焦柳線高路堤下沉病害分析與搶險措施研究

胡 文 靜

(中國鐵路武漢局集團(tuán)有限公司宜昌綜合維修段，湖北 宜昌 443000)

0 引言

路基承受著鐵路線路自身重量及列車的動力荷載，同時還受各種外界因素的侵襲和各種不良地質(zhì)條件以及人為因素的影響，從而造成鐵路路基病害分布廣、治理難、多發(fā)性強(qiáng)的特點[1]。為保證鐵路線路平順，列車正常運(yùn)行，路基本體的穩(wěn)定性尤為重要，因此對路基本體的沉降變形等病害需要重點關(guān)注[2]。朱俊勛等[3]對膠濟(jì)客專路基下沉進(jìn)行了研究，通過對該區(qū)段路基下沉病害的形成機(jī)制進(jìn)行分析，提出了相應(yīng)的工程整治方案。陳勇智[4]結(jié)合工程實例證明采用注漿整治鐵路高路基病害效果顯著。

既有鐵路路基病害關(guān)乎著鐵路線路的正常和安全運(yùn)營，做好鐵路路基病害的預(yù)防，且安全、經(jīng)濟(jì)、快速有效地進(jìn)行搶險措施對保證鐵路安全運(yùn)營有著非常重要的現(xiàn)實意義。焦柳線由于修建條件的限制，近年來已發(fā)現(xiàn)多處高路堤路基下沉，其全線有多段為高路堤地段，為了更好的預(yù)防和確保鐵路行車安全，減少人民群眾的經(jīng)濟(jì)財產(chǎn)損失，本文以焦柳線K780，K693兩個區(qū)段典型路基下沉為研究對象，總結(jié)分析了焦柳線典型高路堤路基下沉病害形成機(jī)理，提出了相應(yīng)的搶險整治方案，并總結(jié)了相應(yīng)的預(yù)防措施，以期為類似工程提供借鑒經(jīng)驗。

1 工程概況

焦柳鐵路是中國第一條從河南焦作通往廣西柳州南站的鐵路，荊門橋工段管內(nèi)線路位于湖北省西部，沿途所經(jīng)行政區(qū)劃為荊門市、宜昌市、荊州市。管內(nèi)焦柳線多為丘陵間雜高山、谷地，地形起伏、變化大。焦柳線荊門以北為漢江水系，荊門以南為長江水系，沿線河流多為季節(jié)性漲水河流。管內(nèi)沿線地區(qū)多為亞熱帶季風(fēng)氣候，無霜期長，降雨充沛，雨熱同季。

焦柳既有線由于當(dāng)時修建條件的限制，路基防護(hù)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)較低，自運(yùn)營以來，管內(nèi)歷年產(chǎn)生不少路基病害，主要表現(xiàn)為：邊坡溜塌、路基下沉、翻漿冒泥等。焦柳線路堤地段比例較大，且路堤邊坡陡峭，近年汛期多處地段發(fā)生路基下沉。

2016年7月1日焦柳線普降大到暴雨，小時強(qiáng)降雨27.8 mm，連續(xù)降雨205.7 mm，7月1日我段防洪人員在巡查時發(fā)現(xiàn)行焦柳線上行K789+800～K790+000自路肩處溜坍、錯臺，嚴(yán)重影響行車安全。

2018年7月4日～7月5日，焦柳線玉泉寺區(qū)段最大1 h降雨10.3 mm，連續(xù)降雨112.1 mm，7月5日我段防洪人員雨后檢查時發(fā)現(xiàn)焦柳線玉泉寺—鴉雀嶺區(qū)間上行K692+900～K693+100路塹邊坡局部溜坍、錯臺，嚴(yán)重影響行車安全(見圖1)。

2 路基下沉病害形成機(jī)理

焦柳線路基填料性質(zhì)較差，壓實質(zhì)量不好，地基處理措施較弱，經(jīng)過漫長的基底或填料自身沉降，路基面普遍出現(xiàn)下沉現(xiàn)象，甚至出現(xiàn)不均勻沉降現(xiàn)象，其中下沉嚴(yán)重中地段，成為降水的匯集區(qū)，在列車動荷載作用下形成道砟囊，進(jìn)一步惡化路基填料，久而久之，形成以道砟囊為邊界的滑動面，從而加速路基的沉降變形或偏移，雨季更容易發(fā)生。

根據(jù)上述幾處典型高路堤路基下沉原因?qū)Ρ确治?，結(jié)合現(xiàn)場調(diào)查和鉆孔資料，焦柳線高路堤路基下沉病害形成機(jī)理主要包括以下幾個方面。

2.1 路基填土的影響

該鐵路修建時高路堤區(qū)段均采用人工填土，厚度為8.6 m～12.0 m，填方以棄渣填土及風(fēng)化的紅砂巖巖碎屑、碎塊為主，結(jié)構(gòu)較松散，多呈中粗砂狀，密實度較差且不均勻。雨水的浸泡作用下導(dǎo)致土體結(jié)構(gòu)的性質(zhì)發(fā)生改變，產(chǎn)生軟化現(xiàn)象，在列車頻繁動荷載作用下路基下沉加劇。

2.2 降雨的影響

根據(jù)鐵路實時雨量監(jiān)測系統(tǒng)數(shù)據(jù)查詢統(tǒng)計分析，焦柳線汛期(4月～9月)2011年—2017年平均降雨量為345 mm～655 mm，其中，長期雨水的作用，造成路基土體長期處于浸泡狀態(tài)，增加了土體含水量，隨著浸泡時間延長土體顆粒間黏聚力不斷減小，抗剪強(qiáng)度也同時降低，路基自身承載能力下降，在列車的重壓下路基下沉嚴(yán)重[5]。

2.3 周邊環(huán)境的影響

鐵路路基周邊地質(zhì)環(huán)境，如地形地貌、地層巖性、雨水沖刷及水田浸泡提供了邊坡坍岸的有利條件。焦柳線K780，K693區(qū)間路基邊坡均為水田，坡腳水田內(nèi)水位漲落導(dǎo)致坡腳土體被搬運(yùn)，上部土體在下部土體被搬運(yùn)后由于自重發(fā)生位移變化，并容易帶動岸坡土體后緣拉裂，形成坍岸。坍岸引起水坑岸坡發(fā)生劇烈變形，土體側(cè)向應(yīng)力釋放，路基土體地基承載力降低，破壞了鐵路邊坡的穩(wěn)定性，從而進(jìn)一步加劇路基下沉變形[5]。

3 搶險整治方案

3.1 搶險整治要點

鐵路路基邊坡?lián)岆U整治需要在最短時間內(nèi)保障鐵路線路的開通，同時保障路基整治的效果，及工程措施的經(jīng)濟(jì)性和合理性。

1)提高路基整體強(qiáng)度，保證列車運(yùn)行安全。

2)充分考慮既有線現(xiàn)場環(huán)境條件，合理布局方案，方便施工，同時應(yīng)經(jīng)濟(jì)合理有效。

3.2 搶險整治措施

災(zāi)害發(fā)生后，立即組織人員趕赴現(xiàn)場進(jìn)行搶險，采取坡腳打入鋼軌樁、坡面注漿等措施進(jìn)行加固。

1)該區(qū)段采取限速措施(60 km/h)，并安排人員在現(xiàn)場進(jìn)行看守并每2 h對線路設(shè)備進(jìn)行檢查、每4 h進(jìn)行坡面沉降變形監(jiān)測工作，在路肩處及在沉降變形嚴(yán)重的區(qū)段做好橫斷面監(jiān)測工作，分別在路肩、坡腰、墻頂平臺、擋墻頂、坡腳(擋墻)外0.5 m設(shè)置監(jiān)測點，進(jìn)行沉降和水平位移監(jiān)測。

2)該區(qū)段采用鋼軌樁進(jìn)行加固。鋼軌樁間距1.0 m，鉆孔直徑260 cm，梅花形布置，插入鋼軌后孔內(nèi)注入水泥砂漿。具體布置形式詳見圖2。

3)該區(qū)段邊坡，采用注漿處理，水平夾角20°，靠坡頂中的1排夾角5°。注漿孔內(nèi)插入直徑32 mm螺紋鋼筋，以錨固邊坡。

4 搶險整治效果

通過上述搶險整治方案，焦柳線上行K789+800～K790+000、焦柳線上行K692+900～K693+100搶險完畢后，有效地控制了路基下沉問題，極大地增強(qiáng)了路基穩(wěn)定性，保證了行車安全。

5 預(yù)防措施

既有線由于修建條件的限制，在修建過程中高路堤地段路基填料較差，夯實不均，運(yùn)行數(shù)年后，路基下沉病害凸顯，在日常維護(hù)中應(yīng)加強(qiáng)檢查，做好提前預(yù)防。

5.1 路基檢查與監(jiān)測

日常線路檢查保養(yǎng)過程中，尤其雨中雨后檢查時要注意觀察高路堤變化。同時在風(fēng)險高路堤地段應(yīng)注意實時測量鐵路路基下沉位移，可以準(zhǔn)確掌握路基的下沉狀態(tài)，及時發(fā)現(xiàn)路基沉降隱患，盡早地消除風(fēng)險隱患，確保鐵路運(yùn)營安全[6]。

5.2 路基邊坡加固工程

路基邊坡加固能有效地防止路基下沉，降低外界因素對鐵路路基的影響，延長鐵路的使用年限。因地制宜制定科學(xué)合理的施工措施，確保鐵路路基邊坡的穩(wěn)定性能，保障施工設(shè)計的經(jīng)濟(jì)性和合理性[6]，做好路基邊坡加固整治，從根本上提升既有線路的路基質(zhì)量。

6 結(jié)語

本文通過對焦柳線典型高路堤路基下沉進(jìn)行總結(jié)分析，分別對路基下沉形成病害形成機(jī)理、搶險整治方案及預(yù)防措施等方面進(jìn)行了討論，主要得出以下幾個方面結(jié)論：

1)路基下沉的主要因素是降雨量，路基本體結(jié)構(gòu)及其周邊地質(zhì)環(huán)境對邊坡失穩(wěn)起著決定因素。

2)采用坡腳打入鋼軌樁、坡面鉆孔注漿和搶險整治方案，能有效地控制路堤下沉。該方案實踐證明效果顯著，可在類似搶險工程中得到應(yīng)用推廣。

3)有效地預(yù)防措施能減少路基病害的發(fā)生，鐵路作業(yè)人員應(yīng)提高對路基病害的認(rèn)識，加強(qiáng)日常檢查和監(jiān)測，科學(xué)有效地制定相應(yīng)的路基邊坡加固措施防治路基災(zāi)害，才能保證鐵路行車安全，減少災(zāi)害損失。