，出現(xiàn)向線路外側(cè)單側(cè)軌道下沉，水平變化10 mm以上，變化速率快，同時軌道方向向線路外側(cè)鼓出，形成方向和水平逆向位復(fù)核不平順，水平10 mm左右，方向8 mm～10 mm（10 m弦測量）。車載式添乘儀水平加速度0.13 g以上，添乘機(jī)車人體感覺搖晃明顯，列車運(yùn)行品質(zhì)和舒適度明顯下降，對行車安全造成較大影響。選取弱膨脹土地段對其動檢車軌道質(zhì)量指數(shù)（TQI值）及其分項(xiàng)進(jìn)行對比分析，如表1、圖1所示。

表1 管內(nèi)京滬線弱膨脹土地段TQI值及分項(xiàng)對比分析

圖1 弱膨脹土地段軌道下沉變化前后TQI值對比

通過分析，軌道下沉前后軌道質(zhì)量指數(shù)（TQI值）變化的平均幅值達(dá)到2.24，增加的幅度達(dá)到了44.18 %，引起軌道幾何尺寸變化的主要項(xiàng)目是高低、方向、水平，以及由水平變化而引起的三角坑變化，軌距基本不受影響。其中，變化較為明顯的項(xiàng)目是方向、高低、水平，平均上升幅值達(dá)到了0.82、0.76、0.35，分別達(dá)到65%、47.2%、42.1%，均超過或接近50%。變化最為明顯的是軌道方向，主要原因是因?yàn)檐壍绬喂刹痪鶆蛳鲁粒斐伤阶兓?，在列車荷載的作用下，水平低的一股鋼軌所受到的沖擊力變大，形成方向，造成水平與方向的逆向位復(fù)合不平順，進(jìn)一步加劇了水平和方向的變化，形成惡性循環(huán)，對列車運(yùn)行的舒適度和行車安全造成較大影響，如不及時整治，危及行車安全。

3 弱膨脹土地段軌道下沉變化原因分析

3.1 地區(qū)氣候變化異常的影響

近年來，全球氣候變暖及厄爾尼諾現(xiàn)象頻繁發(fā)生，我國江淮及黃淮地區(qū)氣候變化異常，在每年夏秋季節(jié)，氣候呈現(xiàn)強(qiáng)降雨與高溫干旱天氣交替出現(xiàn)。管內(nèi)京滬線弱膨脹土路基地段在梅雨季節(jié)，雨量充沛，路基本體土顆粒含水量較高。梅雨季節(jié)結(jié)束，受亞熱帶季風(fēng)氣候影響，造成持續(xù)干旱，高溫酷暑，路基本體蒸發(fā)量明顯加大，導(dǎo)致雨季蓄水的土顆粒持續(xù)失水，土顆粒間形成裂隙，承載能力下降。

3.2 沿線綠籬蒸騰作用加劇

我段管內(nèi)京滬沿線綠植多為2003-2005年栽植，多為高桿女貞與法國冬青混植，路基邊坡及坡腳種植樹種多為高桿女貞，路肩外側(cè)1 m～2 m多為法國冬青，經(jīng)過十余年的生長，綠籬已在鐵路沿線鋪展開來，高桿女貞的胸徑達(dá)到10 cm左右，樹高6 m～8 m，枝繁葉茂，根系發(fā)達(dá)，如圖2、圖3所示。在每年夏秋高溫干旱季節(jié)，京滬沿線高桿女貞及法國冬青蒸騰作用明顯，線路路肩及路基本體土壤水分向沿線綠籬根系側(cè)轉(zhuǎn)移，加劇了路肩及路基土體失水，導(dǎo)致路基基床范圍內(nèi)土體顆粒收縮，形成裂隙，承載力降低，導(dǎo)致路肩側(cè)鋼軌單股下沉，形成大水平，隨著列車荷載作用，形成水平與方向的逆向位復(fù)合不平順，加劇了軌道幾何尺寸的變化。

圖2 路肩外側(cè)種植的高桿女貞

圖3 路肩外側(cè)種植的法國冬青

綜上所述，管內(nèi)京滬線弱膨脹土路提地段，加之近年反常的氣候變化，夏秋時節(jié)持續(xù)高溫干旱天氣及線路沿線綠籬的蒸騰作用加劇則構(gòu)成了管內(nèi)路基地段線路變化的主要因素。

4 控制措施及效果

根據(jù)管內(nèi)弱膨脹土地段軌道下沉變化的原因分析，按照“預(yù)防為主，防治結(jié)合”的原則，采取綠籬修枝砍伐和路肩補(bǔ)水等預(yù)防控制措施，緩解和控制弱膨脹土地段軌道下沉變化，確保行車安全。

4.1 沿線路肩外側(cè)綠籬修枝及砍伐

自2017年春季開始，由林管所對管內(nèi)京滬線弱膨脹土地段的路肩綠籬進(jìn)行砍伐和修枝，對路肩外側(cè)1 m～2 m范圍內(nèi)的法國冬青等灌木進(jìn)行砍伐，如圖4所示，對種植在柵欄網(wǎng)外側(cè)，路基邊坡上靠近路肩邊緣的高桿女貞進(jìn)行截干修枝縮冠，以減少高溫干旱季節(jié)樹木蒸騰作用的影響。

圖4 路肩外側(cè)綠籬砍伐情況

4.2 路肩補(bǔ)水

弱膨脹土路基地段軌道下沉變化的主要原因是土顆粒失水收縮，造成承載力下降，在持續(xù)高溫干旱時段，對路基本體進(jìn)行適量補(bǔ)水，將有效預(yù)防或緩解軌道下沉變化。自2017年6月份開始，先后在京滬上下行872-874，920-922等下沉變化明顯地段路肩鋪設(shè)滴水管，管徑25 mm，間隔0.6 m設(shè)滴水孔，利用路基坡腳處綠化灌溉用機(jī)井，每500 m布置抽水泵一臺，采取滴灌的方式進(jìn)行路肩補(bǔ)水（如圖5）。在京滬線上下行898-892道床坡腳內(nèi)埋設(shè)水管（管徑60 mm），利用沿線立交抽水泵房進(jìn)行供水，對路肩進(jìn)行補(bǔ)水。通過持續(xù)干旱天氣路肩補(bǔ)水，有效緩解了路肩失水開裂的現(xiàn)象，上述路肩補(bǔ)水地段2018年夏季軌道狀態(tài)穩(wěn)定，未發(fā)生下沉變化現(xiàn)象。

圖5 路肩補(bǔ)水情況

4.3 加強(qiáng)動靜態(tài)監(jiān)控及軌面養(yǎng)護(hù)工作

除了上述預(yù)防措施之外，針對管內(nèi)弱膨脹土地段下沉變化的情況，每年梅雨季節(jié)結(jié)束之后，加強(qiáng)對管內(nèi)京滬線動態(tài)添乘檢查，對2013年以來軌道下沉變化地段進(jìn)行梳理，建立臺帳。每日安排添乘人員攜帶便攜式添乘儀對京滬線進(jìn)行添乘檢查，重點(diǎn)關(guān)注歷年下沉變化處所。在加強(qiáng)動態(tài)添乘檢查的同時，每日對車載式添乘儀數(shù)據(jù)以及動、軌檢車數(shù)據(jù)進(jìn)行梳理分析，建立盯控臺帳，安排人員對動態(tài)大值進(jìn)行現(xiàn)場復(fù)核、處置。2018年夏季管內(nèi)京滬線弱膨脹土地段軌道狀態(tài)平穩(wěn)受控，未發(fā)生明顯軌道成段下沉變化現(xiàn)象，如表2所示。

表2 弱膨脹土地段整治后TQI值及分項(xiàng)對比分析

5 結(jié)論

通過對京滬線上下行K895-K952區(qū)間弱膨脹土路基地段軌道成段下沉變化情況調(diào)查，對氣候變化、線路外部環(huán)境影響等方面分析了軌道下沉變化的原因，采取了相應(yīng)的控制措施，得出以下結(jié)論；

（1）京滬線沿線路肩外側(cè)種植了大量的高桿女貞和法國冬青等綠植，種植密度大，未有計劃地安排修剪，致其枝繁葉茂，夏秋高溫時節(jié)，綠植蒸騰作用加劇，導(dǎo)致路肩外側(cè)路基土體失水，加劇了軌道下沉變化。

（2）由于軌道水平、方向的相互影響，形成了水平和方向的逆向復(fù)合不平順，加劇了軌道的下沉變化，對列車運(yùn)行安全構(gòu)成威脅。

（3）因京滬線為運(yùn)營線路，且弱膨脹土路基范圍廣，采取換填等措施整治工作量和費(fèi)用投入巨大，對既有行車影響較大。采取沿線綠植砍伐、修枝、縮冠，高溫干旱時段路肩鋪設(shè)滴水管補(bǔ)水等措施，有效控制了軌道成段下沉變化，投入費(fèi)用低，不受上道施工維修天窗影響，對既有線行車無影響。