QC方法在既有线路基基床评价中的应用

刘克礼

(铁道第三勘察设计院集团有限公司，天津 300251)

1 工程概况

既有白乌线全长82.2 km，位于松辽平原西部，大兴安岭东南麓，处于大兴安岭山脉与松辽平原接合处，经过白城、乌兰浩特两市，是白阿线的重要组成部分、内蒙古东部地区重要横向运输干线和沟通内蒙古与东北地区经济联系的重要通道。根据铁道部提速的要求，既有白乌线提速目标值为200 km/h。

2 选题理由

首先成立QC小组，通过小组成员的分析和筹划，制定出课题实施的计划和安排［1］。本线工期紧、任务重，要求路基基床的试验评估工作要及时、准确。

①对不满足要求的路基基床进行精确段落划分和评价将直接影响工程造价，对既有线评价的精度直接决定了线路方案是增建新线还是改造既有线路。

②如采用改造既有线路方案，那么只有对不满足要求的路基基床进行精确段落划分和评价，才能保证提速列车运营的稳定和安全。

3 现状调查

针对确立的课题，本QC小组展开广泛的调查研究。

3.1 既有病害资料

局部沿线段落，存在白乌线和平齐线、平台粮库专用线、宁家采石专用线并行，长度约为8 km，通过收集铁路工务段有关这两条线既有病害资料，发现这两条线并行的8 km段落范围内，出现病害处位置不一致，而且数量也不同，病害处数量分别为11和14，病害密度分别为1.4处/km和1.7处/km。这两个数据有差异，说明收集的既有病害资料有误差，仅仅依靠既有资料去做评价不科学，很有必要展开调查研究，准确确定既有路基基床病害数量和位置。

3.2 路基基床检测手段

在既有线提速路基基床评价过程中，如仅采用了挖探、轻型动力触探法(钎探)、土工试验、物探瑞雷波速、平板载荷试验、K30、Evd等手段中的一种或两种，其结果可能不是很精确。

在众多的勘探手段中，如采用单一的锣钻取扰样，有时所取的扰样反映不了实际地层，做出的样品颗粒比实际地层要大，那么填料组别就偏高。

轻型动力触探每贯入30 cm记录一次击数，并且把这30 cm的地层按照均匀力学性质一致的地层考虑;实际上，在30 cm地层中钎探贯入难易程度经常变化较大，那么对应的物理力学性质也差别很大。

平板载荷试验和K30试验由于耗费人力和物力较大，特别是平板载荷试验，在有些场地不适合，在既有线路基基床评价中有时没有被采用。这两种原位测试手段对于确定既有线路基表层的承载力具有较高的精度。

物探瑞雷波速测试点均匀布置在既有路基段落中，经常没有考虑现场调查情况和结合钎探异常点进行相互验证。

3.3 承载力的计算方法

对于分析既有线路基基床强度和承载力，以往一般采用轻型动力触探击数机械的换算成对应的承载力，没有结合力学和物探瑞雷波速的思路去分析，仅仅采用钎探击数换算成对应路基的承载力有局限性和误差。

3.4 评价成果分析的思路

出于安全考虑，大部分钎探点位只能布置在既有线路肩，那么以往资料中直接将其击数换算成承载力作为该深度路基的承载力;实际情况是，在同一深度，路肩的地层力学性质和路中心的地层不一样的。

没有考虑路基地层岩性，直接通过钎探击数换算成承载力，这个方法不科学。对于黏性土是可以的，对于非黏性土地层就会有误差。

4 因果分析

根据以往既有路基基床评价的成果进行分析，找出影响评价成果精度的几个原因。

4.1 勘探手段比较单一

解决问题的关键是采用多种路基基床检测技术和方法;结合本既有线路基的特点，采用不影响正常运营的既有线路基检测技术和方法成为迫切需要解决的问题。

4.2 理论分析不够完善

路基基床强度及基床土的承载力的确定需要研究。针对200 km时速的路基基床强度及基床土的承载力这几方面进行的研究比较少。

4.3 病害的分布不明确

路基状况十分复杂，病害复杂多样，同一段线路中道床性病害和基床性病害相互影响，混杂在一起，病害的分布规律不明确。需要通过不断的讨论，深入现场调查等方法逐步解决，需要投入较大精力和心血。

4.4 资料分析的思路和方法不够综合

分析数据也是针对某个勘探方法进行的，没有把多种勘探测试方法数据分析有机统一起来。可以通过把各种测试手段分析有机统一起来，各种测试手段相互验证和互为补充，能够提高既有线评价结果的准确性，取得最佳的评价效果。

5 制定对策

为了使得既有白乌线提速路基基床评价达到预定目标，在充分研究要因的基础上，制定了下列对策表(如表1所示)。

表1 对策表

6 对策实施

为了更好地实现目标，针对要因对策，进行逐条落实。

6.1 查明既有路基病害的分布

目标是查找本段落内路基病害的分布和特点，通过野外调查分析论证和查阅相关资料文献，组织大家进行文献调研，了解既有线的运营状况;加强野外调查调绘，统计QC活动前后判识的既有路基病害数。

小组经过讨论和研究，本测试段落路基容易发生病害成因主要有3个:①基床土质问题，主要为土质不均;②排水不畅，使得基床土容易处于地下水浸泡之中，在列车动荷载的作用下逐渐膨胀、软化，承载力明显降低，直至产生病害;③冻害，因为温差的原因，产生冻胀和融沉。

病害主要发生在以细颗粒路基填料为主的段落。

6.2 综合勘探手段的应用［2-3］

目标是采用综合勘探手段对既有路基基床进行综合评价，提高数据采集的精度。

(1)挖探和土工试验相结合

为了掌握既有路基基床土的性质和填料成分，现场采用挖探取样方法，取代锣钻手段，进行了室内土工试验，提高了路基填料的识别精度。

(2)轻型动力触探试验

采用钎探击数每10 cm记录一击数，资料整理时，按贯入30 cm所需击数作为指标进行计算，这样就可以把地层的鉴别深度误差降低。

(3)物探测试

采用瑞雷波法测试方法，测试段落的布置依据调查的病害分布点，以及钎探测试击数异常处，可以提高地层辨别的精度。

(4)Evd测试、K30测试

Evd测点布置考虑了现场调查和K30测试点位置。K30测试点处都布置有Evd测试点，实测K30数据与Evd测试数据具有较好的相关性，并利用Evd动态平板载荷试验与K30平板载荷试验数据的相关关系，可以推算出其他位置K30数值。活动后要比直接利用Evd数值查公式导出K30数值科学得多，误差小，精度提高。

6.3 路基基床承载力的理论分析［4-7］

分析既有线路基基床强度和基床土承载力，以前依据轻型动力触探直接换算承载力;本次分析从力学角度(考虑路基动应力衰减)去思考，结合物探瑞雷波速的方法，对于路基基床地层不同深度的承载力是否符合要求，可以做出更加准确的判断。本次综合轻型动力触探、力学角度、瑞雷波速分析的方法，较仅仅依据轻型动力触探来划分不符合要求的基床地层深度界限精度提高。

6.4 多种勘探手段综合分析

目标是综合分析各种勘探测试方法，使得各种手段分析结果相互验证、相互补充。

(1)本次QC小组活动中，对于本段既有线路基，沿线15处采用了对路肩、轨枕端部、轨道中心进行钎探对比试验，根据所得的轻型动力触探法原始实测击数，剔除个别不合理的数据，对这些数据之间的关系进行了统计分析，统计同一里程、同一深度上，轨道中心、轨枕端、路肩击数之间的换算关系，再考虑到钎探位于既有路肩上，将路肩剖面基床的基本承载力乘以系数并适当提高，作为既有路基基床基本承载力。

(2)平板载荷和轻型动力触探试验对比分析。

对于基床表层承载力的测试，小组采用了平板载荷试验和轻型动力触探试验对比分析的方法综合分析，比仅采用钎探击数直接换算承载力的方法要准确，本小组采用在8个相同的点位布置钎探点和平板载荷测试点，分析得到:如既有铁路路基地层含砂砾等粗颗粒较多，钎探击数换算的承载力需乘以小于1的某个折减系数(本次为0.7)得出的数值作为实际承载力;如既有铁路路基地层含砂砾等粗颗粒很少，钎探击数换算的承载力需乘以接近1.0的某个系数(本次为0.9)作为实际承载力。

综上所述，提高东北地区既有白乌线提速200 km/h路基基床评价精度的目标已经实现。

7 效果确认

7.1 直接效果

QC小组活动采用了综合勘探技术和综合分析方法，提高了既有线路基基床评价精度，使得对于不满足要求的段落长度划分精度达到10 m级，对于不满足要求的地层深度划分精度达到10 cm级，从而为线路方案和设计提供了可靠的数据支持。

7.2 经济效益

通过QC小组活动，选择合理高效的工作方法，制定切实可行的实施方案，对既有白乌线提速200 km路基基床进行了评价，在实施过程中对各种勘探测试过程进行有效的监控，评价结果的精度和质量有大的提高，对于线路方案的选择和设计，在项目投资方面会产生很大影响，会减少产生设计和方案变更的情况发生，可以为类似路基提速改造项目提供技术参考。

8 结论

通过本次QC应用实践，得出以下体会:

(1)在工程勘探测试实践中，应用QC方法能够改进勘探测试质量，降低勘探测试消耗，提高成员的素质和经济效益，在重大工程实践中，QC方法值得推广应用。

(2)采用采用挖探、轻型动力触探法、土工试验、物探、K30、Evd勘探手段对既有路基基床进行综合评价，可以提高数据采集的精度。

(3)路基基床强度及基床土的承载力的理论分析还需要进一步探索。

(4)综合分析各种勘探测试方法，可以使得各种测试手段的分析结果相互验证、相互补充。

［1］ 邢文英．QC小组基础教材2010新版［M］．北京:中国社会出版社，2010

［2］ TB10018—2003，铁路工程地质原位测试规程［S］

［3］ TB10102—2004，铁路工程土工试验规程［S］

［4］ 杨新安，高艳灵，刘征．论铁路既有线路基检测［J］．岩石力学与工程学报，2003，22(增 1)

［5］ 陈皖蜀．既有提速线路路基基床试验与评估研究［J］．铁道建筑，2009(9)

［6］ 杨新安，陈春安，温国春．曲线铁路路基下沉病害检测与分析［J］．岩土力学，2004，25(9)

［7］ 宫全美，王炳龙，周顺华等．沪宁线提速铁路路基的强度条件［J］．同济大学学报(自然科学版)，2006，34(2)