王曉剛

(中鐵第一勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司，西安 710043)

1 概述

陽(yáng)安鐵路西起寶成鐵路陽(yáng)平關(guān)站，途經(jīng)寧強(qiáng)、勉縣、漢中、洋縣、西鄉(xiāng)、石泉、漢陰、安康等縣市，東接西康鐵路安康站，全長(zhǎng)356.5 km，是橫貫陜南，連接寶成、襄渝兩條鐵路干線的聯(lián)絡(luò)線，屬中國(guó)修建的第二條電氣化鐵路［1］。線路北依秦嶺，南鄰大巴山，途經(jīng)米倉(cāng)山低山峽谷區(qū)、漢中盆地沖洪積平原區(qū)、大巴山低山丘陵峽谷區(qū)及階地丘陵區(qū)，多走行于漢江上游及其支流河谷區(qū)。線位地處北亞熱帶濕潤(rùn)氣候區(qū)，氣候溫和濕潤(rùn)，雨量豐沛，年平均降水量 793.6～1 103.6 mm，年最大降水量1 522.7 ～2 022.9 mm［2］，降水多集中于7～10月，一般以9月份雨量最為集中，常有暴雨災(zāi)害發(fā)生。既有線1969年冬季開(kāi)始施工，1973年全線通車，1976年交付運(yùn)營(yíng)，1997年陽(yáng)安線進(jìn)行擴(kuò)能提速改造。2009年12月～2010年6月對(duì)增建第二線及既有線改建進(jìn)行了初測(cè)和可行性研究，2010年11月～2011年7月進(jìn)行了定測(cè)和初步設(shè)計(jì)。

2 路基病害類型

陽(yáng)安鐵路沿線路基病害主要表現(xiàn)為:崩塌落石、邊坡滑塌、擋(護(hù))墻開(kāi)裂外鼓、路堤下沉外擠、支撐滲溝開(kāi)裂及基床翻漿冒泥、側(cè)溝排水不良、路肩寬度不足等 多種類型，點(diǎn)多面廣，見(jiàn)表1。

表1 路基病害統(tǒng)計(jì)

由表1可知，從1997年至2009年的12年時(shí)間里，路基各種病害范圍在不斷地?cái)U(kuò)大，總長(zhǎng)度從15.19 km 擴(kuò)大至 26.48 km，擴(kuò)大了 74.3%，尤其是路堤邊坡溜坍的病害發(fā)展最快，長(zhǎng)度增加了17倍，分布點(diǎn)增加了15倍，其次為側(cè)溝排水不良、崩塌落石、風(fēng)化剝落、路塹邊坡溜坍等;翻漿冒泥段落長(zhǎng)度雖然增加了39%，但分布點(diǎn)減少了98%，更趨于集中。

3 路基主要病害分布及機(jī)理分析

3.1 基床翻漿冒泥

既有陽(yáng)安鐵路通車一兩年以后，隨著行車密度的增加和大氣降水產(chǎn)生的影響，基床翻漿冒泥現(xiàn)象便不斷地產(chǎn)生，1992年調(diào)查時(shí)全線的翻漿冒泥多達(dá)200余處，總延長(zhǎng)約40 km，其中以勉西工務(wù)段分布36 km最為嚴(yán)重;1997年全線調(diào)查時(shí)基床翻漿冒泥現(xiàn)象仍全線分布，長(zhǎng)11.047 km/104處，比1992年已大幅度減少;2009年全線調(diào)查為15.33 km/2處，主要分布于響水～寧強(qiáng)及漢中～王家坎地區(qū)。路基基床產(chǎn)生翻漿冒泥的原因主要為如下。

(1)膨脹土做路堤填料，膨脹土透水性差，浸水后迅速軟化，強(qiáng)度降低幅度很大，使基床承載力下降產(chǎn)生道砟囊、道砟陷槽。

(2)地下水發(fā)育，排除地下水設(shè)備不足，路基變形，路基面排水不暢。

(3)軟質(zhì)巖路塹地段，基巖風(fēng)化，在地表水和列車動(dòng)荷載往復(fù)作用下使路拱變?yōu)榈谷恰㈠伒谞?，產(chǎn)生積水，最后形成道砟陷槽。

(4)路基通過(guò)山前坡地，山前匯水面積較大而排水設(shè)備不足，地表水浸泡路基，使其含水量增高而逐漸翻漿冒泥。

(5)至于臺(tái)賬資料顯示的，在基床曾經(jīng)整治過(guò)的地段，又開(kāi)始出現(xiàn)了翻漿冒泥，這主要是由于基床上鋪設(shè)的隔水層破損，致使地表水下滲產(chǎn)生翻漿。

3.2 崩塌落石

1997年崩塌落石分布長(zhǎng)度為 0.88 km/6處，2009年增加到了2.13 km/12處，12年時(shí)間里病害長(zhǎng)度增加了142%，分布點(diǎn)翻了1倍，主要分布在于陽(yáng)平關(guān)東—響水、小寨—勉西、池河—高粱鋪的石質(zhì)路塹段。路塹邊坡產(chǎn)生崩塌落石災(zāi)害的主要原因如下。

(1)地形、地貌及地層巖性

陽(yáng)平關(guān)東—響水、小寨—勉西段為大巴山西脈、米倉(cāng)山低山峽谷區(qū)，區(qū)內(nèi)山高溝深，山坡陡峭，基巖裸露，崩塌落石處多為變質(zhì)砂巖、白云巖及灰?guī)r，山坡巖體被片理和節(jié)理切割成塊，在外力作用下沿強(qiáng)度較弱結(jié)構(gòu)面發(fā)生脫落，易產(chǎn)生崩塌;池河—高粱鋪為越嶺段，相對(duì)高差200～500 m，區(qū)內(nèi)有池河發(fā)育，岸坡陡峻，基巖裸露，巖層有砂礫巖夾泥巖、片巖、灰?guī)r、石灰?guī)r，片巖巖質(zhì)較軟，灰?guī)r巖溶發(fā)育，石灰?guī)r具溶蝕的作用，溶溝、溶槽縱橫交錯(cuò)，相互貫通，將巖體切割成不規(guī)則塊體，致使巖體破碎，局部呈小塊倒懸狀，易塌落掉塊，這是病害產(chǎn)生的客觀原因。

(2)路塹坡面基巖裸露，未設(shè)置坡面防護(hù)

線路受高程控制，多以路基形式走行于山體斜坡地帶，路塹削切山體后坡面基巖裸露，凹凸破碎，靠山側(cè)邊坡高而陡，坡面未設(shè)防護(hù)，裸露的巖體受大氣降水及風(fēng)化作用，易于產(chǎn)生崩塌落石，這是病害產(chǎn)生的主觀原因。隨著風(fēng)化作用的持續(xù)，已有的危石日趨嚴(yán)重，新的落石點(diǎn)又不斷產(chǎn)生，這是病害點(diǎn)不斷增多的主要原因。

線路雖然在前期設(shè)置了多處攔石墻，護(hù)墻、明洞和棚洞等防護(hù)工程，運(yùn)營(yíng)維護(hù)期間又增設(shè)部分主、被動(dòng)柔性防護(hù)網(wǎng)，但由于落石點(diǎn)多、面廣，山坡上危石位置不同，運(yùn)動(dòng)方式也不盡相同，使現(xiàn)有擋護(hù)工程防不勝防，落石現(xiàn)象仍時(shí)有發(fā)生，例如在小寨至勉西(K65+7900～K66+020)段，勉縣工務(wù)段曾修建攔石墻進(jìn)行防護(hù)，但攔石墻建成不久，即有落石滾下，砸壞攔石墻，掉落至路基面。

3.3 邊坡溜坍

邊坡破壞是陽(yáng)安線最為常見(jiàn)且發(fā)展速度最快的一類路基病害，包括路堤邊坡滑塌和路塹邊坡溜坍。路堤邊坡滑塌從 1997年的 0.130 m/3處增加到了2009年的2 209 m/30處，增加到了原來(lái)的1 699%/1 000%，主要分布于響水～小寨及歐家坡～洋縣段;路塹邊坡溜坍從1997年的0.41 km/6處增加到了2009年的0.889 km/13處，增加到了原來(lái)的117%，主要分布于代家壩～響水，在寧強(qiáng)、洋縣、西鄉(xiāng)、繒溪河、石泉、漢陰的部分覆蓋層較薄的挖方地段也有分布。邊坡病害的有地形、氣象因素，同時(shí)也與自身地層特性有關(guān)［5］。

(1)路堤邊坡滑塌

病害點(diǎn)位于溝、谷殘積膨脹土分布區(qū)，用膨脹土作為路堤填料。陽(yáng)安線膨脹土的礦物成分主要由伊利石、蒙脫石、石英和長(zhǎng)石組成［6］，具失水收縮干裂、吸水膨脹軟化的特征［7］，若膨脹土路堤遭受暴雨，坡面排水不暢易使土體吸水膨脹軟化，降低其抗剪強(qiáng)度，從而沿土體內(nèi)部軟弱結(jié)構(gòu)面產(chǎn)生滑塌，這是引起該病害的主要原因;另外道砟底部基床表層積水，形成道砟囊，道砟囊上擠外鼓也可使邊坡沿路肩處產(chǎn)生滑塌。

路堤滑塌的危害輕則缺失路肩，造成線路幾何尺寸超限，軌枕外露，影響行車安全，重則路堤坍塌，軌道懸空，中斷行車，對(duì)線路有重大影響，應(yīng)予以重視。

(2)路塹邊坡溜坍

此病害主要是由于坡面未設(shè)防護(hù)，邊坡土體經(jīng)過(guò)干縮濕脹，結(jié)構(gòu)變的疏松，在強(qiáng)降雨條件下土體充分吸水，接近或達(dá)到飽和狀態(tài)，其抗剪強(qiáng)度驟降，從而產(chǎn)生溜坍，且溜坍大多發(fā)生在路塹的刷坡頂部或多級(jí)邊坡最上一級(jí)的刷坡頂部，當(dāng)路塹邊坡植被不好時(shí)更容易發(fā)生。

溜坍土體一般堆積于側(cè)溝平臺(tái)，對(duì)線路影響較小，個(gè)別路塹無(wú)側(cè)溝平臺(tái)或側(cè)溝平臺(tái)寬度較小時(shí)，溜坍土體會(huì)堵塞側(cè)溝，降雨時(shí)致使排水不暢，路塹積水浸泡坡腳，更易引起土質(zhì)邊坡坍塌，例如位于西鄉(xiāng)K221+350處線路左側(cè)膨脹土邊坡(圖1)，中心高度23 m，1970年雨季積水后，剛施工的路塹邊坡隨即發(fā)生變形，從表層剝落、流泥、淺層溜坍發(fā)展成滑坡，隨挖隨塌，最后采取大量清方減載，設(shè)置大平臺(tái)，三級(jí)擋護(hù)工程等措施后才使邊坡逐漸穩(wěn)定下來(lái)。

3.4 路堤下沉

路堤下沉在陽(yáng)安線兩次調(diào)查統(tǒng)計(jì)中段落長(zhǎng)度均不超過(guò)1.0 km，分布點(diǎn)都為4處，但從現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查來(lái)看，分布卻相當(dāng)普遍，主要原因如下。

圖1 邊坡溜坍

(1)路堤下沉段，養(yǎng)護(hù)部門為了維持線路高程，起道加厚了道砟，道砟加厚使道床寬度增大，侵占、埋沒(méi)路肩，個(gè)別地段道砟厚度達(dá)到1.5 m，幾乎沒(méi)有了路肩，從軌面高程來(lái)看，似乎路堤并沒(méi)有下沉，但實(shí)質(zhì)上它是犧牲了一部分道砟的結(jié)果。

(2)多數(shù)路堤下沉段，路堤填料基本為膨脹土填筑，膨脹土工程性質(zhì)較差，特別是較大土塊，不易達(dá)到要求的壓實(shí)度，路堤自身沉降大，沉降穩(wěn)定所需時(shí)間長(zhǎng)。

(3)位于溝谷洼地、水田的高路堤受水浸泡，膨脹土濕脹干縮，強(qiáng)度衰減，承載力降低，路堤容易發(fā)生坡面鼓脹，邊坡坍塌，使路堤下沉。如 K42+475～+553段膨脹土路堤高15 m，基床排水不良，積水軟化，道砟陷槽，支撐滲溝開(kāi)裂，邊坡下部外鼓，路肩裂縫，接觸網(wǎng)塔桿基座拉裂，裂縫寬0.50～1.0 cm，塔傾斜，路堤下沉。

陽(yáng)安線路基病害的產(chǎn)生和發(fā)展受多方面因素的影響，既有線路所處地形地貌、地質(zhì)構(gòu)造、地層巖性、大氣環(huán)境等息息相關(guān)的客觀原因，又有在陽(yáng)安線勘測(cè)設(shè)計(jì)階段對(duì)膨脹土缺乏具體的認(rèn)識(shí)，在設(shè)計(jì)上仍然按照黏性土對(duì)待，導(dǎo)致通車后病害發(fā)生的主觀原因。

4 既有病害整治

既有線病害按照發(fā)生的部位主要有基床與邊坡兩個(gè)方面，邊坡病害一旦發(fā)生，較容易徹底整治，甚至整治后一勞永逸;基床病害整治比較棘手，若施工質(zhì)量出現(xiàn)問(wèn)題，極易使施工前功盡棄，經(jīng)常發(fā)生使列車慢行，則影響既有線運(yùn)營(yíng)。工務(wù)部門經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期摸索與實(shí)踐，總結(jié)出了一套行之有效的整治經(jīng)驗(yàn)。

4.1 基床翻漿冒泥及下沉外擠

基床翻漿冒泥病害整治施工復(fù)雜，牽扯面廣，施工需封鎖線路揭蓋、道砟抬道、基床換填、鋪設(shè)隔斷層，具體措施如下。

(1)采用挖除換填基床表層填料，鋪設(shè)兩布一膜封閉進(jìn)行處理［8］。

(2)采用橫向盲溝、壓漿固結(jié)和土工網(wǎng)格等措施［9］。

(3)基床下沉、擠出等變形，采用挖除換填基床表層填料，鋪設(shè)土工格室或路堤段設(shè)邊坡支撐滲溝等措施處理。

4.2 崩塌落石整治

崩塌、落石地段路基，根據(jù)物質(zhì)來(lái)源、位置及其對(duì)建筑物和行車運(yùn)營(yíng)安全的危害程度分別采取如下措施。

(1)對(duì)坡面孤石、危石進(jìn)行清理、支護(hù)、錨固及嵌補(bǔ)。

(2)物質(zhì)來(lái)源不豐富，位置較低或距建筑物較遠(yuǎn)時(shí)，采用攔石墻、落石平臺(tái)、落石槽等結(jié)構(gòu)形式。

(3)當(dāng)物質(zhì)來(lái)源豐富、位置較高或距建筑物較近，采用常規(guī)措施困難時(shí)，設(shè)SNS主動(dòng)、被動(dòng)攔石網(wǎng)等措施進(jìn)行防護(hù)，特別嚴(yán)重地段采用明洞通過(guò)［10］。

4.3 邊坡溜坍

邊坡溜坍采用清坍、放緩邊坡坡率，設(shè)置支撐滲溝、骨架護(hù)坡和栽植灌木等措施加固或設(shè)置坡腳擋土墻阻截溜坍體。

5 增建二線路基設(shè)計(jì)

通過(guò)對(duì)既有線調(diào)查與分析可知，路基病害主要分布于地形陡峻的山區(qū)和膨脹土發(fā)育區(qū);病害發(fā)生的部位主要在基床與邊坡;發(fā)病的機(jī)理主要為膨脹土的濕脹干縮、防排水及邊坡的防護(hù)程度。因此，在陽(yáng)安線增建二線選線及路基設(shè)計(jì)時(shí)，可做到對(duì)癥下藥、有的放矢。

5.1 避繞

既有線病害分布較多的段落，二線采取了繞避取值的長(zhǎng)隧道方案，如陽(yáng)平關(guān)至響水、洋縣經(jīng)桑園鋪至西鄉(xiāng)、西鄉(xiāng)經(jīng)白勉峽至茶鎮(zhèn)、茶鎮(zhèn)至石泉、石泉至池河、池河至高粱鋪越嶺等，其中小寨至勉西段為避免崩塌落石及河岸沖刷，采取了漢江南岸短隧道方案。

5.2 基床及填料

路堤基床表層采用A組填料，基床底層采用A組或B組填料，基床以下采用A組、B組或C組填料，利用膨脹土做路堤填料時(shí)，需摻入5%石灰進(jìn)行改良。

膨脹土路塹基床表層采用0.5 m厚A組填料填筑，基床表層底部鋪一層復(fù)合土工膜，膜上下各鋪一層厚0.05 m中粗砂墊層;強(qiáng)膨脹土路塹基床表層以下?lián)Q填1.0 m厚A、B組填料，中、弱膨脹土換填0.5 m厚A、B組填料，A、B組填料缺乏地段采用石灰改良土，石灰摻量 5% ～8%［11］。

5.3 防排水

路基病害的產(chǎn)生無(wú)不與水有著直接或間接的關(guān)系，能否順暢地排除地表及地下水，決定著工程的成敗，陽(yáng)安線增建二線設(shè)計(jì)時(shí)重點(diǎn)加強(qiáng)了防排水設(shè)計(jì)。

(1)路堤及路塹基床表層底部鋪設(shè)一層防滲復(fù)合土工膜，路基面設(shè)4%人字排水坡，凸凹不平處用混凝土或級(jí)配砂礫石、級(jí)配碎石填平。

(2)路塹兩側(cè)設(shè)置側(cè)溝，邊坡平臺(tái)中間設(shè)置截水溝，塹頂外側(cè)設(shè)置天溝;根據(jù)地形在路堤坡腳外設(shè)置側(cè)溝、天溝、排水溝，形成完善的排水系統(tǒng)。

(3)對(duì)路基有危害的地下水，根據(jù)地下水類型、埋藏深度、地層的滲透性等條件，分別采取明溝、排水槽、滲水暗溝、邊坡滲溝、支撐滲溝等措施。

5.4 邊坡防護(hù)

(1)土質(zhì)及全風(fēng)化巖地段路塹邊坡，采用拱形骨架護(hù)坡防護(hù)，骨架內(nèi)種草植灌木。

(2)石質(zhì)路塹邊坡，根據(jù)地層巖性分別采用掛網(wǎng)噴混凝土、孔窗式護(hù)墻、錨桿格梁、拱形骨架護(hù)坡，骨架內(nèi)鋪砌空心磚等措施防護(hù)。

(3)路堤邊坡坡面采用拱形骨架護(hù)坡，骨架內(nèi)種草植灌木防護(hù)。

(4)路堤邊坡高度大于6.0 m時(shí)，邊坡鋪設(shè)雙向水平土工格柵，垂直間距0.6 m，寬度不小于2.5 m。

5.5 合理的施工工期

以往的經(jīng)驗(yàn)表明，在趕工期、搶進(jìn)度、抓效益的情況下，進(jìn)行繁重的工作往往無(wú)法保證其工程質(zhì)量，有時(shí)還會(huì)導(dǎo)致路基病害的發(fā)生，有些病害一旦產(chǎn)生很難再進(jìn)行處理或者處理起來(lái)投資特別巨大，因此，確定合理的工期對(duì)工程的優(yōu)劣至關(guān)重要。陽(yáng)安鐵路增建二線工程根據(jù)橋、隧、路基等各工程的分布及特點(diǎn)，確定了5年的施工工期。

6 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)對(duì)既有陽(yáng)安線路基病害的調(diào)查與分析，表明路基病害主要發(fā)生在地形陡峻的深長(zhǎng)路塹和膨脹土發(fā)育的高大填方，分布普遍，整治難度大，且隨著大氣降雨等外界環(huán)境的變化，不斷發(fā)生次生病害。因此，增建二線選線設(shè)計(jì)時(shí)在不良地質(zhì)發(fā)育段采取了避繞，山區(qū)盡量采用隧道方案，膨脹土分布區(qū)對(duì)路堤填料進(jìn)行物理或化學(xué)改良，重點(diǎn)加強(qiáng)了防排水設(shè)計(jì)，根據(jù)邊坡高低分別采取植物與工程防護(hù)措施，確定合理工期，最大限度地避免各種路基病害的發(fā)生，節(jié)約運(yùn)營(yíng)維護(hù)成本，保證行車正常、安全。

［1］李法昶，孫全德.陽(yáng)安鐵路的膨脹土路基病害及整治［C］∥鐵路工程地質(zhì)實(shí)例(西北及相鄰地區(qū)分冊(cè)).北京:中國(guó)鐵道出版社，2002.

［2］中鐵第一勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司.改建鐵路陽(yáng)安線陽(yáng)平關(guān)至安康段增建第二線工程可行性研究報(bào)告［R］.西安:中鐵第一勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司，2010.

［3］鐵道部第一勘測(cè)設(shè)計(jì)院.改建鐵路陽(yáng)安線擴(kuò)能改造工程定測(cè)路基勘測(cè)報(bào)告［R］.蘭州:鐵道部第一勘測(cè)設(shè)計(jì)院，1998.

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［11］李慶鴻.新建時(shí)速200 km鐵路改良膨脹土路基施工技術(shù)［M］.北京:中國(guó)鐵道出版社，2007.