极端暴雨条件下铁路路基水害整治及设计建议

极端暴雨条件下铁路路基水害整治及设计建议

殷家林

殷家林

神华甘泉铁路有限责任公司015300

摘要：水害严重影响着铁路行车安全和正常的运输秩序。本文从水害常见种类、成因及应对措施为着手点，通过甘泉铁路K79+320-K79+330、K79+430-K79+450两段水害的具体事例，分析了极端暴雨条件下铁路水害的具体应急整治措施，并提出了确保线路质量稳定的加固设计建议，对于类似突发情况应对及处理，确保线路安全畅通有着重要意义。

关键词：路基水害；类型；成因；整治；加固

引言

铁路一直以来对国民经济的发展起着举足轻重的作用，保证铁路运行安全畅通则显得尤为重要。但由于线桥设备抗洪能力低，加之近些年极端恶略天气频发，每年汛期都会有因水害而导致中断行车的情况发生，对铁路的正常运输秩序造成较大影响。如果未及时发现还可能造成巨大的经济损失和人员伤亡。因此做好汛期防洪工作，特别是应对水害等突发状况的整治工作,将是确保安全渡汛的重要内容。

一、现场概况

2018年7月19日，甘泉铁路沿线遭遇60年一遇的特大暴雨天气，金泉站附近降水量曾达113mm，明安南站附近降水量超过135mm。受暴雨突袭影响，甘泉铁路沿线出现多处路基塌陷及下沉情况。其中K79+320-K79+330、K79+430-K79+450两段冲刷尤为严重，两段线路左侧路基均出现坍塌，K79+430—K79+450处坍塌尺寸更是达到长8m*宽6m*高3.5m，8根枕木悬空，导致线路运行中断22小时，全线直接经济损失初步预算达上千万元。

二、路基水害常见种类、成因及相关措施

1.路基水害常见种类：路基下沉、路基坍塌、路堤及路堑边坡溜塌、路基挡护设施破损坍塌等。

1.1路基下沉

此类型水害主要表现为线路几何尺寸不良，线路水平、高低及方向变化量大，严重地段可造成钢轨枕木悬空、几何尺寸超限。路基下沉情况多发生在路基与桥、涵、隧道结合部位或者路堤与路堑结合部位。其中甘泉线K62+050处因强降雨造成路基下沉，高低不良最大值24mm。

1.2路基坍塌

此类型水害主要表现为路基整体下切，线路钢轨枕木连续悬空。

1.3路堤及路堑边坡溜塌

此类水害主要表现为土质边坡破面局部溜塌。其中路堤边坡溜塌中，路肩呈现出不同程度坍塌、塌陷，严重地段路肩塌陷至道碴坡脚，甚至导致道碴下溜后轨枕头部外露，道床失稳。路堑边坡溜塌中，溜塌淤泥流至排水沟直至淤堵。严重地段甚至会淹埋线路、污染道床。

1.4路基挡护设施破损坍塌

此类水害主要表现为路基浆砌片石护坡局部破损开裂、塌陷下溜；浆砌片石挡墙外鼓开裂；浆砌片石水沟局部破损开裂等。水害发生后当下暂不影响列车正常运行，但再次遭遇强降水，水害部位进一步发展后，可能会引起进一步坍塌最终危机行车安全。

2.路基水害的成因

2.1自然环境影响

自然环境因素对路基水害的发生有着重要的影响。雨水冲刷侵蚀、路基土质差、路基的压实度不够都严重威胁着列车的运行安全。

2.1.1雨水影响

实践证明，路基水害的发生与降雨有着密不可分的关系，特别是大雨、暴雨、等强降雨天气很可能诱发水害。对于小流域洪水而言，主要是暴雨的总量，而雨季路基坍塌不仅与降雨总量有关，还与不同历时的降雨强度有关。当处于路堑地段或地势低洼地段的铁路运输设备遭遇短时强降雨时，周边大量汇水流入线路当中，易造成水冲线路、水漫道床等水害。当铁路路基遭遇长时间持续降雨时，路基含水量趋于饱和，易发生路基下沉、路基边坡溜塌甚至路基坍塌等水害。

2.1.2路基的土质影响

铁路路基土质的好坏直接影响着路基稳定性。甘泉线路基土质多为黄土状粉质粘土。由于该土具有垂直节理、多孔隙及含丰富的易溶盐，使该土产生陷穴。陷穴顶板坍塌则使铁路路基破坏变形。常见的变形有：剥落、冲蚀、溜坍、下沉、滑坡和崩塌。

2.2人为影响

由于近些年来新修建筑、倾倒垃圾弃渣、采石挖沙及新耕土地等人为因素的影响，铁路周边的环境发生了巨变，铁路周边原有汇水面积及排水路径系统均已发生改变，从而也导致了水害量的增加，进而影响铁路的正常运输安全。

3.相关措施

3.1路基防护

通过植被防护、浆砌片石护坡、拱形骨架护坡及挡墙等工程手段，可以有效的对路基坍塌、路基边坡溜塌等进行整治。

3.2路基注浆处理

通过对路基本体内部进行注浆，使得路基变得坚固，可有效整治路基下沉、路基坍塌等水害。

三、甘泉铁路K79+320-K79+330、K79+430-K79+450处水害产生的原因分析

甘泉铁路K79+320-K79+330、K79+430-K79+450段位于山前冲洪积平原，地形平缓，局部发育浅冲沟，地表多为耕地，灌渠密集。上述两段为填方路基，地表为耕土，土质自上而下依次为：

①黄土状粉质粘土:黄褐色，中密，潮湿。广泛分布于地表，层厚1.0-2.5米，局部厚度大于5米，土质不均，夹有粉细砂薄层，含砾石约5%。Ⅱ级普通土，=150kPa。

②砾砂（Q4al+pl）：黄褐色，中密至密实，潮湿，局部夹有粉土薄层，层厚0~0.5米，Ⅰ级松土，=300kPa～400kPa。

黄土状粉质粘土具有垂直节理、多孔隙及含丰富的易溶盐的特性。同时，本段路基下方有农用灌溉管道，因本段无涵洞，上游水无法排出，造成铁路右侧积水1-1.5m深，路堤浸水饱和后，路堤饱和土体孔隙中的水将向边坡方向渗透，浸润曲线下降。水在土中渗流产生渗透压力（又称动水压力）。由于水向边坡方向渗透，渗透压力指向边坡，这对边坡的稳定是十分不利的。因路基两侧存在较大水位差，在水压作用下，产生自高水位一侧向低水位一侧的渗流作用，贯穿路堤的渗透水流产生指向低水一侧的渗透压力外，当渗流速度足以冲移土体内的细小颗粒时，渗流将细小的土粒带走并逐渐扩大形成管涌现象，水沿灌溉管道管壁进入路基下方，从路基左侧冲出，带走路基坡脚填土，破坏低水位一侧边坡的稳定，最后造成路基坍塌。

四、针对79公里两处水害现状采取的应急措施

鉴于突降暴雨导致线路两侧积水猛增，公司组织相关人员进行巡视工作；多名专业主管乘坐轨道车对甘泉铁路沿线添乘巡查设备情况。发现两段路基坍塌且存在轨枕悬空的现状，立即通知封锁线路。同时本着“先通后固”的原则采取以下应急措施：

现场人员对线路上游水侧管涌位置利用沙袋进行封堵，以免坍塌面积进一步扩大。

调动平板车对该坍塌段落采用片石及道碴回填，回填高度至原路基面高度，并在两侧预留足够余碴。

对回填后的线路进行多次捣固作业，确保填料的密实及路基面的稳定。

线路恢复后利用限速牌和减速地点标列车进行限速，加强该段的巡视检查及捣固工作，确保线路几何尺寸满足要求。

五、整治效果

经过近一个月的缓慢沉降过程后，上述两段线路路基状态基本稳定，线路几何状态良好。但由于坍塌后回填道碴及片石压实度不够且填料级配较差，不能满足路基填料要求，同时铁路原地面埋设管道，有可能再次发生病害，需进行加固处理。

六、针对79公里两处水害采取永久措施设计建议

通过旋喷桩法将带有喷嘴的注浆管钻入现有路基层预定深度，浆液以20Mpa左右的压力从喷嘴中喷射出来形成喷射流，同时借助注浆管一边旋转一边向上提升，使浆液与现有路基搅拌混合，并经过一定时间凝固，形成圆柱状水泥与土混合的固结体，从而达到加固路基及防止渗水的效果。具体的工程措施及注意事项如下：

1.工程措施

1.1加固深挖时如发现穿越路基管道没有超出路基坡脚时，进行挖深接长，并于接口处进行密封防水处理。

1.2上述两段路基左侧采用注浆措施对路基本体进行加固，注浆范围为沿铁路方向坍塌区以外5.0m范围内深度为进入既有路基至少1.0m。沿铁路坡面间距1.0m梅花型布置注浆孔。

1.3为了防止注浆时浆体外流，采用渗水土对路基加宽1.0m。

1.4对路基表层0.6m范围内挖除换填渗水土，并于其下设置0.3m厚中粗砂垫层，垫层中铺设一层复合土工膜，防止地表水下渗。

1.5铁路两侧设置4.0m高脚墙，埋深2.0m，外露2.0m，墙宽1.0m。

1.6对修复后边坡坡面采用生态袋进行防护，生态袋内种植灌木，每平米5株。

2.施工注意事项

2.1施工时应严格按照相关规范和设计图纸进行施工。

2.2施工前应做好路基施工范围内的光缆、电缆和其它各种管线的排查、迁改和保护工作，防止发生不必要的损失。并应做好永久或临时排水系统，保证地表水不流入路基施工范围。

2.3路基施工前应进行地形和施工地质复查核对工作，如地形地质资料与设计不符，应及时提交建设、设计单位处理。黄土地段路堤坡脚及堑顶外20m范围内的黄土陷穴、人工洞穴施工前应检查核实，并及时上报设计、监理单位处理。

2.4排水沟、沉淀池开挖到位后，应先将沟帮和基底夯拍密实，然后再砌筑浆砌片石。位于黄土和膨胀土地区时，浆砌片石砌筑前应按设计要求铺设二八灰土垫层。

2.5如设计与实际地形、地质等有出入时应及时通知现场设计人员，以便及时调整设计，确保工程的安全性、可靠性。

2.6未尽事宜应严格按照有关规范、规则办理。

七、结束语

通过对水害的常见种类、产生原因及处置措施进行归纳，并以甘泉线79公里两处水害为例，介绍应急处置办法，提供加固建议，为应对类似突发情况及相关加固措施提供参考。

参考文献：

[1]铁路水害类型与成因及应对措施山西科技2017年第32卷第4期

[2]湿陷性黄土区半填半挖路基水害整治及设计建议铁道建筑技术2014（7）