暴雨导致铁路路基典型损毁形式及工程防护措施

吴广盛

【摘  要】暴雨是严重的气象灾害，会导致铁路路基遭受严重威胁。暴雨导致路基直接破坏的主要类型有路基沉降或塌陷、路基脱空、坡面冲刷、严寒冻胀等，受间接破坏的原因有铁路沿线边坡破坏、洪水淹没、泥石流和附属结构倒塌等。由于路基自身的薄弱性，必须对路基进行防护，保证其安全稳定性，按路基使用时期可以分为设计施工阶段及运营阶段。

【Abstract】Rainstorm is a severe meteorological disaster that can cause serious threats to railway subgrades. The main types of direct roadbed damage caused by rainstorm are subgrade settlement or collapse， subgrade emptiness， slope erosion， severe cold and frost heaving， etc. The reasons of indirect damages include slope damage along the railway， flooding， mudslides and collapse of auxiliary structures. Due to the weakness of the roadbed itself， the roadbed must be protected to ensure its safety and stability. It can be divided into the design and construction phase and the operation phase according to the period of use of the roadbed.

【关键词】暴雨;铁路路基;防灾减灾;工程措施

【Keywords】rainstorm; railway subgrade; disaster prevention and mitigation; engineering measures

【中图分类号】U216                                 【文献标志码】A                                   【文章编号】1673-1069（2020）03-0182-02

1 引言

铁路是我国交通运输行业的重要途径之一，随着铁路运输发展的速度提升、重载铁路的承载不断提高，对铁路正常运行的安全保障措施已成为近年来研究的热点和重点，尤其是在针对自然灾害对铁路造成的危害和防治措施方面已有了大量的研究[1～10]。本文对暴雨条件下铁路路基遭遇典型损伤和破坏的形式进行了分析，并提出了相应的工程防护措施。

2 暴雨对铁路路基的危害

我国地域范围广，区域性气候明显，气象变化难以预测，地质类型复杂多样。铁路路基受气象和地质的影响因素大，因此，极有必要做好气象灾害对铁路路基的灾害预防和应对工作。暴雨是常见的气象灾害，我国气象部门定义暴雨为24h降水量为50mm以上的强降雨，超过100mm/天称为大暴雨，超过250mm/天称为特大暴雨，主要集中在大兴安岭—阴山—贺兰山—六盘山—岷山—横断山以东区域，发生频率大、范围广，难以预测。暴雨将会导致大范围土地含水率急剧上升，导致水土流失和植被破坏，河道遭受水流冲击等。此外，我国许多河流堤防标准较低，城市防洪标准大部分在30年一遇以下。铁路路基是铁路运输系统中重要的结构，影响列车轮-轨动力学关系，且由于修建材料的限制而处于抵抗力薄弱部分，铁路路基一旦遭遇破坏，必将危害上部道床、轨枕和轨道等构件的稳定性，从而严重危害列车运行安全性。2018年7月，黑龙江省遭遇严重暴雨，多处铁路线被迫停运或限速运行，如图1所示。我国近几十年来因为水灾导致铁路线遭受影响的频率为年均100余次。因此，极有必要进行暴雨对铁路路基的危害研究。欧阳明哲通过试验和数值模拟手段，验证了纤维土护坡技术的运用性能;李玉洁建立了路基边坡渗流计算模型并验证了其准确性，参与了水毁预警管理系统的设计;王斌研究分析了湿陷性黄土路基的特点，并进行了路基防护与支挡工程的措施分析。

3 暴雨导致铁路路基破坏形式

路基破坏往往与路基所处地质地貌有重要关系，暴雨主要影响土体中的含水率，导致地质地貌发生改变从而影响路基安全，根据路基破坏的原因和表现，主要可以分为直接破坏和间接破坏。

暴雨导致路基直接破坏的主要类型有路基沉降或塌陷、路基脱空、坡面冲刷、严寒冻胀等。在列车荷载作用下，由于路基在含水率提高后力学性能将会改变，土体承载能力降低，因此，路基本体发生结构变形，从而发生直接破坏。在交通荷载作用下，路基发生自然沉降，但暴雨会导致土体软化，沉降过程加快，从而发生较大的瞬间沉降，严重危害路基安全。在部分特殊地质，如膨胀土、黄土或软土地区，还可能发生突然性的路基塌陷，造成难以行车。2017年11月，暴雨导致西班牙南部某铁路路基被冲毁，从而造成列车脱轨，数十人受伤，次年7月，暴雨导致土耳其西北部铁路路基塌陷，造成10死73伤的惨痛事故。在暴雨条件下，由于地形原因形成的水流汇集后导致地下水急剧增加，形成地下水流“暗涌”，不断冲击路基下部土地，最终导致路基下部脱空现象;暴雨会直接冲刷路基坡面，由于雨水自身的冲击性和弱腐蚀性会破坏表面的保护层，造成坡面经冲刷后结构变形，威胁整体穩定性;在严寒时节，我国部分区域暴雨过后铁路路基还面临吸水后冻胀的问题，导致路基变形。此外，在铁路沿线过渡段区域，暴雨造成的土体性质变化会造成刚性不均匀现象更为明显，或是造成过渡段连接区段分离。

暴雨不仅导致铁路路基直接破坏，还有可能导致铁路沿线相关构筑物破坏，从而造成路基遭受次生灾害，发生间接破坏。暴雨导致的路基受间接破坏的原因有铁路沿线边坡破坏、洪水淹没、泥石流和附属结构倒塌等。铁路沿线往往分布有数量众多的山体、丘陵等地形，边坡在暴雨后有极大的破坏风险，极可能发生滑坡、错落和滑塌灾害，边坡破坏不仅直接威胁行车安全，破坏后的土体还极可能冲毁轨道和路基;在地势低洼地段，暴雨会导致路面积水后形成洪流，从而覆盖路基，导致难以行车;暴雨在土石松软的地段还可能形成泥石流，严重威胁路段车-轨-路的安全。此外，路段附属结构很可能因为暴雨冲击而发生倒塌，入侵轨道，砸毁路基。

4 暴雨下路基防护工程措施

由于路基自身的薄弱性，必须对路基进行防护，保证其安全稳定性。路基防护工程按路基使用时期可以分为设计施工阶段及运营阶段。

在路基设计施工阶段，应当在严密的地质勘查之下，尽量避免铁路路基与沿线高陡边坡相邻，如无法避免，必须做好相应护坡措施;应尽量避免穿越土质薄弱地段，以免暴雨后该地段吸水后发生顺势沉降;避免铁路路基与河流相邻，暴雨后形成的河流冲刷作用可能掏空路基下部;路基附近应包含良好的排水结构;施工时可以考虑采用新型材料和形式修建路基。此外，施工质量也是影响暴雨对路基冲刷作用的重要因素。

在路基运营阶段，由于暴雨灾害的高频性，应当定期进行铁路路基的检测工作;在路基已遭受暴雨破坏后，应针对破坏形式进行相应的维修处理，如进行填补和注浆等措施;建立灾害监测系统，可以有效及时实行应急管理措施;建立暴雨灾害应对安全预案，各部门及时合作应对灾害。

5 结语

暴雨是严重的气象灾害，导致地质地貌发生改变，破坏铁路路基的安全稳定性，多次导致事故发生。根据路基破坏的原因和表现，主要可以分为直接破坏和间接破坏，直接破坏的主要类型有路基沉降或塌陷、路基脱空、坡面冲刷、严寒冻胀等，间接破坏的原因有铁路沿线边坡破坏、洪水淹没、泥石流和附属结构倒塌等。路基防护工程按路基使用时期可以分为设计施工阶段及运营阶段。

【参考文献】

【1】张庆.高速铁路路基施工质量控制与沉降预防对策[J].科技资讯，2019，17（19）：71-72.

【2】欧阳明哲.铁路路基边坡合成树脂纤维土防护技术研究[D].哈尔滨：哈尔滨工业大学，2017.

【3】李玉洁.山区铁路路基水毁机制研究与预警系统开发[D].成都：西南交通大学，2015.

【4】王斌.兰州铁路局管辖内湿陷性黄土路基病害模式及防治措施研究[D].成都：西南交通大学，2015.

【5】张高杰，韩高阳.基于高速铁路路基边坡稳定性的分析[J].低温建筑技术，2015，37（01）：122-124.

【6】路遥.铁（公）路路基冲刷破坏特征与抗冲刷等级评价研究[D].长沙：中南大学，2013.

【7】郭增强.铁路路基边坡降雨冲刷行为与规律的研究[D].北京：中国铁道科学研究院，2012.

【8】殷昊.地震地区铁路路基的风险管理[D].成都：西南交通大学，2011.

【9】何林业.铁路安全运输呼唤环境保护和水土保持[J].中国水土保持，2000（01）：43-44.

【10】刘子臣，赵改英.隴海铁路宝鸡──天水段路基的气象灾害及路基气象综合效应研究[J].灾害学，1995（04）：38-42.