QC方法在既有線路基基床評(píng)價(jià)中的應(yīng)用

劉克禮

(鐵道第三勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司，天津 300251)

1 工程概況

既有白烏線全長(zhǎng)82.2 km，位于松遼平原西部，大興安嶺東南麓，處于大興安嶺山脈與松遼平原接合處，經(jīng)過白城、烏蘭浩特兩市，是白阿線的重要組成部分、內(nèi)蒙古東部地區(qū)重要橫向運(yùn)輸干線和溝通內(nèi)蒙古與東北地區(qū)經(jīng)濟(jì)聯(lián)系的重要通道。根據(jù)鐵道部提速的要求，既有白烏線提速目標(biāo)值為200 km/h。

2 選題理由

首先成立QC小組，通過小組成員的分析和籌劃，制定出課題實(shí)施的計(jì)劃和安排［1］。本線工期緊、任務(wù)重，要求路基基床的試驗(yàn)評(píng)估工作要及時(shí)、準(zhǔn)確。

①對(duì)不滿足要求的路基基床進(jìn)行精確段落劃分和評(píng)價(jià)將直接影響工程造價(jià)，對(duì)既有線評(píng)價(jià)的精度直接決定了線路方案是增建新線還是改造既有線路。

②如采用改造既有線路方案，那么只有對(duì)不滿足要求的路基基床進(jìn)行精確段落劃分和評(píng)價(jià)，才能保證提速列車運(yùn)營的穩(wěn)定和安全。

3 現(xiàn)狀調(diào)查

針對(duì)確立的課題，本QC小組展開廣泛的調(diào)查研究。

3.1 既有病害資料

局部沿線段落，存在白烏線和平齊線、平臺(tái)糧庫專用線、寧家采石專用線并行，長(zhǎng)度約為8 km，通過收集鐵路工務(wù)段有關(guān)這兩條線既有病害資料，發(fā)現(xiàn)這兩條線并行的8 km段落范圍內(nèi)，出現(xiàn)病害處位置不一致，而且數(shù)量也不同，病害處數(shù)量分別為11和14，病害密度分別為1.4處/km和1.7處/km。這兩個(gè)數(shù)據(jù)有差異，說明收集的既有病害資料有誤差，僅僅依靠既有資料去做評(píng)價(jià)不科學(xué)，很有必要展開調(diào)查研究，準(zhǔn)確確定既有路基基床病害數(shù)量和位置。

3.2 路基基床檢測(cè)手段

在既有線提速路基基床評(píng)價(jià)過程中，如僅采用了挖探、輕型動(dòng)力觸探法(釬探)、土工試驗(yàn)、物探瑞雷波速、平板載荷試驗(yàn)、K30、Evd等手段中的一種或兩種，其結(jié)果可能不是很精確。

在眾多的勘探手段中，如采用單一的鑼鉆取擾樣，有時(shí)所取的擾樣反映不了實(shí)際地層，做出的樣品顆粒比實(shí)際地層要大，那么填料組別就偏高。

輕型動(dòng)力觸探每貫入30 cm記錄一次擊數(shù)，并且把這30 cm的地層按照均勻力學(xué)性質(zhì)一致的地層考慮;實(shí)際上，在30 cm地層中釬探貫入難易程度經(jīng)常變化較大，那么對(duì)應(yīng)的物理力學(xué)性質(zhì)也差別很大。

平板載荷試驗(yàn)和K30試驗(yàn)由于耗費(fèi)人力和物力較大，特別是平板載荷試驗(yàn)，在有些場(chǎng)地不適合，在既有線路基基床評(píng)價(jià)中有時(shí)沒有被采用。這兩種原位測(cè)試手段對(duì)于確定既有線路基表層的承載力具有較高的精度。

物探瑞雷波速測(cè)試點(diǎn)均勻布置在既有路基段落中，經(jīng)常沒有考慮現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查情況和結(jié)合釬探異常點(diǎn)進(jìn)行相互驗(yàn)證。

3.3 承載力的計(jì)算方法

對(duì)于分析既有線路基基床強(qiáng)度和承載力，以往一般采用輕型動(dòng)力觸探擊數(shù)機(jī)械的換算成對(duì)應(yīng)的承載力，沒有結(jié)合力學(xué)和物探瑞雷波速的思路去分析，僅僅采用釬探擊數(shù)換算成對(duì)應(yīng)路基的承載力有局限性和誤差。

3.4 評(píng)價(jià)成果分析的思路

出于安全考慮，大部分釬探點(diǎn)位只能布置在既有線路肩，那么以往資料中直接將其擊數(shù)換算成承載力作為該深度路基的承載力;實(shí)際情況是，在同一深度，路肩的地層力學(xué)性質(zhì)和路中心的地層不一樣的。

沒有考慮路基地層巖性，直接通過釬探擊數(shù)換算成承載力，這個(gè)方法不科學(xué)。對(duì)于黏性土是可以的，對(duì)于非黏性土地層就會(huì)有誤差。

4 因果分析

根據(jù)以往既有路基基床評(píng)價(jià)的成果進(jìn)行分析，找出影響評(píng)價(jià)成果精度的幾個(gè)原因。

4.1 勘探手段比較單一

解決問題的關(guān)鍵是采用多種路基基床檢測(cè)技術(shù)和方法;結(jié)合本既有線路基的特點(diǎn)，采用不影響正常運(yùn)營的既有線路基檢測(cè)技術(shù)和方法成為迫切需要解決的問題。

4.2 理論分析不夠完善

路基基床強(qiáng)度及基床土的承載力的確定需要研究。針對(duì)200 km時(shí)速的路基基床強(qiáng)度及基床土的承載力這幾方面進(jìn)行的研究比較少。

4.3 病害的分布不明確

路基狀況十分復(fù)雜，病害復(fù)雜多樣，同一段線路中道床性病害和基床性病害相互影響，混雜在一起，病害的分布規(guī)律不明確。需要通過不斷的討論，深入現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查等方法逐步解決，需要投入較大精力和心血。

4.4 資料分析的思路和方法不夠綜合

分析數(shù)據(jù)也是針對(duì)某個(gè)勘探方法進(jìn)行的，沒有把多種勘探測(cè)試方法數(shù)據(jù)分析有機(jī)統(tǒng)一起來?？梢酝ㄟ^把各種測(cè)試手段分析有機(jī)統(tǒng)一起來，各種測(cè)試手段相互驗(yàn)證和互為補(bǔ)充，能夠提高既有線評(píng)價(jià)結(jié)果的準(zhǔn)確性，取得最佳的評(píng)價(jià)效果。

5 制定對(duì)策

為了使得既有白烏線提速路基基床評(píng)價(jià)達(dá)到預(yù)定目標(biāo)，在充分研究要因的基礎(chǔ)上，制定了下列對(duì)策表(如表1所示)。

表1 對(duì)策表

6 對(duì)策實(shí)施

為了更好地實(shí)現(xiàn)目標(biāo)，針對(duì)要因?qū)Σ?，進(jìn)行逐條落實(shí)。

6.1 查明既有路基病害的分布

目標(biāo)是查找本段落內(nèi)路基病害的分布和特點(diǎn)，通過野外調(diào)查分析論證和查閱相關(guān)資料文獻(xiàn)，組織大家進(jìn)行文獻(xiàn)調(diào)研，了解既有線的運(yùn)營狀況;加強(qiáng)野外調(diào)查調(diào)繪，統(tǒng)計(jì)QC活動(dòng)前后判識(shí)的既有路基病害數(shù)。

小組經(jīng)過討論和研究，本測(cè)試段落路基容易發(fā)生病害成因主要有3個(gè):①基床土質(zhì)問題，主要為土質(zhì)不均;②排水不暢，使得基床土容易處于地下水浸泡之中，在列車動(dòng)荷載的作用下逐漸膨脹、軟化，承載力明顯降低，直至產(chǎn)生病害;③凍害，因?yàn)闇夭畹脑?，產(chǎn)生凍脹和融沉。

病害主要發(fā)生在以細(xì)顆粒路基填料為主的段落。

6.2 綜合勘探手段的應(yīng)用［2-3］

目標(biāo)是采用綜合勘探手段對(duì)既有路基基床進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)，提高數(shù)據(jù)采集的精度。

(1)挖探和土工試驗(yàn)相結(jié)合

為了掌握既有路基基床土的性質(zhì)和填料成分，現(xiàn)場(chǎng)采用挖探取樣方法，取代鑼鉆手段，進(jìn)行了室內(nèi)土工試驗(yàn)，提高了路基填料的識(shí)別精度。

(2)輕型動(dòng)力觸探試驗(yàn)

采用釬探擊數(shù)每10 cm記錄一擊數(shù)，資料整理時(shí)，按貫入30 cm所需擊數(shù)作為指標(biāo)進(jìn)行計(jì)算，這樣就可以把地層的鑒別深度誤差降低。

(3)物探測(cè)試

采用瑞雷波法測(cè)試方法，測(cè)試段落的布置依據(jù)調(diào)查的病害分布點(diǎn)，以及釬探測(cè)試擊數(shù)異常處，可以提高地層辨別的精度。

(4)Evd測(cè)試、K30測(cè)試

Evd測(cè)點(diǎn)布置考慮了現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查和K30測(cè)試點(diǎn)位置。K30測(cè)試點(diǎn)處都布置有Evd測(cè)試點(diǎn)，實(shí)測(cè)K30數(shù)據(jù)與Evd測(cè)試數(shù)據(jù)具有較好的相關(guān)性，并利用Evd動(dòng)態(tài)平板載荷試驗(yàn)與K30平板載荷試驗(yàn)數(shù)據(jù)的相關(guān)關(guān)系，可以推算出其他位置K30數(shù)值?；顒?dòng)后要比直接利用Evd數(shù)值查公式導(dǎo)出K30數(shù)值科學(xué)得多，誤差小，精度提高。

6.3 路基基床承載力的理論分析［4-7］

分析既有線路基基床強(qiáng)度和基床土承載力，以前依據(jù)輕型動(dòng)力觸探直接換算承載力;本次分析從力學(xué)角度(考慮路基動(dòng)應(yīng)力衰減)去思考，結(jié)合物探瑞雷波速的方法，對(duì)于路基基床地層不同深度的承載力是否符合要求，可以做出更加準(zhǔn)確的判斷。本次綜合輕型動(dòng)力觸探、力學(xué)角度、瑞雷波速分析的方法，較僅僅依據(jù)輕型動(dòng)力觸探來劃分不符合要求的基床地層深度界限精度提高。

6.4 多種勘探手段綜合分析

目標(biāo)是綜合分析各種勘探測(cè)試方法，使得各種手段分析結(jié)果相互驗(yàn)證、相互補(bǔ)充。

(1)本次QC小組活動(dòng)中，對(duì)于本段既有線路基，沿線15處采用了對(duì)路肩、軌枕端部、軌道中心進(jìn)行釬探對(duì)比試驗(yàn)，根據(jù)所得的輕型動(dòng)力觸探法原始實(shí)測(cè)擊數(shù)，剔除個(gè)別不合理的數(shù)據(jù)，對(duì)這些數(shù)據(jù)之間的關(guān)系進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)分析，統(tǒng)計(jì)同一里程、同一深度上，軌道中心、軌枕端、路肩擊數(shù)之間的換算關(guān)系，再考慮到釬探位于既有路肩上，將路肩剖面基床的基本承載力乘以系數(shù)并適當(dāng)提高，作為既有路基基床基本承載力。

(2)平板載荷和輕型動(dòng)力觸探試驗(yàn)對(duì)比分析。

對(duì)于基床表層承載力的測(cè)試，小組采用了平板載荷試驗(yàn)和輕型動(dòng)力觸探試驗(yàn)對(duì)比分析的方法綜合分析，比僅采用釬探擊數(shù)直接換算承載力的方法要準(zhǔn)確，本小組采用在8個(gè)相同的點(diǎn)位布置釬探點(diǎn)和平板載荷測(cè)試點(diǎn)，分析得到:如既有鐵路路基地層含砂礫等粗顆粒較多，釬探擊數(shù)換算的承載力需乘以小于1的某個(gè)折減系數(shù)(本次為0.7)得出的數(shù)值作為實(shí)際承載力;如既有鐵路路基地層含砂礫等粗顆粒很少，釬探擊數(shù)換算的承載力需乘以接近1.0的某個(gè)系數(shù)(本次為0.9)作為實(shí)際承載力。

綜上所述，提高東北地區(qū)既有白烏線提速200 km/h路基基床評(píng)價(jià)精度的目標(biāo)已經(jīng)實(shí)現(xiàn)。

7 效果確認(rèn)

7.1 直接效果

QC小組活動(dòng)采用了綜合勘探技術(shù)和綜合分析方法，提高了既有線路基基床評(píng)價(jià)精度，使得對(duì)于不滿足要求的段落長(zhǎng)度劃分精度達(dá)到10 m級(jí)，對(duì)于不滿足要求的地層深度劃分精度達(dá)到10 cm級(jí)，從而為線路方案和設(shè)計(jì)提供了可靠的數(shù)據(jù)支持。

7.2 經(jīng)濟(jì)效益

通過QC小組活動(dòng)，選擇合理高效的工作方法，制定切實(shí)可行的實(shí)施方案，對(duì)既有白烏線提速200 km路基基床進(jìn)行了評(píng)價(jià)，在實(shí)施過程中對(duì)各種勘探測(cè)試過程進(jìn)行有效的監(jiān)控，評(píng)價(jià)結(jié)果的精度和質(zhì)量有大的提高，對(duì)于線路方案的選擇和設(shè)計(jì)，在項(xiàng)目投資方面會(huì)產(chǎn)生很大影響，會(huì)減少產(chǎn)生設(shè)計(jì)和方案變更的情況發(fā)生，可以為類似路基提速改造項(xiàng)目提供技術(shù)參考。

8 結(jié)論

通過本次QC應(yīng)用實(shí)踐，得出以下體會(huì):

(1)在工程勘探測(cè)試實(shí)踐中，應(yīng)用QC方法能夠改進(jìn)勘探測(cè)試質(zhì)量，降低勘探測(cè)試消耗，提高成員的素質(zhì)和經(jīng)濟(jì)效益，在重大工程實(shí)踐中，QC方法值得推廣應(yīng)用。

(2)采用采用挖探、輕型動(dòng)力觸探法、土工試驗(yàn)、物探、K30、Evd勘探手段對(duì)既有路基基床進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)，可以提高數(shù)據(jù)采集的精度。

(3)路基基床強(qiáng)度及基床土的承載力的理論分析還需要進(jìn)一步探索。

(4)綜合分析各種勘探測(cè)試方法，可以使得各種測(cè)試手段的分析結(jié)果相互驗(yàn)證、相互補(bǔ)充。

［1］ 邢文英．QC小組基礎(chǔ)教材2010新版［M］．北京:中國社會(huì)出版社，2010

［2］ TB10018—2003，鐵路工程地質(zhì)原位測(cè)試規(guī)程［S］

［3］ TB10102—2004，鐵路工程土工試驗(yàn)規(guī)程［S］

［4］ 楊新安，高艷靈，劉征．論鐵路既有線路基檢測(cè)［J］．巖石力學(xué)與工程學(xué)報(bào)，2003，22(增 1)

［5］ 陳皖蜀．既有提速線路路基基床試驗(yàn)與評(píng)估研究［J］．鐵道建筑，2009(9)

［6］ 楊新安，陳春安，溫國春．曲線鐵路路基下沉病害檢測(cè)與分析［J］．巖土力學(xué)，2004，25(9)

［7］ 宮全美，王炳龍，周順華等．滬寧線提速鐵路路基的強(qiáng)度條件［J］．同濟(jì)大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版)，2006，34(2)