【严寒地区高速铁路路基病害、原因及预防整治策略15000字（论文）】

严寒地区高速铁路路基病害、原因及预防整治策略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。本文首先介绍铁路路基的概念，总结归纳铁路路基的基本性能，通过分析国内外路基的发展现状，进一步发现路基内部的缺陷。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，结合青藏铁路望昆至唐古拉段的工程实例，进行路基病害整治的应用。我国的高速铁路特点发车密集、天窗时间短、维修工作量大。严寒地区高铁路基病害分析及病害预防整治是非常必要的，为满足未来高铁线路早维修、快整治的需求，需加快我国高速铁路的发展。关键词：高速铁路路基病害形成机理预防整治目录TOC\o"1-3"\h\u20777第1章绪论 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。1.3国内外研究现状1.3.1国内研究现状中国高铁近年来取得了令人瞩目的成绩，中国高铁已成为国内出行的首选。随着我国高速铁路线路建设里程的增加，铁路路基的病害产生区段也越来越多，危及列车正常的运营安全。目前的统计数据显示，我国铁路线路路基病害长度占线路总长度的14%左右，对铁路运营影响很大甚至会中断铁路运营。面对不同地区、不同类型的路基病害，我国研究学者早已开始采取核子密度仪对施工前后的路基进行探测，检测路基是否满足路基工程的要求。我国研究学者通过分析路基病害各种形成原因，掌握了一系列检测技术及病害整治技术。对于严寒地区的铁路路基病害，我国学者做出了很多试验，结合试验数据与路基环境对路基病害的形成机理进行分析研究及讨论。学者通过研究分析路基土颗粒直径，得出结论直径小于0.05毫米的土颗粒含量超过80%会引起路基病害，并提出了解决方法，要及时检查路基的防排水工作预防路基病害的产生。学者通过研究分析冻土对路基病害的影响，得出结论水分的迁移量与土的天然含水量有关，含水量越大，迁移量越大。当土体达到液限时，在列车荷载作用下，土体会产生翻浆冒泥的病害现象。这些实验数据及结果，为今后严寒地区有效预防整治路基病害提供了有价值的帮助及参考。虽然国内关于路基病害方面的研究成果已经很多，但不同地区、不同土质上填筑的路基，路基病害的形成原因、发展程度及相应的预防维修措施不尽相同。因此，路基工程病害防治措施军需要大量的试验研究和实际工程的摸索。1.3.2国外研究现状高速铁路的发展可以带动一个省市、一个地区甚至一个国家的经济发展。高速铁路可以直接推动经济的发展，高铁涉及产业广泛为国民经济可持续发展提供前进的动力。早在19世纪，前苏联已经开始关注冻土，西伯利亚严寒地区修建铁路时遭遇路基冻害，路基冻胀变形，严重影响铁路安全。美国由于经济发展的需要在阿拉斯加严寒地区开始修建大量的铁路设施及军用设施，受到冻土的影响，也开始了冻土工程的研究。美国研究学者提出了毛细理论，认为是土体冻结引起的土体冻胀量，并且冻结锋面产生了冰透镜体。1972年，美国研究学者在第一冻胀理论的总结下，提出了第二冻胀理论，在该理论中提出冻结缘的概念，即在冻结锋面和最暖冰透镜底面存在一个低含水量、低导湿率和无冻胀的带，而且在已形成的冰透镜体和冻结锋面之间存在一个冰水共存的区域。国内外多年冻土地区铁路病害问题广泛存在，大量的学者投入其巨大的精力展开研究，目前高铁路基病害问题是世界性难题，多年冻土地区路基工程病害的防止手段需要进一步研究。第2章严寒地区高速铁路路基病害类型2.1概述随着我国高速铁路里程的不断增加，高铁带给人们的快捷、舒适、安全的性能越来越得到体现。高铁已经从经济发达、人口密集的地区逐步进入高山高原。随着铁路纬度的增加，高速铁路建设技术问题也随之出现。严寒地区铁路病害主要表现在路基上，路基会产生翻浆冒泥、路基沉降、外部挤压变形等病害。严寒地区随着温度的降低，冻害是路基工程中存在的主要病害问题，影响着铁路运营技术指标，病害问题是行车安全稳定性的控制因素。严寒地区中的季节性冻土地区，随着季节的反复变化路基也会反复出现冻融病害，导致路基不均匀冻胀进而造成路基下沉，严重影响铁路运营的安全及速率。经研究发现，严寒地区高速铁路路基结构性能不同于我国内地的路基结构性能，也就说明严寒地区的路基病害不同于内地的病害，有它的特殊之处。因此，分析并研究严寒地区的路基病害对后期路基病害的预防与整治提供可以参考的数据库，以便我国未来路基工程更好的发展。2.2严寒地区环境特征2.2.1地理环境特征严寒地区处于我国西北及东北地区，包括哈尔滨、黑龙江、内蒙古、新疆北部、西藏北部和青海等地区，占据着我国高纬度、高海拔的山脉、盆地、河谷，拥有种类繁多的地貌类型。青藏高原是世界上中、低纬度高原中的典型代表，其平均海拔在4000米左右，由于地质构造的影响，青藏高原地貌类型种类庞大。山脉、盆地、河谷的形成时期、地质结构和物质组成对冻土的形成产生了影响。青藏高原位于我国西北部，是我国面积最大的高原，高原山脉之高、面积之广与四周的地区形成了明显的海拔差异，这种差异为冻土的形成及发育提供了有利条件。青藏铁路是世界级的铁路线，它的存在意义不仅对我国发展起到促进作用，还彰显了我国铁路技术的进步。青藏铁路望昆至唐古拉段穿越了生态环境恶劣的冻土地区，这里海拔高、空气稀薄，冰冻期长，施工期短。2.2.2气候环境特征严寒地区大部分处于中温带，属于温带大陆性气候，冬季漫长且寒冷，经常出现严寒的天气，夏季短暂且温暖，整体来看气温年较差很大，日较差也较大。青藏高原处于特殊的高原气候区，大气压力随着海拔高度的增加而降低，温度随着海拔的增加而降低，降水量随着海拔高度的增加而增加。青藏高原的年平均气温由东南至西北逐渐递减，高原多重山脉阻止了南部海洋暖湿气流的涌动，导致年降水量由东南至西北也在逐渐递减。青藏高原南部的喜马拉雅山脉存在着南北部的差异，山脉北部年降水量不到600毫米，相对山脉南部处于亚热带及热带森林气候，日照充分，年降水量在1000毫米以上。青藏高原地貌类型丰富，拥有非常丰富的水资源，河流分布很广，湖泊分布较多且密集。以唐古拉山脉为界的南北两部也存在着降水差异，并且具有明显的带性关系，山脉南部降水量可达到513毫米，山脉南部降水量大多时候处于300毫米以下的范围。高原的降水季节存在明显的不均匀性，降水多分布在5、6、7、8、9月，这几个月的降水量可占全年的90%，降水的形式多样，主要以雷阵雨、阵雨、冰雹等形式出现。2.3严寒地区路基病害类型2.3.1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。2.3.2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。2.3.3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。2.3.4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。2.3.5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。2.3.6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。2.3.7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。2.3.8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。2.3.9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章严寒地区高速铁路路基病害形成机理3.1严寒地区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：（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。（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）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。（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严寒地区路基病害形成机理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：（1）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。（2）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。（3）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：（1）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。（2）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。（3）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：（1）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。（2）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。（3）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病害检测严寒地区的环境比较特殊，研究铁路路基的检测方法对后期路基病害预防具有重要的参考价值。根据TG/GW120—2015《高速铁路路基修理规则》中规定，路基修理分为路基维修和路基大修。高铁铁路路基的检查类型主要有周期性检查、日常检查、汛期检查及专项检查等。通过分析一系列路基病害的工程实例，总结出铁路路基病害检测工作具有以下缺点：（1）人员配备不足人员配备不足在相关管理部门是普遍存在的问题，偏远山区、环境恶劣及大路堤大路堑地区的铁路部门人员配备问题体现地更加明显。这种问题会增加路基设备运营时间，也会造成路基维修问题的积累，导致工作人员的维修工作量明显的增加。（2）检查条件及机械有限高速铁路的管理规则比较严格，全封闭管理，由于白天不准工作人员进入栅栏检查设备工作状态，白天工作受到限制，然而晚上照明设备不足，列车天窗时间短、检查设备时间少，这就提高了检查难度，检查不及时导致一系列路基问题的产生。（3）缺少有效的检测技术严寒地区环境恶劣、天寒地冻，检查过程消耗时间，困难指数高。在路基的长大路堑浆砌片石护坡上，检查其结构内部空洞问题比较困难。目前只能依靠工作人员现场敲击侧的检测方法，人工检测方法比较普遍，但高空作业相当危险，需要研究出更加科学、有效、先进的检测维修技术。为了能够高效、快速的检测高铁路基存在的问题，首先应该进行准确的路基病害检测，精准有效分析路基病害的形成机理。根据我国高速铁路的运营特点，铁路路基检测应尽量不影响列车运行。因此，深入研究路基病害的检测技术十分必要，会对后期路基病害的维修提供一定的数据价值。4.1探地雷达检测技术探地雷达检测技术是一种在路基检测区域利用雷达扫描手段检测路基病害的快捷、高效的检测技术。这种技术可以直接反映出道床的几何形态，雷达扫描的表层分辨率很高，可以清晰探测出路基的各层结构分布，可以用来探测分析路基病害的具体位置、发展程度及类型。探地雷达技术可以分析道床及路基结构每个层面的地质情况，采取这种技术扫描路基检测其内在存在的病害问题。一般情况下，探地雷达主要利用电磁波进行信息传达，向路基发射电磁波，电磁波将收集的路基信息反射形成反射波，探地雷达的接收天线接收反射波，发射电磁波到接受反射波的双向时间及这种波的传播速度将反映在雷达主机，根据雷达主机反映的数据信息即可判断出路基病害的类型、位置及严重程度。当电磁波传播过程中接触到填料不同、分层结构性质各不相同的区域时，其反射波、折射波及散射波各不相同，出现不同程度的差异性，这是分析研究波的差异性即可判断出路基病害的类型、位置及严重程度。4.2动力触探检测技术动力触探是一种试验原位检测方法，检测之前先清理路基石渣，再用工具钻开路基表面，其次再对基床检测。落锤在下摆过程中获得的能量将转化为触探杆相连接探头的动力，根据探头入土的难易程度判断路基土的性质，再根据土质判断出路基所能承受荷载的能力，也可以根据在空间方向上的密实度确定路基所能承受荷载的能力。动力触探检测手段分为轻型、重型、特重型动力触探，一般情况下，路基基床以下为含有黏粒的黏性土采用轻型动力触探检测，路基基床本体部分则采用重型动力触探检测或特重型动力触探检测。一般情况下，路基土并不是规则的土质，由于受到列车的反复荷载的影响，路基填料的成分具有不确定性，在实际现场操作中，考虑各种因素的作用，会结合现场路基情况选择动力触探类型检测。4.3灌水法综合应用灌水法是一种试验数据检测方法，在现场选定的测试点开挖尺寸大小适当的试坑，将坑中的土样称出重量，然后在试坑铺上一层大于试坑容积的塑料薄膜，向其中灌水测出试坑容积。将取得的土样从现场带回实验室进行二次操作，将土样烘干再将烘干后的土样称出重量，从而计算得出土样的干密度、湿密度、孔隙比等一系列实验数据，通过计算的相对密度推出是否产生了路基病害。这是一种结合土力学知识的综合应用，实验数据的支撑将为路基病害的检测提供有力的支持。第5章严寒地区高速铁路路基预防与整治5.1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。5.1.1路基病害预防主要内容（1）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；（2）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。（3）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。5.1.2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：（1）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。（2）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。（3）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。（4）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。5.2常见路基病害防治措施5.2.1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：（1）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。（2）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。（3）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。5.2.2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。5.2.3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。5.2.4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：（1）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。（2）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。（3）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。5.3严寒地区高速铁路路基病害预防与整治工程实例5.3.1青藏铁路概况青藏铁路是是世界级的铁路线，世界上第一条在高寒高原地区修建的铁路，该铁路的修建破坏了严寒地区多年冻土的热平衡条件。由于严寒地区空气稀薄、气候变化快、太阳辐射强烈、日温差较大，青藏铁路的多年冻土区段容易受到自然环境的影响产生各种路基病害，翻浆冒泥、外挤变形、冻害等等病害类型。青藏铁路是一条在世界范围影响力巨大的铁路线，它是西藏人民重要的物资线，铁路运营具有非常特殊的意义。青藏铁格拉线冻土主要分布区是路望昆至唐古拉段（K960+000~K1424+000），该段南起唐古拉安多盆地、北至昆仑山西大滩盆地，总长464千米。5.3.2青藏铁路路基病害青藏铁路位于环境恶劣的严寒地区，受气候变化的影响，其所在地区的冻土冻结深度加深、冻土出现南北移动的现象，该现象的出现又加大了线路检测设备的工作难度，格拉线存在沉降变形、冻害、沙害等路基病害。（1）沉降变形沉降变形包括路基沉降变形、桥路过渡段沉降变形和局部沉降引起地融坑。青藏铁路路基检测信息显示，路基变形主要以沉降变形为主。格尔木工务段桥路过渡段目前有13%的桥梁具有较严重或严重的沉降，沉降量一般在10~35厘米之间，最严重的桥梁沉降量可达到160厘米。在青藏铁路区段路桥过渡段路基沉降变形往往大于桥梁的沉降变形，形成了特有的“跳桥”现象，这种现象的出现是由于路基与桥梁结构的不同所引起的。（2）冻害在水、气候、土质的不利条件组合下，冻害是这些因素共同作用引起的。青藏高原素称“亚洲水塔”含有丰富的地下水，路基土质偏差，青藏铁路的气候多变、温差很大、降水量大。当地下水渗入路基，寒冷状态下很快形成冻结层，造成路基冻胀现象，形成路基冻害。最终还是其复杂的地理环境决定着路基工程的施工进程。（3）沙害路基沙害是青藏铁路非常重要的一种病害，主要表现在路基坡脚积沙、列车轨道积沙等形式。青藏铁路格拉线望昆至唐古拉段的沙害主要集中在五道梁、沱沱河、通天河、楚玛尔河、秀水河五处周围沿线，并且沙害每年呈递增的趋势出现。沙害对路基造成的影响主要表现在两方面，一方面沙害导致石层内孔隙添堵，隔断与外界空气的对流通道，降低石层“冷却”措施的降温效果；另一方面风沙的积聚掩盖轨道线路，造成列车运营中断甚至影响列车运行安全。5.3.3青藏铁路路基病害预防与整治应用青藏铁路沿线环境恶劣，容易产生路基病害。结合青藏铁路沿线的生态环境、地质类型、气候等特点，对路基病害研究讨论、综合分析，形成了“主动降温、冷却地基、保护冻土”的思想。在这一思想的影响下，形成了一系列的冷却措施。在格拉段主要采用片石碎石块石护坡、热棒、反压护道、增补路基配套附属设施等措施。以下为这几种措施的具体介绍：（1）片石、碎石、块石护坡由于路基阴阳坡存在温度差，片石护坡通常在路基阴、阳坡两侧设置，以达到减弱或消除阴阳坡作用下引起的路基下部冻土分布不对称、路基不均匀沉降、路基纵向裂缝等路基病害。青藏铁路格拉线楚玛尔河地区采取碎石护坡的方式保护路基，通过多年研究此地区的地温变化趋势，发现采取碎石护坡的方式能够有效抬升冻土上限，减小路基阴阳坡温度差作用的影响，还可以有效控制路基后期的沉降量。通过分析研究碎石护坡和块石护坡对路基保护的效果，对不同粒径的试样进行自然对流效应的试验，得出结论自然对流降温效应的强度随粒径的增大而增强，最佳粒径为6~8厘米的碎石对路基保护最有利。片石、碎石、块石护坡都是通过减弱阴阳坡作用的影响，青藏铁路沿线采取这种措施能够有效的减轻路基病害的出现，还能达到保护冻土的目的。（2）热棒青藏铁路沿线冻土分布范围甚广，保护冻土相当于整治路基病害。热棒是整治格拉线路基病害应用广泛的措施，热棒具有导热性能好、传热能力