浅谈路基冻害成因及预防整治措施

浅谈路基冻害成因及预防整治措施摘要：路基冻害是北方地区铁路分布较广，较为普遍的病害。路基病害是由地下水或地表水，在冬季冻结后所产生的地表冻层，造成沿铁路线路纵向水平发生高低变化的病害，它直接危害行车安全。冬季路基冻害严重影响了线路质量，增加了养护维修难度，本文就路基冻害的形成原因进行分析，结合整治冻害的实际工作，运用相关理论和现场维修经验，探讨路基冻害的整治方法,希望能对今后的路基冻害整治工作有所参考。关键词：路基；冻害；整治；成因；预防1路基冻害的成因在我国北方严寒地区，由于当地气候与地理环境原因致使铁路路基冻害现象时有发生，极大地影响铁路运行安全。冻害发生后，两股钢轨的高低会发生变化，两股钢轨同时冻起引起高低不良。直线线路两股钢轨冻起错位时，形成三角坑水平病害。（见图1）。曲线外股钢轨冻起改变了曲线外股钢轨正常的水平超高度，里股钢轨冻起造成曲线水平反超高病害。其中直线条件下的水平、三角坑病害和曲线条件下的水平、反加高病害是造成机车车辆脱轨的重要原因。引发路基冻害的主要成因大体可分为三方面，即土质的原因、土质中水的原因、外界温度原因。现对原因分析如下：1.1土质的原因主要是指土质的尘土颗粒普遍较小，其土壤黏度较大，温度较低时会发生较大幅度的冻胀现象，土壤的颗粒越小其冻胀性越强，致使其土壤密度急剧下降，其土壤冻胀程度也随之增加，在冻胀至一定程度时，冻胀程度达到峰值。当土壤中水含量较高时，加之温度较低，水逐渐结成冰晶体，土壤中的水凝结冻固，并在冻结的过程中产生冰冻层，众所周知水结成冰体积会变大，体积增大约9%，致使土壤颗粒逐步发生偏移现象，土壤内部发生冻胀。1.2土质中水的原因在温度处于零摄氏度时，土壤内部的水分处于冰水混合形态，温度持续下降，土壤中的水分随之冻结，冰晶增加水分减少，土壤内部冻胀程度发生剧增。温度逐渐降低至某一临界点时，土壤内部冻胀程度逐渐放缓，最终逐渐停止，处于这一阶段的土壤冻胀程度最为严重。在土壤层中埋有石头、树木、裂痕的路基，由于其土壤裂隙较多致使降水积累增加。在温度较低时，土层裂隙中的水分逐渐冻结为冰晶，进而产生严重的路基冻害。1.3外界温度原因温度同样是铁路线路产生冻害不可缺少的条件之一。当气温低于0°C及更低温度时，路基冻害开始显现。所以，在寒冷的地段，作为日常参考的气温参数需从年平均气温、冻结指数、冻结时间、冻结深度和平均气温等多个方面去考虑与衡量。对于铁路线路来说，日常用的一般是地表气温的温度，当地表温度低于零下时，就需要注意一下是否会造成铁路线路的冻害了。如同水一样，温度是铁路线路发生冻害的必要条件之一。2路基冻害的预防和整治措施线路设备修理的基本任务是通过科学合理经济的维修策略，保持和恢复线路设备的安全性可靠性。以下，我们将对于路基冻害的常用整治措施进行梳理，分析利弊。2.1排水法通常情况下，铁路线路发生冻害的成因是因为土壤中水的堆积造成的，如果能通过一些办法将土壤中的水排出去，那就能在一定程度上减少冻害的发生。排水法一般是通过挖掘排水、渗水的沟渠，或者是反压铁路护道等方式排出土壤里的水分，防止土体在低温下冻胀，有效防止铁路线路冻害的发生。除此之外，还可以采用对经常产生冻害现象的处所进行定期清理，对表面附着的尘土进行仔细清除，对道路两侧的杂土进行及时处理，避免尘土杂物覆盖道路排水孔等措施。2.2换土法经过上述路基冻害的原因分析，土质的原因是形成路基冻害中的重要因素。将土层中吸水性较强的沙黏土、黏土换成含水性较小、非冻胀性或冻胀性较弱的土壤，这种方法的优势在于能够从根本程度上改善路基冻害的现状。但是，也存在一些局限，大范围的更换土壤，无论是人力、物力、财力投入较大，另一方面，大范围的更换土壤破坏了线路状态稳定，需要投入大型养路机械进行巩固夯实，在一般的维修天窗情况下难以进行。2.3冻害垫板作业以普速线路为例，混凝土枕线路冻害地段，在冻结后，冻起高度不超过15mm地段，可用调高垫板进行整修。每处调高垫板不得超过两块，总厚度不得超过15mm。混凝土枕发生超过15mm以上冻害时，可采用调高扣件进行整修，每处调高垫板不得超过3块。线路、道岔上垫入或撤出冻害垫板作业时，在正线、到发线上，顺坡长度应为：允许速度不大于120km/线路不应小于冻起高度的600倍，允许速度为120-160km/h线路不应小于冻起高度的1200倍，允许速度大于160km/线路不应小于冻起高度的1600倍;在其它站线上，顺坡长度不应小于冻起高度的400倍。但是，该方法不能从根本上消灭线路的高低不平顺，而是通过搭建平台和顺坡，其作用不过是延长高低不平顺的波长，使线路高低不平顺相对缓慢变化，以满足行车要求，并不能彻底消灭线路高低不平顺。由于高低的存在容易引起晃车等问题，对允许速度较高的线路更是如此。2.4注盐法注盐法因为操作简单，费用便宜，近些年来，用注盐法治理路基冻害已经成为了一种非常重要的方法。方法一，在铁路的路基表面打孔，用工具注入氯盐，使得熔点降低，同时在铁路线路的表面也均匀撒上一层氯盐，这种方法通常用来事后治理路基中的表层冻害。方法二，通过工业盐，还可以进行路基冻害的预防

图2（方法示意图）BM-MT工作。具体做法是，秋季要根据历年掌握的冻害地段，对冻害地段进行撒盐，撒盐工作要在冻害发生前完成。撒盐时要扒开枕盒至枕底、枕端不少于150mm（见图2），每孔撒盐量一般根据去年线路冻起高度来确定，利用冬前雨水浸入道床。目前济南局管内，青岛工务段、淄博工务段、聊城工务段已经实行了此方法，效果显著，由于路基冻害产生的车载仪大值以及轨检车大值显著减少。图2（方法示意图）BM-MTPi-KTMTWIRR-R虹I占n：浏-w 1(4I*俊*gRL日■甲白素帝*北ki.毒：轮HUIE上时.・耳*#什金1*9一国k.AH® QfflpT^Ir*BRM-U旭町竣・。L・胃夏胃％An—*土均习单最-AJKfl.kH,«i }■-n-eFT审畦用童U1TM--I3iEUi.±网.*住・2.4.1注盐法存在的潜在风险调研得知，当前使用的盐主要为氯盐类工业盐，氯盐类工业盐对于当前的钢轨、轨枕、混凝土桥面存在严重危害，还可能会增加土壤重金属，造成重金属污染，影响地下水水质。另一方面，桥梁梁缝中通常设置铁质梁缝挡砟板，工业盐还可能会产生对梁缝挡砟板的腐蚀作用。下一步，我们将深入调研，研制一种新型防冻害工业盐，使其对于钢轨、轨枕、桥梁以及土壤生态的影响降至最低，高效解决当前的路基冻害，以期延长工务设备的使用寿命。3结束语本文就路基冻害目前已知的成因和预防整治措施，进行了初步的分析与总结。在具体的情况下，整治铁路线路的冻害成因，需要根据现场的情况来采取合适的整治措施。随着科学技术的发展，新材料新技