阳安线路基病害调查分析及增建二线设计原则

王晓刚

(中铁第一勘察设计院集团有限公司，西安 710043)

1 概述

阳安铁路西起宝成铁路阳平关站，途经宁强、勉县、汉中、洋县、西乡、石泉、汉阴、安康等县市，东接西康铁路安康站，全长356.5 km，是横贯陕南，连接宝成、襄渝两条铁路干线的联络线，属中国修建的第二条电气化铁路［1］。线路北依秦岭，南邻大巴山，途经米仓山低山峡谷区、汉中盆地冲洪积平原区、大巴山低山丘陵峡谷区及阶地丘陵区，多走行于汉江上游及其支流河谷区。线位地处北亚热带湿润气候区，气候温和湿润，雨量丰沛，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月份雨量最为集中，常有暴雨灾害发生。既有线1969年冬季开始施工，1973年全线通车，1976年交付运营，1997年阳安线进行扩能提速改造。2009年12月～2010年6月对增建第二线及既有线改建进行了初测和可行性研究，2010年11月～2011年7月进行了定测和初步设计。

2 路基病害类型

阳安铁路沿线路基病害主要表现为:崩塌落石、边坡滑塌、挡(护)墙开裂外鼓、路堤下沉外挤、支撑渗沟开裂及基床翻浆冒泥、侧沟排水不良、路肩宽度不足等 多种类型，点多面广，见表1。

表1 路基病害统计

由表1可知，从1997年至2009年的12年时间里，路基各种病害范围在不断地扩大，总长度从15.19 km 扩大至 26.48 km，扩大了 74.3%，尤其是路堤边坡溜坍的病害发展最快，长度增加了17倍，分布点增加了15倍，其次为侧沟排水不良、崩塌落石、风化剥落、路堑边坡溜坍等;翻浆冒泥段落长度虽然增加了39%，但分布点减少了98%，更趋于集中。

3 路基主要病害分布及机理分析

3.1 基床翻浆冒泥

既有阳安铁路通车一两年以后，随着行车密度的增加和大气降水产生的影响，基床翻浆冒泥现象便不断地产生，1992年调查时全线的翻浆冒泥多达200余处，总延长约40 km，其中以勉西工务段分布36 km最为严重;1997年全线调查时基床翻浆冒泥现象仍全线分布，长11.047 km/104处，比1992年已大幅度减少;2009年全线调查为15.33 km/2处，主要分布于响水～宁强及汉中～王家坎地区。路基基床产生翻浆冒泥的原因主要为如下。

(1)膨胀土做路堤填料，膨胀土透水性差，浸水后迅速软化，强度降低幅度很大，使基床承载力下降产生道砟囊、道砟陷槽。

(2)地下水发育，排除地下水设备不足，路基变形，路基面排水不畅。

(3)软质岩路堑地段，基岩风化，在地表水和列车动荷载往复作用下使路拱变为倒三角、锅底状，产生积水，最后形成道砟陷槽。

(4)路基通过山前坡地，山前汇水面积较大而排水设备不足，地表水浸泡路基，使其含水量增高而逐渐翻浆冒泥。

(5)至于台账资料显示的，在基床曾经整治过的地段，又开始出现了翻浆冒泥，这主要是由于基床上铺设的隔水层破损，致使地表水下渗产生翻浆。

3.2 崩塌落石

1997年崩塌落石分布长度为 0.88 km/6处，2009年增加到了2.13 km/12处，12年时间里病害长度增加了142%，分布点翻了1倍，主要分布在于阳平关东—响水、小寨—勉西、池河—高粱铺的石质路堑段。路堑边坡产生崩塌落石灾害的主要原因如下。

(1)地形、地貌及地层岩性

阳平关东—响水、小寨—勉西段为大巴山西脉、米仓山低山峡谷区，区内山高沟深，山坡陡峭，基岩裸露，崩塌落石处多为变质砂岩、白云岩及灰岩，山坡岩体被片理和节理切割成块，在外力作用下沿强度较弱结构面发生脱落，易产生崩塌;池河—高粱铺为越岭段，相对高差200～500 m，区内有池河发育，岸坡陡峻，基岩裸露，岩层有砂砾岩夹泥岩、片岩、灰岩、石灰岩，片岩岩质较软，灰岩岩溶发育，石灰岩具溶蚀的作用，溶沟、溶槽纵横交错，相互贯通，将岩体切割成不规则块体，致使岩体破碎，局部呈小块倒悬状，易塌落掉块，这是病害产生的客观原因。

(2)路堑坡面基岩裸露，未设置坡面防护

线路受高程控制，多以路基形式走行于山体斜坡地带，路堑削切山体后坡面基岩裸露，凹凸破碎，靠山侧边坡高而陡，坡面未设防护，裸露的岩体受大气降水及风化作用，易于产生崩塌落石，这是病害产生的主观原因。随着风化作用的持续，已有的危石日趋严重，新的落石点又不断产生，这是病害点不断增多的主要原因。

线路虽然在前期设置了多处拦石墙，护墙、明洞和棚洞等防护工程，运营维护期间又增设部分主、被动柔性防护网，但由于落石点多、面广，山坡上危石位置不同，运动方式也不尽相同，使现有挡护工程防不胜防，落石现象仍时有发生，例如在小寨至勉西(K65+7900～K66+020)段，勉县工务段曾修建拦石墙进行防护，但拦石墙建成不久，即有落石滚下，砸坏拦石墙，掉落至路基面。

3.3 边坡溜坍

边坡破坏是阳安线最为常见且发展速度最快的一类路基病害，包括路堤边坡滑塌和路堑边坡溜坍。路堤边坡滑塌从 1997年的 0.130 m/3处增加到了2009年的2 209 m/30处，增加到了原来的1 699%/1 000%，主要分布于响水～小寨及欧家坡～洋县段;路堑边坡溜坍从1997年的0.41 km/6处增加到了2009年的0.889 km/13处，增加到了原来的117%，主要分布于代家坝～响水，在宁强、洋县、西乡、缯溪河、石泉、汉阴的部分覆盖层较薄的挖方地段也有分布。边坡病害的有地形、气象因素，同时也与自身地层特性有关［5］。

(1)路堤边坡滑塌

病害点位于沟、谷残积膨胀土分布区，用膨胀土作为路堤填料。阳安线膨胀土的矿物成分主要由伊利石、蒙脱石、石英和长石组成［6］，具失水收缩干裂、吸水膨胀软化的特征［7］，若膨胀土路堤遭受暴雨，坡面排水不畅易使土体吸水膨胀软化，降低其抗剪强度，从而沿土体内部软弱结构面产生滑塌，这是引起该病害的主要原因;另外道砟底部基床表层积水，形成道砟囊，道砟囊上挤外鼓也可使边坡沿路肩处产生滑塌。

路堤滑塌的危害轻则缺失路肩，造成线路几何尺寸超限，轨枕外露，影响行车安全，重则路堤坍塌，轨道悬空，中断行车，对线路有重大影响，应予以重视。

(2)路堑边坡溜坍

此病害主要是由于坡面未设防护，边坡土体经过干缩湿胀，结构变的疏松，在强降雨条件下土体充分吸水，接近或达到饱和状态，其抗剪强度骤降，从而产生溜坍，且溜坍大多发生在路堑的刷坡顶部或多级边坡最上一级的刷坡顶部，当路堑边坡植被不好时更容易发生。

溜坍土体一般堆积于侧沟平台，对线路影响较小，个别路堑无侧沟平台或侧沟平台宽度较小时，溜坍土体会堵塞侧沟，降雨时致使排水不畅，路堑积水浸泡坡脚，更易引起土质边坡坍塌，例如位于西乡K221+350处线路左侧膨胀土边坡(图1)，中心高度23 m，1970年雨季积水后，刚施工的路堑边坡随即发生变形，从表层剥落、流泥、浅层溜坍发展成滑坡，随挖随塌，最后采取大量清方减载，设置大平台，三级挡护工程等措施后才使边坡逐渐稳定下来。

3.4 路堤下沉

路堤下沉在阳安线两次调查统计中段落长度均不超过1.0 km，分布点都为4处，但从现场调查来看，分布却相当普遍，主要原因如下。

图1 边坡溜坍

(1)路堤下沉段，养护部门为了维持线路高程，起道加厚了道砟，道砟加厚使道床宽度增大，侵占、埋没路肩，个别地段道砟厚度达到1.5 m，几乎没有了路肩，从轨面高程来看，似乎路堤并没有下沉，但实质上它是牺牲了一部分道砟的结果。

(2)多数路堤下沉段，路堤填料基本为膨胀土填筑，膨胀土工程性质较差，特别是较大土块，不易达到要求的压实度，路堤自身沉降大，沉降稳定所需时间长。

(3)位于沟谷洼地、水田的高路堤受水浸泡，膨胀土湿胀干缩，强度衰减，承载力降低，路堤容易发生坡面鼓胀，边坡坍塌，使路堤下沉。如 K42+475～+553段膨胀土路堤高15 m，基床排水不良，积水软化，道砟陷槽，支撑渗沟开裂，边坡下部外鼓，路肩裂缝，接触网塔杆基座拉裂，裂缝宽0.50～1.0 cm，塔倾斜，路堤下沉。

阳安线路基病害的产生和发展受多方面因素的影响，既有线路所处地形地貌、地质构造、地层岩性、大气环境等息息相关的客观原因，又有在阳安线勘测设计阶段对膨胀土缺乏具体的认识，在设计上仍然按照黏性土对待，导致通车后病害发生的主观原因。

4 既有病害整治

既有线病害按照发生的部位主要有基床与边坡两个方面，边坡病害一旦发生，较容易彻底整治，甚至整治后一劳永逸;基床病害整治比较棘手，若施工质量出现问题，极易使施工前功尽弃，经常发生使列车慢行，则影响既有线运营。工务部门经过长期摸索与实践，总结出了一套行之有效的整治经验。

4.1 基床翻浆冒泥及下沉外挤

基床翻浆冒泥病害整治施工复杂，牵扯面广，施工需封锁线路揭盖、道砟抬道、基床换填、铺设隔断层，具体措施如下。

(1)采用挖除换填基床表层填料，铺设两布一膜封闭进行处理［8］。

(2)采用横向盲沟、压浆固结和土工网格等措施［9］。

(3)基床下沉、挤出等变形，采用挖除换填基床表层填料，铺设土工格室或路堤段设边坡支撑渗沟等措施处理。

4.2 崩塌落石整治

崩塌、落石地段路基，根据物质来源、位置及其对建筑物和行车运营安全的危害程度分别采取如下措施。

(1)对坡面孤石、危石进行清理、支护、锚固及嵌补。

(2)物质来源不丰富，位置较低或距建筑物较远时，采用拦石墙、落石平台、落石槽等结构形式。

(3)当物质来源丰富、位置较高或距建筑物较近，采用常规措施困难时，设SNS主动、被动拦石网等措施进行防护，特别严重地段采用明洞通过［10］。

4.3 边坡溜坍

边坡溜坍采用清坍、放缓边坡坡率，设置支撑渗沟、骨架护坡和栽植灌木等措施加固或设置坡脚挡土墙阻截溜坍体。

5 增建二线路基设计

通过对既有线调查与分析可知，路基病害主要分布于地形陡峻的山区和膨胀土发育区;病害发生的部位主要在基床与边坡;发病的机理主要为膨胀土的湿胀干缩、防排水及边坡的防护程度。因此，在阳安线增建二线选线及路基设计时，可做到对症下药、有的放矢。

5.1 避绕

既有线病害分布较多的段落，二线采取了绕避取值的长隧道方案，如阳平关至响水、洋县经桑园铺至西乡、西乡经白勉峡至茶镇、茶镇至石泉、石泉至池河、池河至高粱铺越岭等，其中小寨至勉西段为避免崩塌落石及河岸冲刷，采取了汉江南岸短隧道方案。

5.2 基床及填料

路堤基床表层采用A组填料，基床底层采用A组或B组填料，基床以下采用A组、B组或C组填料，利用膨胀土做路堤填料时，需掺入5%石灰进行改良。

膨胀土路堑基床表层采用0.5 m厚A组填料填筑，基床表层底部铺一层复合土工膜，膜上下各铺一层厚0.05 m中粗砂垫层;强膨胀土路堑基床表层以下换填1.0 m厚A、B组填料，中、弱膨胀土换填0.5 m厚A、B组填料，A、B组填料缺乏地段采用石灰改良土，石灰掺量 5% ～8%［11］。

5.3 防排水

路基病害的产生无不与水有着直接或间接的关系，能否顺畅地排除地表及地下水，决定着工程的成败，阳安线增建二线设计时重点加强了防排水设计。

(1)路堤及路堑基床表层底部铺设一层防渗复合土工膜，路基面设4%人字排水坡，凸凹不平处用混凝土或级配砂砾石、级配碎石填平。

(2)路堑两侧设置侧沟，边坡平台中间设置截水沟，堑顶外侧设置天沟;根据地形在路堤坡脚外设置侧沟、天沟、排水沟，形成完善的排水系统。

(3)对路基有危害的地下水，根据地下水类型、埋藏深度、地层的渗透性等条件，分别采取明沟、排水槽、渗水暗沟、边坡渗沟、支撑渗沟等措施。

5.4 边坡防护

(1)土质及全风化岩地段路堑边坡，采用拱形骨架护坡防护，骨架内种草植灌木。

(2)石质路堑边坡，根据地层岩性分别采用挂网喷混凝土、孔窗式护墙、锚杆格梁、拱形骨架护坡，骨架内铺砌空心砖等措施防护。

(3)路堤边坡坡面采用拱形骨架护坡，骨架内种草植灌木防护。

(4)路堤边坡高度大于6.0 m时，边坡铺设双向水平土工格栅，垂直间距0.6 m，宽度不小于2.5 m。

5.5 合理的施工工期

以往的经验表明，在赶工期、抢进度、抓效益的情况下，进行繁重的工作往往无法保证其工程质量，有时还会导致路基病害的发生，有些病害一旦产生很难再进行处理或者处理起来投资特别巨大，因此，确定合理的工期对工程的优劣至关重要。阳安铁路增建二线工程根据桥、隧、路基等各工程的分布及特点，确定了5年的施工工期。

6 结语

通过对既有阳安线路基病害的调查与分析，表明路基病害主要发生在地形陡峻的深长路堑和膨胀土发育的高大填方，分布普遍，整治难度大，且随着大气降雨等外界环境的变化，不断发生次生病害。因此，增建二线选线设计时在不良地质发育段采取了避绕，山区尽量采用隧道方案，膨胀土分布区对路堤填料进行物理或化学改良，重点加强了防排水设计，根据边坡高低分别采取植物与工程防护措施，确定合理工期，最大限度地避免各种路基病害的发生，节约运营维护成本，保证行车正常、安全。

［1］李法昶，孙全德.阳安铁路的膨胀土路基病害及整治［C］∥铁路工程地质实例(西北及相邻地区分册).北京:中国铁道出版社，2002.

［2］中铁第一勘察设计院集团有限公司.改建铁路阳安线阳平关至安康段增建第二线工程可行性研究报告［R］.西安:中铁第一勘察设计院集团有限公司，2010.

［3］铁道部第一勘测设计院.改建铁路阳安线扩能改造工程定测路基勘测报告［R］.兰州:铁道部第一勘测设计院，1998.

［4］西安铁路局汉中工务段.路基重点病害库.2009年路基秋检资料［Z］.汉中:西安铁路局汉中工务段，2009.

［5］庄仲欣.朔黄铁路膨胀土路堑设计［J］.铁道标准设计，2005(3):16-17.

［6］胡新杰，洪岩.铁路膨胀土路基病害分布及特性试验研究［J］.铁道标准设计，2007(6):68-71.

［7］铁道部第一勘测设计院.铁路工程设计技术手册·路基［M］.北京:中国铁道出版社，1995.

［8］司剑锋.衮石线膨胀土路基基床翻浆冒泥病害整治［J］.铁道标准设计，2009(5):9-11.

［9］雷大鹏.阳安线裂隙土路基病害防治的探讨［J］.铁道建筑，2003(10):71-72.

［10］中华人民共和国铁道部.TB10035—2006 铁路特殊路基设计规范［S］.北京:中国铁道出版社，2006.

［11］李庆鸿.新建时速200 km铁路改良膨胀土路基施工技术［M］.北京:中国铁道出版社，2007.