鐵路路基翻漿冒泥的機理及影響因素

摘要：隨著現(xiàn)代社會經(jīng)濟的進步發(fā)展，我國的交通網(wǎng)絡也越來越完善，鐵路建設是我國當前重要的交通建設項目，其建設質量直接關系到人們的生命安全以及區(qū)域經(jīng)濟交流水平。在其建設過程中，路基施工作為重要的基礎工程，需要施工單位在充分考察施工現(xiàn)場環(huán)境的基礎上進行施工，但是就當前鐵路運行的情況來看，路基翻漿冒泥的現(xiàn)象時有發(fā)生，主要是因為鐵路在運行過程中不僅會承受鐵路軌道的重量及機車車輛的動力荷載，還會長時間受到水流、風沙、雨雪、嚴寒、高溫等的侵襲和各種不良地質條件及人為因素的影響，導致路基結構發(fā)生變化，加劇翻漿冒泥病害的發(fā)生，嚴重威脅著鐵路運行安全?；诖?，本文就鐵路路基翻漿冒泥的機理及其影響因素進行了分析。

關鍵詞：鐵路路基;翻漿冒泥機理;影響因素

中圖分類號：U216.421?????????文獻標識碼：A

收稿日期：2020-04-23

作者簡介：劉向明（1970- ），男，高級工程師，本科，研究方向：建設工程管理。

翻漿冒泥是基床土受地面水或地下水的浸濕軟化或液化后形成的泥漿，在列車動荷載作用下形成沿道床道碴的空隙向表面涌出的一種路基病害現(xiàn)象。一旦該現(xiàn)象發(fā)生就會鐵路線路的技術狀態(tài)發(fā)生急劇變化，降低線路的運行質量，而且后續(xù)的維修工作中二會投入大量的人力、物理以及財力，但是由于基床的軟化和道碴板結使道床的整體彈性降低，導致維修后的鐵路路基需要花費較多的資源進行后期的維護，大大提高了運營成本，且存在著較大的安全隱患。因此必須要深入分析鐵路路基翻漿冒泥現(xiàn)象產(chǎn)生的機理及其影響因素，以便能夠做好相應的預防措施，進一步提高鐵路路基的施工質量。

1 鐵路路基翻漿冒泥病害分類及其機理分析

1.1 翻漿冒泥病害分類

1.1.1土質基面翻漿

土質基面翻漿一般會發(fā)生在路堤和土質路塹，該路段并沒有地下水或地下水不甚發(fā)育，主要是因為該路段的基床為粘土、粉質粘土，其具有不密實、強度低等特點，一旦出現(xiàn)較大的降雨就會因為在活載作用下翻漿冒泥進入道床，因此該路段在雨季或者春融后經(jīng)常會出現(xiàn)翻漿情況，甚至會造成嚴重的基面下沉問題[1]。

1.1.2巖質基面翻漿

巖質基面翻漿現(xiàn)象的出現(xiàn)一般是因為該路段的路基是由泥質軟巖構成的，因此極易會在雨水、活載和道床研磨作用下翻漿，一般在雨季翻漿，旱季停止。

1.1.3裂隙泉眼翻漿

裂隙泉眼翻漿一般會發(fā)生在山區(qū)和丘陵區(qū)的路塹處或隧道內，該路段屬于地下水較發(fā)育地段，泥漿內裂隙水和軟巖風化物在抽吸作用下形成，由壓力水帶至基面污染道床，由于該路段地勢低，地下水發(fā)育較好，因此翻漿常年不斷，雨季更為嚴重。

1.2 機理分析

由于鐵路路基易受降雨和地下水的影響，一旦地表水或地下水滲入特定的地基土中，在活載的作用下，孔隙水壓力不斷變化，會產(chǎn)生翻漿冒泥和道碴陷入等整體軟化的現(xiàn)象，翻漿冒泥的形成過程主要經(jīng)過了泥漿擠壓上升、積壓抽吸聯(lián)合作用和翻漿冒泥形成等三個階段。一是擠壓上升階段，一般是線路經(jīng)過一段時間的運行后，有列車的荷載作用導致基床鋪有的親水性粘性土或存在易風化親水的軟質巖出現(xiàn)了不均勻沉降，如果遇上雨季就會導致雨水下滲到機床中造成積水，在反復作用下會使得基床面土層軟化形成泥漿，且泥漿會沿道碴孔隙上升，如果連續(xù)降雨嚴重也會加劇翻漿冒泥現(xiàn)象;二是泥漿擠壓抽吸階段，第一階段過后，機床會因為干燥等因素形成板結道碴層，其會產(chǎn)生收縮裂縫，泥漿在這時上升受到兩種力的作用，一種是擠壓力，另一種是抽吸力，板結層對封閉的泥漿加壓，使孔隙泥漿水壓力加大，并且列車在運行中還會產(chǎn)生抽犀利，最終導致翻漿冒泥現(xiàn)象加劇;三是翻漿冒泥形成階段，泥漿被擠壓抽吸上升反復進行，使道碴板結越來越嚴重，基床在干燥與濕之間來回切換，泥漿產(chǎn)生的越來越多，不斷透過板結層縫隙向上涌出，直至使泥漿漫溢道床，掩蓋軌枕，并使道床積水，雜草生長，嚴重影響了列車的行駛安全[2]。

2 鐵路路基翻漿冒泥病害的主要影響因素

2.1 路基填料

路基填料的性質決定了路基施工質量和難易程度。路基填料性質好、級配合理，路基施工容易，路基填筑質量也容易控制和保證;反之，路基填料性質不良，級配不合理，在路基施工過程中就需要施工人員按照施工要求采取各種改良措施來進行處理，一旦處理不當就會造成施工質量問題。就當前我國鐵路運行過程中出現(xiàn)的翻漿冒泥現(xiàn)象老看，頻發(fā)地段一般的土質基面滲透系數(shù)范圍為1.05×10-5-9.5×10-7cm/s;石質基面的滲透系數(shù)范圍為4.8×10-5-6.1×10-7cm/s;其礦物成分主要以伊利石、蒙脫石或以其中之一為主，因此也需要重點對這些路基填料進行有效的改進。除此以外，粉質土具有的較強凍脹性也是發(fā)生翻漿冒泥情況的主要地質，當其含有較多腐殖質和易溶鹽時，路基更易形成翻漿冒泥。

2.2 水

路基翻漿冒泥的實質就是水在路基中的遷移、相變的過程，因此水也是造成翻漿冒泥病害產(chǎn)生的主要因素，對上述翻漿冒泥病害種類的分析來看，地表水以及地下水都能夠導致該病害的發(fā)生，其中地表水會通過滲透作用滲透到路基的土體當中，大大降低土的抗剪強度，使得路基發(fā)生眾多病害，以翻漿冒泥病害最為嚴重;地下水則是使粘性土和泥質巖石中的路基土體含水量增加，長期侵蝕路基，再加上列車荷載和其他外力作用就會產(chǎn)生較為嚴重的基床翻漿冒泥等病害[3]。

2.3 溫度

溫度是路基翻漿冒泥產(chǎn)生的原因之一，凍害是導致該現(xiàn)象發(fā)生的重要溫度因素，可以說沒有一定的凍結深度或冰凍指數(shù)就難以形成凍脹和路基的翻漿冒泥。在同樣凍結深度或冰凍指數(shù)的條件下，凍結速度和0℃以下氣溫作用的特點都會影響到翻漿冒泥現(xiàn)象的發(fā)生，比如初冬時節(jié)處于氣溫冷暖交替變化的時候，溫度則會在0℃到-5℃之間長時間波動，這時候路基就會有大量水分聚流到距路面很近的地方而導致嚴重的翻漿冒泥現(xiàn)象出現(xiàn);再比如，春季氣溫會見升高，這時候處于開始化凍的時期，就會因為土基急劇融化而加重路基翻漿冒泥。綜合以上情況來看，是因為水受到溫度的影響而出現(xiàn)變化，所以說相對于水，溫度是一個間接因素[4]。

2.4 列車荷載

列車荷載是產(chǎn)生路基基床翻漿冒泥的外在因素，主要是因為列車荷載在基床中產(chǎn)生的動應力很大，并且其在路基的前進方向和橫斷面方向分布都不均勻，路基長時間受到較大的荷載作用力就會導致路基質量下降，而且在一定的運量范圍內，運量與路基的翻漿冒泥病害的產(chǎn)生幾乎成直線的比例關系。

2.5 道床結構的缺陷

道床結構的缺陷指的是道床厚度不足與道床污染板結等問題，其中道床厚度不足會使路床彈性變小、路基受力不均，導致道碴受力后侵入路拱造成路拱面破壞，破壞后的會出現(xiàn)道心積水問題，繼而轉變?yōu)榉e淤，最后造成路基因為壓實強度降低而產(chǎn)生塑性變形，當列車行駛經(jīng)過后會給路基造成一定的荷載，這時候淤泥就會因為受力露出地表，出現(xiàn)翻漿冒泥的現(xiàn)象;道床污染板結主要是因為道碴潔度、級配、材質不達標，從而降低其耐磨和抗壓性能，列成行駛經(jīng)過會將道渣碾為粉末，再加上貨運列車經(jīng)過后產(chǎn)生的碳灰等贓物會與粉末狀的道渣混合，逐漸導致道床的透水性減少，形成積水、積淤情況，導致翻漿冒泥的情況發(fā)生。

3 翻漿冒泥病害防治措施

3.1 完善道床防污系統(tǒng)，科學養(yǎng)護，確保道床清潔

完善道床防污系統(tǒng)可以減少道床污染的情況，比如在貨運列車車廂上加防護網(wǎng)，防止煤渣散落到道床上;或者是加強養(yǎng)護工作，定期對道床進行處理，采用清篩采取輪篩制，如果需要補充石料還需要確保石料的質量。

3.2 加強排水措施，完善排水系統(tǒng)

做好排水工作能夠減少基床被的積水情況，從而減少積淤降低翻漿冒泥現(xiàn)象的出現(xiàn)，比如在基床下埋設帶孔的PVC塑料管加反濾層來起到排除道床的積水的目的;如果是路基坡腳低于外側路面的情況還需要在坡腳與排水溝邊緣之間做不小于2%的坡度;對于地下水位較高的路基可通過加深兩側側溝，降低地下水對基床的影響。

3.3 改良基床土質

改良基床土質也會減少翻漿冒泥的問題，一般是采用淺層滲透注漿法來對基床進行處理，在實際應用中需要借助Tem-106高分子化學材料來提高基床表層的防水性和抗列車的沖擊性，Tem-106高分子化學材料會與土體中的水發(fā)生化學反應并產(chǎn)生高彈性和高韌性漿塊，從而進一步提高基床的強度;除此以外，換填法也是改良基床土質的重要方法，一般使用粗砂、中砂、級配碎石或加入人工材料的改良土作為換填材料[5]。

3.4 降低列車動荷載對基床的影響

通過采用重型鋼軌、增長軌枕長度，加厚道床厚度，加密軌枕減小軌枕距離等措施來改造軌道結構，以便可以減小動荷載對泥漿產(chǎn)生的向上的“泵吸”作用力，這樣也能夠大大減少翻漿冒泥現(xiàn)象的出現(xiàn)。

3.5 改善病害路基的溫度環(huán)境

我國大部分地區(qū)四季分明，尤其是北方地區(qū)的鐵路項目更是極易受到溫度的影響，因此對于季節(jié)性凍土區(qū)易發(fā)生翻漿冒泥段的路基施工中應該注重保溫護道的修筑，比如可以在路基坡腳修筑保溫護道，護道表面可通過混砂土或者會EPS隔熱板盡心購銷的保溫;在春季開始化凍的使其則是在易發(fā)生春融翻漿路段種植綠植，盡可能減弱溫度的影響。

4 結語

鐵路路基出現(xiàn)的翻漿冒泥病害問題嚴重影響著行車安全，因而在當前的鐵路工程項目施工中要求施工單位能夠加強對翻漿冒泥病害問題的重視，在施工中要通過完善道床防污系統(tǒng)、完善排水系統(tǒng)、改良基床土質、降低列車動荷載對基床的影響、改善病害路基的溫度環(huán)境等措施來預防翻漿冒泥現(xiàn)象的出現(xiàn)，針對已經(jīng)完成并進行運營的鐵路項目，要加強維護工作，一旦發(fā)現(xiàn)問題要及時進行整治，規(guī)避翻漿冒泥病害問題的出現(xiàn)影響列車的行駛安全，保障我國鐵路行業(yè)的健康發(fā)展。

參考文獻：

[1]樓梁偉.有砟軌道瀝青級配碎石基床復合改性瀝青性能研究[J].鐵道建筑，2020（04）：127-132.

[2]楊少坤.鐵路基床翻漿冒泥病害整治[J].山東工業(yè)技術，2018（19）：104.

[3]梁柯鑫.格庫線橋路沙害段HDPE板方格固沙特點與效果研究[D].蘭州交通大學，2019：92.

[4]于江偉.青藏高原多年凍土區(qū)鐵路路基穩(wěn)定性研究[D].石家莊鐵道大學，2018：77.

[5]魏永幸.我國無砟軌道鐵路路基技術的進步與發(fā)展[J].高速鐵路技術，2020（02）：33-39+53.

Abstract：?With the development of modern society and economy， China's traffic network is becoming more and more perfect. Railway construction is an important traffic construction project in China. Its construction quality is directly related to people's life safety and regional economic exchange level. In the process of its construction， as an important foundation project， subgrade construction needs to be carried out by the construction company on the basis of full investigation of the construction site environment. However， in terms of the current railway operation， the phenomenon of subgrade mud pouring occurs from time to time， mainly because the railway will not only bear the weight of the railway track and the dynamic load of the locomotive and vehicle， but also be long Due to the invasion of water flow， sand， rain and snow， severe cold and high temperature， as well as the influence of various adverse geological conditions and human factors， the subgrade structure has changed， which aggravates the occurrence of mud pouring disease and seriously threatens the safety of railway operation. Based on this， this paper analyzes the mechanism and influencing factors of mud pouring from railway subgrade.

Key words：?Railway subgrade; Mechanism of mud pouring; Influencing factors