京沪线弱膨胀土路基地段轨道微沉降变化控制措施探讨

程家华 中国铁路上海局集团有限公司蚌埠工务段

1 概述

我管内京沪线部分线路，自2013年以来每年6-11月份均出现线路路肩开裂、轨道成段单股下沉，轨道几何尺寸难以保持，线路方向向线路外侧鼓出，幅值10 mm（10 m弦）以上，水平变化10 mm以上，形成方向、水平逆向位复合不平顺，添乘机车人体感觉摇晃明显，给行车安全造成较大影响。

每年我段需投入大量劳力进行轨道几何尺寸整治，但线路下沉变化速率快、范围广，日常养护维修难以解决，均由路局安排大型养路机械通过大机线路捣固来提高线路设备质量，确保行车安全。针对管内京沪线弱膨胀土路基地段病害的发生情况，我段主动入手，对弱膨胀土路基进行土样检测、环境变化因素等因素进行分析，提出一系列彻底整治或前期预防的措施，并取得了较好的整治效果，确保铁路运输安全。

2 我段管内京沪线弱膨胀土地段近年轨道下沉变化情况

轨道下沉变化主要表现为成段高低、水平和方向变化，出现向线路外侧单侧轨道下沉，水平变化10 mm以上，变化速率快，同时轨道方向向线路外侧鼓出，形成方向和水平逆向位复核不平顺，水平10 mm左右，方向8 mm～10 mm（10 m弦测量）。车载式添乘仪水平加速度0.13 g以上，添乘机车人体感觉摇晃明显，列车运行品质和舒适度明显下降，对行车安全造成较大影响。选取弱膨胀土地段对其动检车轨道质量指数（TQI值）及其分项进行对比分析，如表1、图1所示。

表1 管内京沪线弱膨胀土地段TQI值及分项对比分析

图1 弱膨胀土地段轨道下沉变化前后TQI值对比

通过分析，轨道下沉前后轨道质量指数（TQI值）变化的平均幅值达到2.24，增加的幅度达到了44.18 %，引起轨道几何尺寸变化的主要项目是高低、方向、水平，以及由水平变化而引起的三角坑变化，轨距基本不受影响。其中，变化较为明显的项目是方向、高低、水平，平均上升幅值达到了0.82、0.76、0.35，分别达到65%、47.2%、42.1%，均超过或接近50%。变化最为明显的是轨道方向，主要原因是因为轨道单股不均匀下沉，造成水平变化，在列车荷载的作用下，水平低的一股钢轨所受到的冲击力变大，形成方向，造成水平与方向的逆向位复合不平顺，进一步加剧了水平和方向的变化，形成恶性循环，对列车运行的舒适度和行车安全造成较大影响，如不及时整治，危及行车安全。

3 弱膨胀土地段轨道下沉变化原因分析

3.1 地区气候变化异常的影响

近年来，全球气候变暖及厄尔尼诺现象频繁发生，我国江淮及黄淮地区气候变化异常，在每年夏秋季节，气候呈现强降雨与高温干旱天气交替出现。管内京沪线弱膨胀土路基地段在梅雨季节，雨量充沛，路基本体土颗粒含水量较高。梅雨季节结束，受亚热带季风气候影响，造成持续干旱，高温酷暑，路基本体蒸发量明显加大，导致雨季蓄水的土颗粒持续失水，土颗粒间形成裂隙，承载能力下降。

3.2 沿线绿篱蒸腾作用加剧

我段管内京沪沿线绿植多为2003-2005年栽植，多为高杆女贞与法国冬青混植，路基边坡及坡脚种植树种多为高杆女贞，路肩外侧1 m～2 m多为法国冬青，经过十余年的生长，绿篱已在铁路沿线铺展开来，高杆女贞的胸径达到10 cm左右，树高6 m～8 m，枝繁叶茂，根系发达，如图2、图3所示。在每年夏秋高温干旱季节，京沪沿线高杆女贞及法国冬青蒸腾作用明显，线路路肩及路基本体土壤水分向沿线绿篱根系侧转移，加剧了路肩及路基土体失水，导致路基基床范围内土体颗粒收缩，形成裂隙，承载力降低，导致路肩侧钢轨单股下沉，形成大水平，随着列车荷载作用，形成水平与方向的逆向位复合不平顺，加剧了轨道几何尺寸的变化。

图2 路肩外侧种植的高杆女贞

图3 路肩外侧种植的法国冬青

综上所述，管内京沪线弱膨胀土路提地段，加之近年反常的气候变化，夏秋时节持续高温干旱天气及线路沿线绿篱的蒸腾作用加剧则构成了管内路基地段线路变化的主要因素。

4 控制措施及效果

根据管内弱膨胀土地段轨道下沉变化的原因分析，按照“预防为主，防治结合”的原则，采取绿篱修枝砍伐和路肩补水等预防控制措施，缓解和控制弱膨胀土地段轨道下沉变化，确保行车安全。

4.1 沿线路肩外侧绿篱修枝及砍伐

自2017年春季开始，由林管所对管内京沪线弱膨胀土地段的路肩绿篱进行砍伐和修枝，对路肩外侧1 m～2 m范围内的法国冬青等灌木进行砍伐，如图4所示，对种植在栅栏网外侧，路基边坡上靠近路肩边缘的高杆女贞进行截干修枝缩冠，以减少高温干旱季节树木蒸腾作用的影响。

图4 路肩外侧绿篱砍伐情况

4.2 路肩补水

弱膨胀土路基地段轨道下沉变化的主要原因是土颗粒失水收缩，造成承载力下降，在持续高温干旱时段，对路基本体进行适量补水，将有效预防或缓解轨道下沉变化。自2017年6月份开始，先后在京沪上下行872-874，920-922等下沉变化明显地段路肩铺设滴水管，管径25 mm，间隔0.6 m设滴水孔，利用路基坡脚处绿化灌溉用机井，每500 m布置抽水泵一台，采取滴灌的方式进行路肩补水（如图5）。在京沪线上下行898-892道床坡脚内埋设水管（管径60 mm），利用沿线立交抽水泵房进行供水，对路肩进行补水。通过持续干旱天气路肩补水，有效缓解了路肩失水开裂的现象，上述路肩补水地段2018年夏季轨道状态稳定，未发生下沉变化现象。

图5 路肩补水情况

4.3 加强动静态监控及轨面养护工作

除了上述预防措施之外，针对管内弱膨胀土地段下沉变化的情况，每年梅雨季节结束之后，加强对管内京沪线动态添乘检查，对2013年以来轨道下沉变化地段进行梳理，建立台帐。每日安排添乘人员携带便携式添乘仪对京沪线进行添乘检查，重点关注历年下沉变化处所。在加强动态添乘检查的同时，每日对车载式添乘仪数据以及动、轨检车数据进行梳理分析，建立盯控台帐，安排人员对动态大值进行现场复核、处置。2018年夏季管内京沪线弱膨胀土地段轨道状态平稳受控，未发生明显轨道成段下沉变化现象，如表2所示。

表2 弱膨胀土地段整治后TQI值及分项对比分析

5 结论

通过对京沪线上下行K895-K952区间弱膨胀土路基地段轨道成段下沉变化情况调查，对气候变化、线路外部环境影响等方面分析了轨道下沉变化的原因，采取了相应的控制措施，得出以下结论；

（1）京沪线沿线路肩外侧种植了大量的高杆女贞和法国冬青等绿植，种植密度大，未有计划地安排修剪，致其枝繁叶茂，夏秋高温时节，绿植蒸腾作用加剧，导致路肩外侧路基土体失水，加剧了轨道下沉变化。

（2）由于轨道水平、方向的相互影响，形成了水平和方向的逆向复合不平顺，加剧了轨道的下沉变化，对列车运行安全构成威胁。

（3）因京沪线为运营线路，且弱膨胀土路基范围广，采取换填等措施整治工作量和费用投入巨大，对既有行车影响较大。采取沿线绿植砍伐、修枝、缩冠，高温干旱时段路肩铺设滴水管补水等措施，有效控制了轨道成段下沉变化，投入费用低，不受上道施工维修天窗影响，对既有线行车无影响。