【铁路线路的常见病害及养护维修探究9500字（论文）】

铁路线路的常见病害及养护维修研究目录TOC\o"1-3"\h\u5819摘要 页摘要高速铁路是一个具有现代化和国际化的时代标志。我国的高速铁路发展起步较晚，路基作为高速铁路的生命力基础，为了满足高速铁路安全、舒适、快捷、高效的运输需求，路基工程的建设要求极其严格。但在高铁列车的反复荷载作用及基床的复杂环境下，路基病害问题不可避免，危及列车运行的运营状态，甚至会影响高速铁路的发展局面。本文重点研究严寒地区路基病害的类型，研究路基稳定性对病害的影响，更为深入的分析各病害的形成机理，路基病害的检测技术更加方便地检测路基病害的位置、类型及发展程度。为解决路基病害问题，文中提出了严寒地区路基病害预防与整治措施，针对常见的路基病害给出了具体防治措施，进行路基病害整治的应用。关键词：高速铁路；路基病害；形成机理；预防整治第1章绪论1.1路基的概念铁路路基是轨道结构的支撑基础，是铁路工程的重要组成部分。路基是通过填挖而形成的土工建筑物，起到支撑铁轨，满足轨道运营的作用，同时，它承担着轨道及机车车辆的各种荷载，并将荷载传递至路基底部深处。因此，路基应具有足够的强度、刚度和稳定性来保证路基正常工作状态。1.2铁路路基的基本性能为了能够使铁路路基正常工作，极大限度的满足列车运行的需要，路基应进行加固处理，需要具备以下性能：（1）路基必须保持平顺状态，路基面必须有足够的宽度和上方界限路肩高程和平面位置与线路纵断面、平面设计相一致称为路基的平顺状态。中心线表示它的平面位置，并且它的宽度要满足轨道建设的要求。为了便于线路养护维修，保证行车安全，路基面上方必须要留有足够的安全空间。路基面以上或两侧有靠近线路的建筑物时，必须按照铁路界限的规定设置。（2）路基必须具有足够的强度和刚度路基是直接在地面上填挖而建成的，建设路基破坏了原有地面的平衡度。在列车反复荷载及其它环境因素的共同作用下，轨道需提供坚实的基础保证路基的稳定性。根据具体施工建设情况采取一定的有效措施，使得路基能够具有足够保持稳定性的强度。在所有因素共同作用的同时，路基会产生一定的变形，路基变形不能超出允许范围，这就要求路基具有足够的刚度控制路基变形在允许范围内。（3）路基必须具有足够的水和稳定的温度地表水和地下水的作用使得路基土质软化导致路基强度降低。尤其在严寒地区季节性冻土分布范围，周期性冻融环境会使土体产生冻胀，并导致轨面变形严重，造成路基强度不足，从而引起路基病害的产生。因此路基需具有足够的水的稳定的温度来遏制这种现象的产生。第2章铁路路基病害类型2.1翻浆冒泥翻浆冒泥是一种常见的铁路路基病害，是数量最多的路基病害，多发生在雨季，土质不良的地段，土质不良的地段包括亲水性强、透水性差的地段，还有遇水易软化的粘性土及裂隙发育和易风化的泥质软岩等地段。高速铁路路基基床表层土由级配碎石填筑而成的，在水和列车重复荷载的作用下，表层土中的水产生了较高的压力，发生软化、触变或液化的现象，使得表层土变成泥浆，由于列车在轨枕上行驶通过，轨枕的上下振动通过泵吸作用将泥浆挤压，泥浆进而通过道床孔隙向上冒出，造成翻浆冒泥的现象。2.2路基下沉路基下沉是由于路基土压实度不足或土体松软，在水和列车的反复荷载作用下发生变形的现象。路基下称分为基床下沉、地基下沉及边坡外臌三种类型。基床下沉是由于基床填料压实度不足，基床土质不良或由于线路荷载作用明显增加，导致基床面发生明显沉陷的变形。地基下沉是由于地基土质易软化，或线路荷载明显增加，导致地基面沉降的现象。边坡外臌，在含有黏粒、粉粒的地基土上，由于受到水及列车荷载的影响，道砟囊向边坡方向顺延，导致边坡中下部向外臌出。2.3外挤变形铁路路基填料多数为岩土，岩土密度不够密实，在强压力的作用下容易变形。在高密度、高质量列车的连续碾压下铁路路基不能承受重载导致基床的挤压，使得基床露于地表，表现出隆起、外部变形的现象。在列车实际运行中，由于地基土体强度不足，路基会产生路肩侧沟挤出、变形的现象，路基若缺少足够的抗剪切、抗压能力，列车在经过的时候会造成基床严重的剪切破坏，进而造成铁路路基外挤变形等病害。2.4边坡溜塌路基边坡是指在部分地区铁路所处轨道道路高于或低于周围地区，两者之间具有坡度的部位即边坡。由于受到地下水或地表水的影响，土质中含有黏粒的路基边坡其周围土壤会发生质变，密度越来越小，土层也变得稀薄，逐渐边坡土层处于饱和状态，而导致边坡失去稳定性造成边坡溜塌。严寒地区存在季节性冻土，当工人进行工程施工、挖方取土时，或者河流侵蚀坡脚，亦或者温度升高时，严寒地区边坡溜塌会多发生在冻土地区有厚层的地下冰分布的边坡上。边坡溜塌会产生泥流物质向坡脚流动，这些物质会加速路基的软化湿陷，为铁路线路埋下了诸多的安全隐患。2.5边坡冲刷边坡冲刷是由于在长时间的水流侵蚀作用下，造成路基冲空的现象。在一般情况下，边坡冲刷多发生在处于特殊位置的边坡路基，即处在高达岸坡、外臌的边坡以及风化严重的软化岩石边坡位置。边坡冲刷分为边坡淘刷和边坡冲沟，这两种路基病害具有一定破坏稳定性的能力，影响铁路的正常运营，甚至会造成不可收拾的损失，值得铁路部门及研究人员的重视。2.6陷穴陷穴的形成过程非常复杂，很难理解，裂痕孔径在地表水作用下，经过一个水蚀衰减函数和洞的形式，导致路基面发生塌陷的现象称为陷穴。这种现象的产生会造成路基面及道床毫无征兆的下沉，引起轨道悬空、中断列车运行，甚至会使行进中的列车产生颠簸等状况，陷穴这种病害的出现会给路基造成非常大的影响，分析并研究陷穴路基病害的形成机理是极其重要的。2.7滑坡滑坡是一种常见的地质灾害，同时也是一种路基病害。在地表水丰富的地区，由于受到河流冲刷、雨水浸泡或地震危害的作用，边坡表面岩土出现向下滑移的现象称为滑坡现象。路基是直接在地表挖填建成的土工构筑物，并且周围多数有边坡，假如边坡岩土向下滑移的范围涉及铁路路基，那就说明路基也会产生一定范围的滑移，这种路基病害会对路基的稳定性产生不良影响，严重危害列车的正常运行安全。2.8冻害在严寒地区，路基处于土质、水和温度不利的条件下，低温时路基内部遇冷冻结进而冻结的土体会膨胀，会出现不均匀冻胀现象，冻裂的路基破坏结构性能，导致线路不平顺的现象，表现为路基冻害问题。冻害在严寒地区是一种常见的病害，多发生在地下水充分及冻土广泛的地域。冻害可分为表层冻害、深层冻害两类。表层冻害会发生在地下水位较低、冻结深度较浅的地区，表层冻害会产生于土体冻结临界点上半部分，导致线路容易出现不均匀冻胀的现象；深层冻害多发生在地下水位较高，冻土存在较深的位置，由于冻结过程中冰层的不断出现，深层土质会产生不良影响，进而会对路基造成一定的影响。2.9水浸路基路基下部填充成分含水量过大，且在地下水及地表水的共同作用下，路基土质水分会处于过饱和状态，使得路基变成软化状态，这种现象就是水浸路基，水浸路基的病害问题多发生在雨水集中的区域。这种病害会致使路基受到水、列车荷载等多方面因素的影响，产生基部不稳的状态，导致路基下沉、翻浆冒泥等更多路基病害的产生，进而会影响正常的铁路运营状态。第3章铁路路基病害形成机理3.1铁路路基稳定性主要影响因素路基的稳定性影响着列车的正常运行，这是一个重要的路基工程问题。严寒地区的冻土分布严重影响着铁路路基的稳定性，冻土由粘塑性冰包裹体、固体矿物颗粒、气态包裹体及液相水这些物质构成，这些物质的特性不同，物质分子紧密联系，既相互作用又互相影响。冻土会引起路基不均匀冻胀，而路基土质会产生冻胀的原因是处于水、土质、温度的不利条件下，因而影响严寒地区高速铁路路基稳定性的原因包括冻土的本身性质，即冻土的温度、湿度，外部环境温度，所受作用力，受热的干扰程度等。具体分析有以下几点：3.1.1蒸发与降水季节性融化层湿度情况受降水和蒸发的直接影响，降水量的多少影响着季节性融化层的湿度，同时也和融化深度有着密不可分的联系，一般情况下，降水的季节也就是冻土层融化的季节。降水的水分会加快土质的融化速度，也会增加土壤处于饱和状态的速度，同时由于日照充分土壤表面会剧烈蒸发，以至于融化层水分快速减少。降水季节土壤湿度的变化也会造成土质结构成分的改变，进而影响土壤的热交换，影响路基的稳定性。3.1.2太阳的辐射与温度太阳辐射会引起路基面温度迅速升高，其辐射强度是由纬度和海拔高度决定的，路基向阳坡面与背阳坡面存在着一定的差异性，在严寒地区这种差异体现非常明显，这种差异改变着路基热量平衡中热流分量的强度，由于一天中其辐射强度会发生变化，路基浅层地温会产生日波动。严寒地区多处于热带及亚热带地域，光照充分，空气稀薄，太阳辐射强烈，因而严寒地区路基内部温度变化明显，造成冻土融化引起路基下沉、外挤变形等路基病害。3.1.3地表水及冻结层冻土的形成、分布及发育程度受冻结层和地表水的影响，地表水的存在和冻结层的发育情况会影响路基的稳定性。在严寒地区地形较低的区域，水不能直接排走，导致季节性的冻结深度加深，使得路基内部的地下水及地表水承受着巨大的压力。当季节性的冻结层融化时，路基土质会直接达到饱和状态甚至过饱和状态，路基形成充水的现象。严寒地区季节的变化、温度的变化会导致土质融化及冻胀，进而路基会有损坏或不均匀沉降的现象出现。因此，地表水及冻结层间接影响着路基的稳定性，进而影响着铁路线路的运营。3.1.4施工质量与冻土环境严寒地区冻土的形成过程相对复杂，对路基稳定性存在着一定的影响，施工过程中人为活动的实施也对路基稳定性有着不同性质的影响。同时冻土形成环境与施工质量之间互相制约，互相影响，当施工质量较差、冻结层被破坏时，这将会降低路基寿命，加快路基失稳，引起路基一系列病害。综上所述，所有因素之间是紧密联系，密切相关的。路基在水、土质和温度不利条件的组合下，冻土的形成及其内部构造组成能够从根本上反映影响着严寒地区路基稳定性，路基的稳定性受到冻土多方面的制约。3.2路基病害形成的一般因素铁路路基病害存在多种表现形式，路基病害的形成也有着多方面的原因，总结起来是由多个因素共同作用导致路基病害的产生，通常总结为三个方面：首先，自然环境因素。自然环境因素是我国路基出现病害的根本原因，自然环境不受人类的控制，人类无法预测自然环境的发展，自然环境对路基的作用形式通常包括风化、气候变化、地质变化及水流侵蚀等。我国铁路路基完全暴露于自然环境中，很容易受到环境的干扰。我国处于特殊地质构造中的路基非常容易产生病害，路基周围岩土会受到风化、水流侵蚀的影响，对路基的稳定性造成一定影响，从而引起路基下沉、滑坡、变形等病害。气候变化的影响在严寒地区表现的非常明显，冻土区域气候的变化，会使路基土冻胀或融化，引起路基病害，气候的变化也是与路基病害出现有着密不可分的内在联系。其次，列车自身荷载。路基病害的产生是由多种因素共同作用造成的，列车自身荷载是影响路基的主要因素。一方面，当列车重量过大时，列车行驶过程中导致路基岩土塑性发生改变，路基的稳定性受到影响；另一方面，列车行驶过程中振动幅度过大导致路基循环荷载能力下降，路基的稳定性也会受到影响。这两方面直接会造成路基病害的产生，产生线路运行问题。最后，人为因素。在铁道工程中，施工、验收、运营各个阶段的完成均需要相关部门相关人员的操作，人为活动对路基的影响不容忽视。假若工作人员在某一方面出现失误或者粗心大意会导致列车发生严重的后果，例如当道床道碴不整洁的情况发生时，会造成路基翻浆冒泥，影响列车行进中的安全，甚至会造成不可估算的损失。以下介绍几种常见路基病害的形成机理。3.2.1翻浆冒泥形成机理翻浆冒泥是最常见的路基病害，分析研究它的形成机理非常必要，总结的要点具体如下：温度和水，翻浆冒泥是一个路基中的水分会发生相变及迁移的过程。水分的迁移使得路基土很容易达到饱和状态，路基极易软化膨胀。在水的作用下，土质软化的范围越来越大，列车运行经过此处时，路基泥浆会被挤出，形成翻浆冒泥的现象，即水的存在为翻浆冒泥现象的产生提供了条件。在严寒地区冻土区域内，季节的变化会使路基冻结层融化，冻结层的融化程度直接决定了翻浆冒泥产生的严重程度，即温度的变化也会影响翻浆冒泥。土石地质，经研究发现，当路基土中存在极易软化的蒙脱石、绿泥石等物质时，路基产生翻浆冒泥的几率会加大，当有充分的水的时候，这些物质会促进路基土的软化，进而造成翻浆冒泥病害的产生。当路基土中含有透水性差、亲水性强的其它物质时，也容易产生翻浆冒泥。列车荷载，在所有不利条件下，列车荷载的作用使得翻浆冒泥现象暴露出来。由于列车的反复碾压，反复动力荷载的作用，基床处于不利条件的稳定性被破坏，基床的塑性也会被破坏，造成基床变形。在严寒地区的降水季节，翻浆冒泥现象的出现会更加频繁、更加严重。3.2.2路基下沉形成机理发生路基下沉现象的铁路沿线区域路基土受到过地质破坏，大多岩石风化造成路基土为透水性差、亲水性强的土质。造成路基下沉病害的形成机理具体有几点：排水不通顺，严寒地区降水季节地下排水设施建设不利，排水设施通道堵塞，堵塞物过多致使基床承载能力不足引起基床下沉；路基基地软弱，路基土质松软、稳定性不足、强度不够，容易引起路基下沉等病害问题；列车荷载作用，当路基面所承受的荷载超出基床承受荷载能力时，在列车反复荷载作用下，路基结构发生破坏进而导致路基下沉。3.2.3外挤变形形成机理路基基床外挤变形主要原因是地下水或地表水的存在，地下水或地表水的存在使路基土经常处于饱和状态或者过饱和状态，容易使路基土软化，由于路基土大多为亲水性强、透水性差的土质，若处于风化严重的区段，其路基的稳定性更差。经过列车反复碾压，列车荷载反复作用下，路基土能够达到流动状态，处于水分、土质、荷载不利组合下，路基承受能力达到临界，出现剪切破坏，形成基床外挤变形的现象。在严寒地区冻土区域中，铁路路基在周围不利环境下，更加容易产生外挤变形，对路基造成不利状况。3.2.4冻害形成机理在严寒地区高速铁路路基常见的病害就是冻胀病害，分析冻害对严寒地区后期冻害的预防与整治具有非常深刻的意义，总结冻害病因形成机理如下：首先是土质条件，出现冻害现象的区段，路基土质中含有黏粒、粉粒物质，可以判断出土质为黏性土、粉性土，这类土具有亲水性强、透水性差的性能。若在降水季节，使得水分更加充分，会发生更为严重的冻害。其次是水和温度，水分的含量是形成路基冻害的重要条件，冻土的形成是由水结晶形成的，其过程非常复杂。土壤冻结会出现冻胀现象，冻结过程中会出现水的迁移作用，冻结结束使得土体体积变大的现象，就是冻害产生的机理。最后是气候条件，气候条件包括天气温度、降雨量、降雨持续时间等，气候条件的变化影响着冻结层的形成、分布及发育程度。若路基顶部离冰冻层的距离较大，此时产生路基冻害的几率较小；若路基顶部离冰冻层的距离较小，路基冻害的产生几率很大，往往病害会更加严重。第4章严寒地区高速铁路路基预防与整治4.1路基病害的预防与整治路基病害的防治应对措施要贯彻“预防为主、综合整治”的原则。首先应明确了解病害类型及形成机理，结合地理环境谨慎地研究讨论、综合分析，确定科学有效的预防整治措施。4.1.1路基病害预防主要内容收集线路的具体信息，信息包括线路设计方案、施工信息及线路的地质、水文、气候等环境信息，分析研究该路基工程的规律变化，为后期路基病害的预防提供有价值的参考。检查线路路基状态及运营情况，设置固定时间进行线路普查。我国当前规定应每3~5年进行一次线路大普查，检测线路的安全性能，精准预测病害的发展位置及发展程度，并进行相应的科学整治措施。建设健全铁路沿线防排水设施，及时检测更新维修，防止地表水渗入路基，保持路基面排水坡度。4.1.2路基病害的整治措施路基病害的整治措施有很多，但不同地域、不同铁路线路、不同区段的路基土工程性质各不相同，病害的类型、位置、形成机理也不相同，整治路基病害要做到“因地制宜”，面对各种路基病害，应有针对性地提出解决措施，避免反复整治。总结常用的整治措施有以下几种：路基换填。当基床出现病害时，可以选择基床表层换填的方法进行整治，换填料一般选择级配良好的中粗砂或碎石土进行换填，换填厚度取决于软弱层的厚度，厚度一般在50~60厘米范围内，该种方法适于产生外挤变形、路基下沉的软弱基床，路基填料变成改良土，提高路基承受荷载的能力。降低路基面压力。列车行驶中对路基进行反复荷载的作用，使得路基容易产生外挤变形、路基下沉等病害，应选择降低路基面压力改变轨道与路基结构形式的方法，采取的方法有加厚道床、缩小轨枕间距、设置垫层、增长轨枕长度等方法。改良土质。该方法适用于易吸水膨胀、路基易软化的病害区段，改良土质采取的方法有TCM土壤改良剂法、压力灌浆法及挤密桩加固法等。位于路基上部的部位通过注入TCM土壤改良剂，改良软化的成分，灌入浆料发生凝结反应，从而恢复土体的承载能力。位于路基下部的部位通过灌入特种浆料填充孔隙，提高土体的力学性能，以达到整体路基承载力增强的效果。加强路基排水。路基中水的存在导致路基常常会产生翻浆冒泥、冻害现象的出现，路基工程中要做到防排水相结合，让路基始终处于良好的工作状态，常采用的方法时铺设土工纤维、盲沟、侧沟等，土工纤维通常具有不透水的性能，以用来阻止地表水渗入，盲沟及侧沟用来排出地下水。4.2常见路基病害防治措施4.2.1翻浆冒泥的防治为了避免铁路路基出现翻浆冒泥的病害现象，应注意以下方面的措施：完善排水系统建设，高效合理地调节地表温度，采取一定措施影响地表水温。严寒地区采取隔温层的方法，解决排水困难的问题，在工程条件适可的情况下，可以通过适当提高路基或改变路基坡度的方法解决路基排水问题。水分的存在很大程度上促进了翻浆冒泥现象的产生，因此处理表面水分是一种解决问题的重要方式，一般工程中通过设置砂垫层来阻挡地表水及地下水水分聚集现象的出现。根据铁路沿线的路基情况，采取加入煤渣石灰土结构层的方式合理改善土体质量，强化路基，降低翻浆冒泥现象发生的概率。翻浆冒泥分为道床翻浆、路基面翻浆、岩石裂隙翻浆等三种，在现场整治中，应采取具体情况具体分析的原则，有针对性的应对问题。采取不同的整治措施应关注以下方法：首先应清理道床，并保持道床整洁，同时注意检查防排水设施。若路基土体质量较差、排水性能差，可采取设置砂垫层的方法；若路基土体质量较差、出现岩石裂隙翻浆现象，可采取铺设沥青封闭层的方法。对于翻浆冒泥的现象严重的地区，可采取换填路基的方法加固路基，用来整治此种路基病害。4.2.2路基下沉的防治路基下沉病害的前期要注意检测路基的强度、刚度、稳定性，时刻注意监测路基的数据变化来检测路基下沉病害出现的位置及发展程度。当路基已经发生下沉现象时，可以采取的整治措施有挤密桩加固法、注浆加固法、局部换填加固法及土工材料加固法等，注浆加固法是最常用的方法，加固处理软弱的基床和路基本体，达到承载力和变形的需求，提高路基强度和抵抗变形的能力，这种方法能够阻止水分聚集，阻止水分渗入路基的特点。路基注浆加固法最大程度地减小对列车运行的影响，符合现代高速铁路发展的需求。4.2.3外挤变形的防治由于各种因素的共同作用，路基在列车荷载反复作用下，刚卧层发生倾斜，软卧层向侧沟挤出，路肩向外隆起，造成了外挤变形的路基病害。通常采取土工格室来整治基床外挤变形，土工格室是合成材料制成的三维空间结构，整治中需要将土工格室安装在基床顶部，挖去与土工格室深度相当的软弱层，土工格室内部填充中粗砂或碎石，形成强度刚度极好的结构，这种三维结构作为边坡和建筑的支挡结构，处理软弱地基效果良好。4.2.4冻害的防治路基冻害一般发生在严寒地区，尤其是季节性冻土地区气候的变化，冻土地区会发生冻胀现象。该病害在预防整治过程中应重点关注的几点：时刻保持道床的整洁，及时清扫泥土；保持路肩与边坡的平整度，防止地表积水下渗；及时检测路基沿线防排水设施。当冻害发生后，应采取的整治措施有：完善地表具有防冻抗渗的排水设施，定时检测设施的工作状态，修建暗沟、截水沟等截留水流，阻断地下水，改善在地表水和温度的不利条件下造成的冻胀。选择性换填发生冻害区段的基床填土，将透水性差、亲水性强的土质换为发生冻胀概率很小的碎石、砂类土等。气温的变化也是造成冻害问题的关键所在，通常在严寒地区采取铺设隔温层的方法，可以有效调节基床表层的温度，减小基床表层的冻结或减小它的冻结深度。第5章结论本文主要讲述高速铁路路基病害，其中介绍了高速铁路及国内外的发展现状，着重分析严寒地区地理环境特征和研究严寒地区高速铁路路基病害类型，并深入分析病害的形成机理，更加清晰地了解路基病害地检测技术，提供一系列病害预防与整治措施。通过高铁路基病害的分析及预防整治措施的研究，人们可以更加重视路基对列车的影响。我国经济发展速度不断加快的同时，铁路工程建设也在不断发展，人们追求更加安全、舒适、快捷的出行方式，高速铁路的发展满足了人们目前的需求。在铁路路基建设工程中经常发生路基病害问题，路基病害直接威胁着铁路行车的安全。因此，要有效地应对铁路运营期间产生的路基