路基封闭在矿区铁路路基沉陷治理中的应用

提要：介绍路基沉陷对矿区铁路的危害及治理常用的方法，针对矿区铁路的自身优势及特点，研究适合治理矿区铁路路基沉陷的最佳方案，简要叙述路基封闭的实施过程、技术及材质要求、创新点，并对路基封闭的方法进行综合效益分析。

关键词：路基封闭沉陷治理应用

矿区南部铁路宋告线是与矿区南部及西部矿井的建设相配套的，主要承担着郑煤集团的煤炭外运工作，线路等级为工企Ⅰ级，正线为单线，由于矿区南线线路多处在山谷之中，曲线多、高路堤地段多，经过多年的运营，随着运量的不断增长，加之路基基础薄弱（路基碾压密实度低），全线已出现几十处路基沉陷地段，有的沉陷地段深度达2―3米，且沉陷段较长。

1路基沉陷对矿区铁路的危害

路基沉陷在矿区铁路高路堤地段中存在量较大，且随着货运量的不断增长而更加严重。在日常的维护中，只有通过反复起道和填碴来抬高轨面，从而造成沉陷地段道床过厚（《技规》不允许），形成较大的碴囊，其导致的直接后果：1.轨道的几何尺寸不易保持；2.路基面宽度不够（无路肩）；3.道床水无法排除，只有通过路基土下渗，当路基含水量较高时，承载力和稳定性降低，极易发生路基坍塌、滑坡；4.线路外观不整齐。以上这些问题给机车的运行带来极大的安全隐患，同时也增加了线路养护的工作量，该问题已成为制约矿区铁路发展的重要因素。

2路基沉陷治理方案的论证与确定

2．1运营铁路路基沉陷病害治理常用的方法

在运营铁路上治理路基沉陷病害常用的方法有：1.反压护道；2.反压护道加砂；3.反压护道加土工织物；4.抛片石；5.侧向约束（见下表）。

运营铁路路基沉陷病害的治理方法

序号 加固措施 常用的方法 适用条件 优点 缺点

1 反压护道 采用一定宽度（通过稳定检算确定）与高度（一般采用路堤高度的1/3―1/2）的护道来增加路堤的稳定性。 1、少占农田；

2、料源容易。 增加了路堤稳定性。 占用部分耕地，工程量较大。

2 反压护道加砂垫层 一般在反压护道稳定性检算达到要求后增设砂垫层。砂垫层的厚度约为0.6―1.0m的中粗砂。 1、减少反压护道宽度，少占农田；

2、料源容易。 促进基底排水固结，可以减少反压护道的部分宽度 占用部分耕地，增加了较大量的砂垫层，其造价也随之提高。

3 反压护道加土工织物 反压护道稳定性检算达到要求后选用透水性好、强度高的土工织物，并在土工织物上下各铺0.3―0.5m的砂垫层。 1、加速基底排水固结。2、增加软土面抗剪强度。 占用部分耕地，增加了土工织物及砂垫层，其造价更高。

4 抛片石 对路基病害地段抛填一定宽度及厚度（经过计算）的片石。 基底缓慢下沉和坡脚挤出。 防止路基土被挤出，减少下沉，增加稳定性。 大量片石进行填充，工程造价较高。

5 侧向约束 在路基破脚处施加一定的作用力（打入木桩或修建挡土墙）。 少占农田；

软土较薄，下卧层有坚硬土层或岩层。 防止路基土被挤出 打桩或在岩层上修建挡墙（还需要占用少量的耕地），而挡土墙工程造价较高。

方法1、2、3、5均需要少量占用农田，与国家保护耕地的基本政策相违背，反压护道土石方工程量大，代价高；方法2、3中反压护道加砂垫层或加土工织物，仅是对边坡上的反压护道进行的补充；方法4大量使用片石，工程量大，代价较高，上述方法均是对路基边坡部分进行加固，而对轨道下部作用不大，故治标不治本，且有各自的适用性及存在的部分缺点。

2.2路基沉陷治理方案的确定

矿区铁路在治理路基沉陷病害中，若进行少量的征地不但手续较为复杂而且费用较大，又不符合国家保护耕地的基本政策，同时矿区铁路又没有太多的资金投入到该病害的治理。针对矿区铁路行车的特点――列车通过间隙大，行车自己管理，便于利用间隙时间进行要点施工，从而不影响正常的行车这一突出优点，分析解决矿区铁路路基沉陷问题的方法中，探索性的采用在轨道下铺设土工织物加砂垫层进行路基封闭，该方法的施工不需要另行征地，节约了大量的征地费用，其作用是：隔离地表水，使之不渗入基面以下，防止或减轻基面软化或风化，保证封闭层下部路基处于良好的稳定性，从而达到治理路基沉陷的目的。

3路基封闭的具体实施步骤

（1）详细掌握沉陷地段的病害情况，如病害长度、病害沉陷深度、边坡坡率、边坡坡长、轨道几何尺寸等，并在现场选取较合适的砂料存放地点（不能太远，影响施工时间），避免砂与道碴混肴，影响施工质量。

（2）从坡脚底部帮补路肩土（分层挖台阶，回填路基土）至距钢轨顶面1.05m的位置，其路基面宽度要求：①直线地段至少8.0m，②曲线地段应按有关规定加宽。

（3）利用列车间隙要点拆除线路，对沉陷地段的进行施工；也可采用扣轨施工（不中断线路），但其效果较差，且存在一定的安全隐患，一般不采用。

（4）挖除钢轨顶面以下1.05m范围的道碴。

（5）夯填0.1m后的粘土隔砂层（防止砂从道碴漏下去）。

（6）回填0.15m厚的中粗砂，该层砂为底砂，应按要求做出路拱，保证向两侧3～5%的流水坡。

（7）铺设土工织物，两侧应伸出路肩各不少于0.3m，铺设时应保证土工织物的完整不破损、无凹陷、不积水。

（8）回填0.2m厚的中粗砂，为防止砂因雨水流失，在路肩处加夯填0.05m厚的粘土保护层（在铺设该部分砂垫层时，施工使用的运输设备及工具应避免将土工织物捣烂，使之失去应有的作用）。

（9）回填道碴0.25m（道碴厚度不易过大，因考虑原路基可能有少量的下沉及上下砂垫层的下沉量，从而导致道床厚度比设计有所增加）。

（10）铺设线路，整修至通车。（具体情况见下图）

该治理方案的技术关键在于：铺设好上下砂层，防止土工织物被道碴及硬物捣烂（在铺设时确保土工织物的完好），并做出路拱，以便排除地表水。

4路基封闭的技术及材质要求

（1）土工膜（板）是不透水排水型土工合成材料，如氯丁橡胶板、聚氯乙烯板、维尼纶涂塑布、塑料油膏布等，其主要技术规格要求：极限抗拉强度≥600N/5cm，延伸率≥15―30%（甚至可达50%），顶破强度≥1.5MPa。

（2）基床强度N≥4.5（注：N为小型贯入仪击次）。

（3）地下水位降低到不影响基床表层，裂隙水要疏导（宋告线路基沉陷大部分处于高垫方路堤地段，基本上不存在此问题）。

（4）铺设封闭层长度除病害地段全长外，两端应延长至少5.0m。

（5）土工织物铺设位置距轨枕底≥35cm。

（6）砂的材质要求：选取透水型良好的中粗砂，以石英砂最为理想，含铁镁矿物较多的砂易于风化成泥的，不应使用，砂中含泥量不得超过3―5%。

5选取病害较严重的地段进行实验

选取了病害较为突出地段进行研究与论证，例如：2003年对K21+800、K23+450段进行了路基封闭，2004年对K7+600、K23+800、K24+900段进行了路基封闭，2005年对K22+300、K26+300、K35+780、K35+850段进行了路基封闭，2006年对K28+900段进行了路基封闭，施工后的上述路段均未出现新的下沉情况。

6路基封闭的创新点及效益分析

根据对实验地段的后期观测数据，各段的路基稳定性较好，部分地段存在少量的下沉，但均在允许的的范围内，对实验的几个路段的实际情况及效果分析，该治理方案与以往运营铁路路基沉陷病害的各种治理方法相比，有以下几个创新点：

（1）科学合理：矿区铁路行车的特点――列车通过间隙大，行车自己管理，便于利用行车间隙进行要点施工，从而不影响正常的行车这一突出优点，该方法工程量也相对较小，采用在轨道下铺设土工织物加砂垫层进行路基封闭。

（2）经济：该方法的施工不需要另行征地，节约了大量的征地费用，又符合国家保护耕地的基本政策。采用的土工织物为成品，不需要再加工，且耐久性好；中粗砂的级别要求不高，当地砂即可，故料源容易采购，使材料的费用较为低廉；减少道碴的补充数量，造价低廉。

（3）效果好：经路基封闭后，可彻底阻断地表水的下渗，使地表水沿坡面排除，防止或减轻基面软化或风化，保证封闭层下部路基处于良好的稳定性，从而达到治理路基沉陷的目的。

（4）该治理方案的实施，可达到投资省、工期短、见效快的目的，实施后可以减少起道量，降低职工劳动强度，提高线路外观的整齐度。

（5）良好的社会效益：为本行业在研究该项目时提供具有参考价值的技术资料。

7结论

综上所述，该项目的研究开发，是依据较充分理论基础，并利用矿区铁路的自身优势，从各方面的技术数据可知，该方案具有投资少，工期短、效果好，并有较好的经济与社会效益，现已经达到了研究与开发的目的，我们对本项目的研究作出如下结论：

（1）该项目的研究，充分利用矿区铁路的行车特点――列车通过间隙大，彻底对病害地段进行封闭，不存在死角，效果良好，大量实验地段的数据证明其研究结果的可靠性。

（2）该项目的研究成果，能够从根本上治理矿区铁路的路基沉陷病害，提高路基的稳定性，强化铁路基础设施。

（3）该项目研究的方法、成果，可直接应用于矿区铁路存在的沉陷地段病害的治理，通过方案的实施，可以降低职工的劳动强度，提高劳动生产率，减少生产成本的投入，确保了铁路路基处于良好的稳定性，消灭了行车事故隐患。

（4）为本行业在研究相关项目时提供具有参考价值的技术依据，填补了治理矿区铁路路基沉陷病害的空白。

参考文献：中国铁道出版社――《铁路工务技术手册――路基》1993年