钦北线路基病害及其防治探讨

摘 要:广西沿海铁路钦北线地处广西西南部,为大西南重要出海通道,是广西沿海铁路四线连三港的重要组成部分。由于本线建设标准较低,且强调先通后备的指导原则,在选线设计、挡护标准、平纵面的技术标准上存在诸多的缺陷和不足,同时独特的不良地质条件,道碴的严重不足、等级偏低等原因,造成了投入运营后大量如边坡坍塌、基床翻浆、小半径曲线磨耗严重等病害。而逐年来运量不断增加,且开行两对时速100KM的旅客列车,运输安全畅通的压力越来越大,为了有效控制和整治病害,确保行车安全,根椐现状和经验积累作了一些研究和探讨,对主要的三种病害的基本现象、成因以及防治方法进行了总结,用以指导日常工作,对广西北部湾发展规划上升为国家战略后研究钦北的病害整治,努力建设标准线、确保安全畅通亦具有积极的现实意义。

关键词:铁路;路基病害;产生原因;防治办法

中图分类号:TU413.6+2文献标识码:A文章编号:16723198(2009)22027603

1 铁路线路概况

钦北线从南防铁路钦州站南宁端K114+179.30接轨,正线长98.421KM。另有港区专用线段5.632KM,南防与钦北铁路联络线2.585KM,途经两市一县十一乡、镇、区(钦州市、合浦县、北海市,那丽、乌家、钦廉林场、沙岗镇、党江、环城、高德镇、西塘、银海及海城区)。线路位于桂南丘陵和滨海平原区,地势北高南低,全段线路共架设桥梁55座,延长8073m,设置涵渠319座,延长6132m;线路铺设石灰岩道碴,线路铺设钢轨为P50再用轨普通钢轨;铺设轨枕为混凝土轨枕;钦北正线上共有曲线74个,延长25.918公里,占正线全长的26.3%,其中半径小于600米的曲线有29个,延长11.906公里,占正线全长12.1%,最小曲线半径为R=393m;线路最大坡度达7.5‰。

2 地质地貌概况

钦北线地处于广西西南,途经丘陵和平原地区,地势北高南低,钦江至白沙江61KM属丘陵或低缓丘陵区,相对高差40米,山丘多覆盖松林、灌木、线路走向以起伏坡与水系大致垂直交叉,至白沙江开始跨越10公里宽的南流江三角洲,河流纵横交错,村庄密布,农业发达,桥涵分布相对集中。线路于合浦城南3公里穿过后以自由坡进入北海半,行经滨海平原,相对高差约10米,大部辟为耕地,种植水稻、甘蔗、花生、黄麻等,局部覆盖桉林,桥涵分布相应减少。沿线所经地层,50公里以前局部为侏罗系泥质粉砂岩夹泥岩和花岗岩全风化外,余者均为志留系粉砂岩,砂岩夹千枚状页岩,岩层风化破碎严重,工程地质条件差;50公里以后除局部地段为泥盆系砂岩、粉砂岩夹页岩外,余均属第三系含砾砂岩和泥岩;南流江至北海,地表均被第四第海相沉积的粘砂土所覆盖。沿线岩质软弱,路基注意控制高度和边坡防护,低洼地带遇有软土,须注意基底处理,其余无不良工程地质问题。南流江三角洲,处于活动性断裂带内,地形开阔平坦,均为稻田沃野,地表除有第四系薄层粘砂土外,主要为各类砂层,厚达50余米,表层细砂存在砂土液化问题。其下为上第三系砂岩及砂砾岩。沿线地震基本烈度除那丽附近为六度外,其余地段均为七度。

3 常见病害类型、产生的原因及防治办法

3.1 路堑边坡坍塌

3.1.1 造成路堑边坡坍塌的主要成因

路堑边坡坍塌是在路堑边坡坡度陡于天然休止角(土体达到天然极限稳定平衡状态时,坡面与水平面的夹角叫做天然休止角或稳定安息角)时,由于其稳定性差,在坡面水或地下水作用下发生的一种变形形式,常发生于节理较发育、岩层较破碎、风化较严重的岩质路堑或土质路堑,这种病害在平常发展过程时间较长,开始时只是在路堑顶附近出现裂缝,并缓慢地逐渐扩大,扩大到一定程度时,在外界条件的影响下,突然顺边坡坍塌下来,在大坍塌之前,常有局部坍塌伴生,并能听到岩石的错动声音,大变形之后,还常有小的局部坍塌发生,每次坍塌都不按固定的面移动,但坍塌体下缘均位于临空面,一直坍塌到岩层或土层的稳定安息角为止;钦州段近50公里修筑于群山间,大部分是高堤深堑相连,以深堑为主,且路堑边坡为砂岩夹页码岩,节理较发育,风化破碎严重,为软石,遇水极易软化,由于修建标准低,防护等级低,大部分采用浆彻片石防护,边坡坡度较陡,多为覆盖层坡率为1∶1、软石层坡率为1∶0.75,边坡坡度大多大于天然休止角,稳定性差,加上在施工时存在的质量偏差,从己暴露的的问题如浆彻不饱满、彻体尺寸不欠缺、反滤层不合格造成边坡排水不畅等还普遍存在,因此一旦遭遇大雨或暴雨来袭时,山洪来势凶猛,极易发生路堑护坡突发性坍塌灾害,造成线路断道,威胁行车安全及破坏运输秩序;钦北沿线位于北回归线以南,低纬、高温多雨亚热带季风性海洋气候,日照充足、雨量充沛,5-10月受台风影响大,全年降雨量在2000MM以上,出现强降雨天气比较多,极易诱发大面积的地质灾害,给每年的防洪防台工作造成极大的压力。

3.1.2 历年来的水害发生路堑边坡坍塌情况

路堑边坡坍塌,在钦北线管段线路上较为常见,据统计从新线建设到运营管理共17年间,大大小共发生边坡共50余次,且主要集中在K10-K50公里之间的地质岩性差、节理较发育的丘陵地带,有些深堑边坡甚至出现因土层软化形成类似泥石流的状况,使得整个山坡基本清平,在运营管理后大的坍塌共出现6次,均发生在雨季主汛期,造成了断道,其中2007年K25公里、K42公里的坍方断道最具有代表性,2007年6月14日钦州市那丽镇连降暴雨,连续雨接近200MM,K25公里、K42公里几乎同时出现山体滑动、挡墙垮塌,大量泥石坍落阻断线路,造成客货列车停开,每年雨季平均每月都有因雨水而引发的路堑边坡坍塌水害,只是程度大小不同而已,有些小坍塌面不大,数量也不多,清理也容易,没有危及行车安全,而有些则严重危及行车安全。

3.1.3 路堑边坡坍塌的防治方法

为确保行车安全,最大限度的减少因自然灾害造成的损失,针对路堑边坡坍塌的病害,防治的主要办法是:一是刷坡,对不稳定的路堑边坡进行刷坡,刷坡至自然坡和稳定的人工边坡;二是做好排水设施,所有流向路基范围内的地表水均应予以截排,防止水土流失;天沟至路堑堑顶的距离一般不小于10米;三是设置防护加固设备,对于边坡缓于1:1时采取铺草皮措施防止冲刷流泥,对于边坡陡于1:1时采取浆砌片石或片石混凝土挡墙加片石护坡或人字骨架护坡的综合加固加固措施,可以有效地防止剥落或边坡局部坍塌。在整治实践中大部分采用刷坡、增设完善排水设施、种植草皮及增设挡护的综合整治措施进行处理,取得了较好的整治效果。

下面以钦北线K25、K42两个水害点的整治进行具体说明。

(1)K25公里病害点整治。

①病害概述:钦北线K25+515-+658为线路右侧路堑边坡,原坡面以浆砌片石墙挡护,护墙上部有宽10M平台,上部为方格骨架护坡防护边坡,方格内为水泥沙抹面;边坡地质为表层覆盖的残积砂粘土,颗粒大土体松散;底层为褐色泥质页岩堆积土,结构松散具有弱膨胀性,坡顶设有天沟截流地表水;因连降暴雨,至使土体含水量饱和,土体结构稳定失衡,造成深层滑坡,将原有挡墙挤塌,坍土及挡墙片石覆盖至道床。

②病害形成及发展:本段土质为泥质页岩,节理发育较好,且节理面顺路基方向与地面成30度左右夹角,路基开挖过程中在侧沟位置将岩层脚斩断,并以片石挡墙进行挡护,挡墙施工完后,1996年雨季期间出现沿侧沟顶面上40厘米处岩层节理面滑动,造成挡墙外挤,后把此处侧沟拆除,挖深基础,设计成钢筋混凝土墙作为背墙,每隔1M设一钢筋混凝土支撑连接背墙与边坡挡墙,并设观察桩进行定期观察,观察过程中没有发现边坡继续滑动,山体基本稳定,2007年6月由于长时间的暴雨,造成土体含水量饱和,山体沿施工期间的滑动面出现错位滑动,挤垮挡墙,阻断线路。

③整治措施:(1)减少滑坡体荷载,挖除滑坡体至滑动面,拆除被挤裂残余挡墙,清除挤压道床的坍体,在原挡墙位置设置片石混凝土挡墙,并适当墙加挡墙断面,满足抗剪及抗倾覆的受力要求,以固定未滑动山体,挡墙上部用骨架护坡防护,并辅助用部分草皮进行坡面防护。经过以上综合整治,取得了较好的效果。

(2)K42公里病害点整治。

①病害概述:该段病害为线路左侧路堑边坡,原坡面以浆片挡墙进行挡护,挡墙上部为方格型骨架架护坡防护边坡,方格内密铺植被,边坡地质为表层覆盖残积砂粘土,呈层状相叠分布,土体松散;底层节理发育的泥质岩层,结构松散破碎,坡顶设有砼板式天沟截流地表水;因连日暴雨,土体含水量聚增,土体内部结构发生变化,形成滑坡,造成大量土方溜坍,坍体覆盖线路,造成线路断道。

②病害的形成及发展:本处路堑边坡高30米,下设挡墙高20米,坡率为1∶0.75,岩野破碎;覆盖层近10米,按1∶1刷坡后采用架护坡进行表面防护,土质疏松,堑顶是一片开垦的甘蔗地,遇暴雨侵蚀,大量雨水从开垦的甘蔗地参透到山体覆盖层,造成覆盖层土体含水量饱和,出现失稳向下滑动并挤垮挡墙,带动下部山体岩层坍落,经检查原挡墙施工质量存在厚度不足、沙浆不饱满、个别处所基础埋深不够等到缺陷也加速了病害的发展和扩大。

③整治措施:清理线路坍土,刷除表面浮松土,挖除滑坡上部土体,减少荷载,在山体下部设片石混凝土挡墙防护,覆盖层用浆砌片石护坡进行防护,堑顶平台用浆砌片石封闭,重新用浆砌片石改移天沟。经过综合整治,取得了满意的效果。

以上两处病害点的病害情况、成因及整治在钦北线具有典型的代表性,值得认真总结和推广,同时对防止病害的发生、发展及恶性铁路事故出现有积极的意义,特别在防洪期间对深堑、高堤的重点巡查,加强排水设施,完善雨量监测制度,对重点地质不良地段进行加固,最大限度地防范地质灾害的发生。

3.2 轨道线路翻浆

3.2.1 轨道线路翻浆产生的主要原因

轨道线路翻浆病害会使线路上部建筑难以保持正常的几何状态,是路基病害的主要类型,并伴随着轨枕吊板、暗坑等线路等病害,极易造成钢轨变形,夹板折断,道碴消耗大,轨道几何尺寸变化大,大多表现出轨检车的3、4级病害,使紧急补修工作增加,整治效果难以保证,维修成本提高,线路养护困难增加,大量消耗劳力和运能,也直接危及到行车安全,特别是提速、重载的铁路发展要求下,更易造成列车掉道翻车;轨道线路翻浆主要有道床翻浆和基床翻浆两种。

道床翻浆主要是由于道床不洁,含土量超限以及道碴不硬造成的,由于钦北线的道碴都是采用石灰岩,且道碴严重脏污,含有大量的泥土和粉尘,而石灰岩为软质岩,它的主要成份为碳酸钙,碳酸钙易打成粉末遇水成浆,水干就板结,若道床表层部分的道碴被列车碾压后形成碎屑或粉末,此时若道床不洁和排水不良,就造成道床翻浆。

基床翻浆主要是由于钦北线修建时由地方筹资,资金相当紧张,不得不采取先通后备的做法,修建标准低,路基宽度先天不足,一些土质不良的路堑没有进行换填处理,一些不合格的填料也以次充好用来填筑路堤,同时普遍出现的道床厚度不足,在列车动力的反复冲击下,路基面就被挤压陷槽,形成碴囊积水,久而久之,泥浆便被挤压上冒、翻出道床,造成基床翻浆。

3.2.2 轨道线路翻浆的整治办法

轨道线路翻浆整治也比较复杂,针对道床翻浆采取的整治办法是:一是疏通排水、清筛轨枕头石碴或全断面清筛道床;二是清挖掉翻浆的道床;三是彻底的更换道喳,由于钦北线的道碴是采用普通石灰岩二级碴,容易被碾压形成碎屑或粉末,这些碳酸钙粉末水溶解形成浆,然后水干了就板结因此只能彻底的更换成一级道碴,才能增强道床弹性、保持道床较好的排水通透性,钦北沿线那丽段产花岗岩石碴,可以满足需要;四是在轨枕下铺垫大胶垫增加弹性。

对于基床翻浆采取的整治办法是:由于钦北线路基宽度和道床厚度不足,部分路堑土质、路堤料不符要求,在实际整治要进行认真分析病害成因,对症下药,对土质及填料不符要求及己形成陷槽地段采用换填三合土,对没有地下水影响的基床翻浆和风化石质基床翻浆,主要采用垫沙阻隔泥浆上冒;对于有地下水影响的基床翻浆,主要采用排水板封闭,阻隔地下水及泥浆上冒污染道床,也可采用修整路基面抬高道床厚度,达到排水通畅、道床弹性良好有效减少对路基面的冲击。

3.3 曲线钢轨磨耗及轨枕小反

3.3.1 曲线钢轨磨耗及轨枕小反产生的主要成因

钦北线修建时资金紧张,技术标准低,定位为地铁一级,全线采用无缝线路切割再用轨和木枕铺设,小半径曲线多,曲线半径最小的为400M,同客货混跑,速度差较大,在小半径曲线轨道上钢轨发生磨耗和轨枕被切压,尤其是在坡道大及钢轨状态不良如硬弯、磨耗大调边使用、表面擦伤严重、曲线不园顺的线路上,钢轨发生磨损比较突出。

随着运量的增加及列车速度的提高,重载列车的不断增加和运营线路上下行车及客货车速度相差悬殊,钢轨发生磨耗也非常快。钢轨发生磨耗,除与钢轨本身材质有着密切的关系外,还与机车车辆、日常养护、曲线超高的合理设置、路基病害情况等密切相关。经过对有关方面资料的调查和现场实际摸索,归纳小半径曲线轨道上钢轨发生磨耗的主要原因有:列车运量和轴重的增大及超高不合理设置是钢轨加剧磨损的主要原因;仅就钦北线15处小半径曲线钢轨定点观测调查数据看,每季平均磨耗值约在3.5mm以上;轨底坡不当,极易产生钢轨磨耗及轨枕小反;轨距超限和轨距变化率超过规定值,加剧了钢轨侧面磨耗;曲线超高设置时,忽略了客货列车比重及上下行列车速度相差悬殊,所设置超高没能尽量适应货车速度,行车钢轨侧面磨耗;钢轨没能涂油,由于钦北线坡度大且坡度长,机车爬坡困难涂油时有可能打飞轮,进一步造成钢轨伤损;其它如线路方向不圆顺,车辆摇摆及转向架各轴之间的相互作用力增大等都是造成钢轨磨耗的原因。

3.3.2 近年来小半径曲线钢轨磨耗的状况

据探伤工区调查统计,近年来我段管内半径小于600米的17个小半径曲线的钢轨磨耗较严重,曲线外轨(上股轨)侧磨,每季平均磨耗值约在3.5mm以上,曲线内轨(下股轨)波浪磨耗或压溃。由于钢轨磨耗后轨道几何尺寸诸如轨距、水平、三角坑、高低等项目较容易变化,经常出轨距偏大或假轨距的现象,再有就是曲线上股外侧尼龙挡肩容易损坏,胶垫被压溃、轨枕被切压、轨距杆折断等;每次轨检车检查不良处所的三、四级扣分80%均由小半径曲线钢轨磨耗所引起的。

3.3.3 采取的防治措施及整治方法

对于钦北线小半径曲线钢轨磨耗,我们采取了多种办法进行整治,主要采用以下整治方法:

全线更换并加密混凝土轨枕,轨枕配置按每公里1760根设置,其中部分换成钢钎维混凝土轨枕和带钢板的特种混凝土轨枕,防止轨枕被切压造成轨枕小反保证轨底坡。

在小半径曲线轨道上,更换硬度较高的合金轨或全长淬火轨,同时在机车和车辆转向架上,应尽量减少几个主要部位间的空隙,最大限度地缩小车辆摇摆。

在小半径曲线轨道上,按外轨超高的不同,对内外股钢轨的轨底坡进行适当调整,使用带坡型的开发丝胶垫调整。内股钢轨轨底坡调整范围一般使外轨超高在0-75mm时,内股钢轨轨底坡为1:40,外轨超高在80-125mm时,内股钢轨轨底坡为1:17。

每年进行一次各次列车通过各处曲线速度的测定,并按上下行列车速度的大小来计算超高值,使选定的超高尽量满足货车速度又能满足客车未被平衡超高在《维规》第3•7•1条规定范围内。

强化对曲线的维修与保养,结合线路经常保养工作,重点是曲线轨距超限处所和轨距变化率的及时修整,使曲线轨距及轨距变化率经常保持在规定限度内,加强第季一次的曲线检查和定期拨道,使曲线经常保持园顺及超高合理。

对小半径曲线钢轨内侧采用进行每贮存器一次的涂油,磨耗严重曲线可适当增加涂油次数。

3.4 路基面宽度不足

3.4.1 路基面宽度不足及其原因

钦北线由于限额投资的一条地方铁路,资金比较紧张,原初步设计文件采用的国铁2级的路基面标准改为地铁1级标准,路基面宽度,土质5.6M,石质4.9M,路基面宽度很窄,道床几乎占掉了路基宽度,给养护维修带来了很大的困难,部分地段由于路基下沉造成道床边坡溜坍,使线路几何状况无法保持,同时也造成行人在线路上行走时因无处躲避列车而极易出现人员伤亡事故。

3.4.2 采取的措施

采取全线两侧增设路肩墙,路肩墙外侧之间的宽度为7.6M,部分下沉地段采用骨架护坡或技撑盲沟加固,配合局部的抬道,达到了轨道状态稳定、外观整洁美观、减少路外伤亡的综合效果。

参考文献

[1]纫秋.路基工[M].北京:中国铁道出版社,2006.

[2]中华人民共和国铁道部.铁路路基大修维修规则[M].北京:中国铁道出版社,2000.

[3]中华人民共和国行业标准.铁路路基设计规范[M].北京:中国铁道出版社,2006.

[4]铁路工程施工技术手册.路基[M].北京:中国铁道出版社,2000.

[5]中华人民共和国铁道部.铁路线路修理规则[M].北京:中国铁道出版社,2006.

[6]铁路工务技术手册.轨道[M].北京:中国铁道出版社,1998.

[7]铁路工务技术手册.线路业务[M].北京:中国铁道出版社,1998.

作者简介:

吴蓉蓉(1981-),女,安徽铜陵人,硕士,江苏海事职业技术学院教师,研究方向:交通运输规划与管理。