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蘭新鐵路凍害原因分析及整治措施

文檔作者：史宏章1，于春海2，楊有海2 文檔來(lái)源： 1．蘭州鐵路局武威工務(wù)段 2．蘭州交通大學(xué)土木工程學(xué)院		點(diǎn) 擊數(shù)：	更新時(shí)間： 2025年03月04日
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·202·
路基工程
Subgrade Engineering 2010年第6期(總第153期)
蘭新鐵路凍害原因分析及整治措施
史宏章1，于春海2，楊有海2
(1．蘭州鐵路局武威工務(wù)段，甘肅武威733000；2．蘭州交通大學(xué)土木工程學(xué)院，蘭州730070)
摘要：分析蘭新鐵路凍害的原因，提出了蘭新鐵路凍害分為道床凍害和路基凍害，道床凍害是
由于外界黃土進(jìn)入道床及翻漿冒泥而產(chǎn)生。通過(guò)室內(nèi)試驗(yàn)數(shù)據(jù)，說(shuō)明路基土的土質(zhì)、含水率及溫度是
路基凍害的主要原因。闡述了蘭新鐵路凍害整治的思路及措施。
關(guān)鍵詞：鐵路凍害；道床凍脹；路基凍脹；凍害整治
中圖分類號(hào)：U213．1+4 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：B 文章編號(hào)：1003—8825(2010)06—0202—02
0引言
蘭新鐵路貫穿于甘肅河西走廊，線路海拔2 100
m左右。1958年修建為單線鐵路，1994年建成復(fù)線。
由于修建時(shí)間較長(zhǎng)，加之冬季氣候寒冷，線路凍害大
面積出現(xiàn)并逐年加重。2005年武嘉電氣化改造完成
后，隨著列車行駛速度的提高，線路凍害已嚴(yán)重阻礙
了鐵路提速的發(fā)展進(jìn)程。因此，分析蘭新鐵路凍害的
原因，查明各種因素的影響規(guī)律，是選擇病害整治措
施的關(guān)鍵。
1鐵路凍害及對(duì)運(yùn)營(yíng)影響u1
由于路基體內(nèi)含水率過(guò)大，冬季氣溫降低，產(chǎn)
生水分由下向上遷移，路基表層冰晶體增大，加之
道床內(nèi)板結(jié)嚴(yán)重，達(dá)到了粗顆粒土凍脹的條件，蘭
新鐵路凍害就會(huì)不斷發(fā)生，而鐵路凍害對(duì)運(yùn)營(yíng)造成
了不良影響：①由于凍脹及融沉往往是不均勻的，
導(dǎo)致列車行駛的不平穩(wěn)性和不舒適性；②使鐵路的
維修和養(yǎng)護(hù)工作量增加，消耗了大量的人力、物力
和財(cái)力。
2蘭新鐵路凍害的原因
2．1道床凍脹及其原因
新線的道床由一定級(jí)配的碎石組成，內(nèi)部的含泥
量為零，從而起到穩(wěn)定線路結(jié)構(gòu)及分散列車荷載應(yīng)力
等作用。
(1)由于蘭新鐵路修建時(shí)間較長(zhǎng)，且位于西北
黃土及戈壁地區(qū)，春季和秋季的大風(fēng)引起黃土飛揚(yáng)，
泥土容易進(jìn)入道床內(nèi)，使其內(nèi)部含泥量過(guò)多。
收稿日期：2009-09一07
作者簡(jiǎn)介：史宏章(1962一)，男，寧夏中衛(wèi)人。工程師，主要
從事凍土路基病害整治研究。E—mail：yangyh@
mail kjtu．cn口
(2)由于線路春季翻漿冒泥，泥水由路基表層
向道床表面移動(dòng)，造成道床內(nèi)含泥量過(guò)大。
粗顆粒土含泥量小于12％時(shí)，凍脹量很小。當(dāng)
含泥量達(dá)到20％一50％時(shí)，凍脹量可達(dá)到10—20
mm。含泥量越大，道床的凍脹量絕對(duì)值越大乜】。通
過(guò)室內(nèi)試驗(yàn)，如蘭新線K789+290含泥量為25．4％，
K665+500為23．2％等，含泥量均超過(guò)12．0％。因
此，道床凍脹在線路凍害中起到不可忽視的作用心]。
2．2路基凍脹及其原因
2．2．1土質(zhì)
取蘭新鐵路試驗(yàn)段內(nèi)K41 1+500處土體進(jìn)行室內(nèi)
試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果如表1。
表1土的基本試驗(yàn)數(shù)據(jù)
類別液限／％塑限／％塑性指數(shù)粒徑o．05一o．002mm／％
粉質(zhì)粘土28．5 16．7 11．8 61．48
由表1可知：蘭新鐵路路基土的類別為粉質(zhì)粘
土，其凍脹量最大，粘土次之。土顆粒粒徑在0．1。
0．05 mm內(nèi)土體就會(huì)發(fā)生凍脹；土顆粒粒徑為0．05
—0．002 lnln時(shí)具有最大凍脹性；當(dāng)粒徑小于0．002
mm，土顆粒分散性增大，使水分遷移量減小，凍脹
性也就相應(yīng)減弱_1。試驗(yàn)數(shù)據(jù)中，土的粒徑在0．05
—0．002 l／lln范圍內(nèi)的土占61．8％，因此，路基填
料系凍脹量較大的粉質(zhì)粘土，為路基凍脹的原因之
?！籵
2．2．2路基土體內(nèi)的含水率
粉質(zhì)粘土的起始凍脹含水率(在沒(méi)有地下水補(bǔ)給
的封閉系統(tǒng)內(nèi))基本接近于塑限。對(duì)蘭新鐵路K411
+234一+620試驗(yàn)段內(nèi)含水率進(jìn)行實(shí)測(cè)，結(jié)果如表
2、圖1及圖2。
萬(wàn)方數(shù)據(jù)
史宏章，等：蘭新鐵路凍害原因分析及整治措施-203·
表2 K411+375斷面左側(cè)路肩含水率％
含水率w／％
O 5 10 15 20 25 30 35
-50
一100
一150
一200
一250
—300
—350
圖l整治試驗(yàn)段K411+375上行線左側(cè)路肩w-h的關(guān)系
含水率w1％
O 5 10 15 20 25 30 35
-50
口一100
妄一150
聰一200
鄹一250
—300
—350
圖2整治試驗(yàn)段K4ll+375下行線左側(cè)路肩．．，—由的關(guān)系
根據(jù)K411+375斷面處含水率數(shù)據(jù)，上行左側(cè)路
肩的含水率最大值為29．00％，最小值為21．63％；
下行左側(cè)路肩的含水率最大值為29．89％，最小值為
19．24％。試驗(yàn)段內(nèi)土體的塑限為16．74％，路基土
內(nèi)的含水率全部大于塑限。試驗(yàn)段內(nèi)土體的滲透系數(shù)
5．05×10一em／s。當(dāng)水分從路基邊坡蒸發(fā)時(shí)，邊坡土
體由于水分散失形成一層硬度較大的干土體，而路基
內(nèi)部的水分不能散失，終年保留在路基體內(nèi)部。當(dāng)冬
季溫度降低時(shí)，形成凍脹。因此，路基凍脹的原因之
二為路基土體內(nèi)的含水率較大。
2．2．3溫度
蘭新鐵路凍害嚴(yán)重地段，冬季氣候寒冷持續(xù)時(shí)間
長(zhǎng)。每年氣溫處于零下的時(shí)間段為11月份至第二年
的4月初，凍害嚴(yán)重地段負(fù)氣溫持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)，即凍結(jié)
周期長(zhǎng)。負(fù)氣溫持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)則負(fù)氣溫累計(jì)值大，凍結(jié)
指數(shù)大，土體的凍深大，在相同土質(zhì)的情況下，土體
的絕對(duì)凍脹量大p1。·
如圖3，溫度與凍脹值的關(guān)系為：隨著溫度的逐
漸降低，凍脹量逐漸增大。因此，路基凍脹的原因之
三為路基土體內(nèi)溫度凍結(jié)周期長(zhǎng)且負(fù)溫絕對(duì)值大。
另外，影響蘭新鐵路路基凍害的因素還有列車荷
載，但其在線路上的每一個(gè)點(diǎn)基本上都是瞬間通過(guò)，
荷載對(duì)凍害的影響很小。
24
20
16 l
12言
8
4
—10 —8 —6—4 —2 O
玎℃
整治試驗(yàn)段K4ll+375 Z乙Ah的關(guān)系
3凍害治理思路及措施H1
通過(guò)對(duì)蘭新鐵路凍害的分析，產(chǎn)生鐵路凍害的主
要原因?yàn)榈来才K污、路基土質(zhì)為粉質(zhì)粘土、路基體內(nèi)
含水率較大及外界大氣溫度低等。解決鐵路凍害問(wèn)題
需從以上幾種原因考慮。
(1)對(duì)道床進(jìn)行清篩，清除或減少道床內(nèi)的細(xì)
顆粒土含量，使之不能達(dá)到凍脹條件。
(2)應(yīng)用防滲技術(shù)，在道床與路基表面鋪設(shè)土
工膜，使路基表層形成封閉形式，外界水分不能夠進(jìn)
入路基本體，阻止路基體內(nèi)含水率的增大。
(3)應(yīng)用疏于排水管排水技術(shù)，排除路基體內(nèi)
的自由水，降低路基體內(nèi)的含水率。當(dāng)冬季氣溫降低
時(shí)，通過(guò)疏干排水孔群阻斷路基體下部的水分向上遷
移的路徑，從而減少路基體的凍脹量。
(4)在路基體表層鋪設(shè)保溫板，隔斷路基體與
外界溫度進(jìn)行熱量交換，保持路基體內(nèi)的溫度為正
溫，從而減少或消除路基的凍害。
4結(jié)語(yǔ)
蘭新鐵路道床和路基凍害是因路基土為粉質(zhì)粘
土，其含水率大，且路基的凍結(jié)周期長(zhǎng)，負(fù)溫絕對(duì)值
大所致。據(jù)此，提出了針對(duì)性強(qiáng)的防滲、疏干及鋪設(shè)
保溫板等措施予以整治。
參考文獻(xiàn)：
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2007(27)：309．
2
3
o
圖
一 4
萬(wàn)方數(shù)據(jù)
·204·
路基工程
Subgrade Engineering 2010年第6期(總第153期)
大相嶺隧道涌水塌方處理技術(shù)
李建軍1，楊鮮明1，黃水亮2
(1．中鐵十二局集團(tuán)第三工程公司，太原030024；2．西南交通大學(xué)土木工程學(xué)院，成都610031)
摘要：大相嶺隧道是一座長(zhǎng)大深埋隧道，裂隙水發(fā)育，部分地段涌(突)水現(xiàn)象嚴(yán)重。在施
工中采用了注漿加固初期支護(hù)、引排水與注漿堵水以及仰拱、襯砌緊跟等措施，確保了施工安全。可
供同類隧道地質(zhì)災(zāi)害處理的借鑒和參考。
關(guān)鍵詞：長(zhǎng)大深埋隧道；涌水塌方；掌子面；注漿
中圖分類號(hào)：U455．49 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：B 文章編號(hào)：1003—8825(20lo}06—0204—03
O 引言
隧道涌水塌方的實(shí)質(zhì)是圍巖的含水層結(jié)構(gòu)、水動(dòng)
力條件和圍巖力學(xué)平衡狀態(tài)，因隧道開(kāi)挖而發(fā)生了急
劇的變化，使存貯在地下水體中的能量瞬間釋放，并
以流體形式高速地向隧道內(nèi)運(yùn)移的一種動(dòng)力破壞現(xiàn)
象H‘4】。大相嶺特長(zhǎng)隧道是雅安一石棉一瀘沽高速公
路控制性工程之一，隧道位于四川省漢源縣九襄鎮(zhèn)，
長(zhǎng)約lO km，最大埋深l 648 m，穿越大渡河與青衣江
兩大水系的分水嶺——大相嶺，地貌屬深切割高中山
區(qū)，裂隙水發(fā)育。涌水塌方的地層巖性主要為火山
巖，氣候干濕季節(jié)分明。
1涌水塌方過(guò)程
收稿日期：2009-09一04
作者簡(jiǎn)介：李建軍(1966一)，男，山西昔陽(yáng)人。高級(jí)工程師，主
要從事隧道地下工程施工和管理。E—mail：226323790
@qq-como
大相嶺隧道掘進(jìn)過(guò)程中多次發(fā)生涌水塌方，現(xiàn)以
一處涌水為例，描述其涌水塌方過(guò)程。
2009年5月20日21：50時(shí)，大相嶺隧道右線
YK62+131掌子面正在開(kāi)挖，發(fā)現(xiàn)YK62+159一
+133段拱頂右側(cè)至拱腰范圍內(nèi)的初支出現(xiàn)掉塊，拱
架變形，隨即YK62+150～+131段初期支護(hù)出現(xiàn)大
面積的塌方；22：20時(shí)YK62+155段右側(cè)起拱線位
置初支垮塌約5 m3，地下水由塌體背后涌出；后在
YK62+155～+150段也開(kāi)始垮塌，導(dǎo)致118工字鋼
及格柵拉斷，同時(shí)又出現(xiàn)大面積涌水，且呈乳白色
狀，使隧道右線總涌水量達(dá)16 000 m3，扣除平時(shí)涌
水量5 000 m3左右，掌子面局部涌水量為11 000 m3
左右。涌水量隨時(shí)間推移而減少，因隧道的左前上方
有一囊狀空洞儲(chǔ)水。
2處理技術(shù)
卅¨Ip，_●I_，q●_一¨l●P—¨●h—州¨一一l●¨—_lI-一，¨“-—ⅥI-一帥¨一q～_一“qI-一¨I_·—¨¨一¨¨"一帥··一¨¨··，州●I-一‰p卅‰一州¨¨一-¨-一。-¨-p州¨一I_1．_·一¨¨··一HII-。Ⅲ¨7q¨¨—H“．’一l●H，_¨¨，_¨_一I?_一Hl●¨—¨lI¨一‰_一帥一●--。q●m7_¨p一‰·。m¨¨。_h“一q忡
Causes Analysis and Treatment Measures of Freezing Damage of Lanzhou-Xinjiang Railway
SHI Hong—zhan91，YU Chun—hai2，YANG You．hai2
(1．Wuwei Construction Section of Lanzhou Railway Bureau，Wuwei 733000，Gansu，China；
2．School of Civil Engineering，Lanzhou Jiaotong University，tanzhou 730070，China)
Abstract：This paper analyzes the causes of freezing damage of Lanzhou—Xinjiang Railway and puts forward
that such freezing damage is divided into roadbed damage and subgrade damage．Roadbed damage is produced
by soil burst and inrush due to external loess entering roadbed．Through indoor test data，it is indicated that
the quality，water content and temperature of subgrade soil are the main causes of subgrade freezing damage．
Finally，this paper describes treatment concept and measures of freezing damage of Lanzhou—Xinjiang Railway．
Key words：railway freezing damage；track bed frost heaving；road bed frost heaving；freezing damage treatment

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