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兰新铁路冻害原因分析及整治措施

文档作者：史宏章1，于春海2，杨有海2 文档来源： 1．兰州铁路局武威工务段 2．兰州交通大学土木工程学院		点击数：	更新时间： 2025年03月04日
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上一篇：路堑开挖对既有铁路隧道影响数值分析

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·202·
路基工程
Subgrade Engineering 2010年第6期(总第153期)
兰新铁路冻害原因分析及整治措施
史宏章1，于春海2，杨有海2
(1．兰州铁路局武威工务段，甘肃武威733000；2．兰州交通大学土木工程学院，兰州730070)
摘要：分析兰新铁路冻害的原因，提出了兰新铁路冻害分为道床冻害和路基冻害，道床冻害是
由于外界黄土进入道床及翻浆冒泥而产生。通过室内试验数据，说明路基土的土质、含水率及温度是
路基冻害的主要原因。阐述了兰新铁路冻害整治的思路及措施。
关键词：铁路冻害；道床冻胀；路基冻胀；冻害整治
中图分类号：U213．1+4 文献标志码：B 文章编号：1003—8825(2010)06—0202—02
0引言
兰新铁路贯穿于甘肃河西走廊，线路海拔2 100
m左右。1958年修建为单线铁路，1994年建成复线。
由于修建时间较长，加之冬季气候寒冷，线路冻害大
面积出现并逐年加重。2005年武嘉电气化改造完成
后，随着列车行驶速度的提高，线路冻害已严重阻碍
了铁路提速的发展进程。因此，分析兰新铁路冻害的
原因，查明各种因素的影响规律，是选择病害整治措
施的关键。
1铁路冻害及对运营影响u1
由于路基体内含水率过大，冬季气温降低，产
生水分由下向上迁移，路基表层冰晶体增大，加之
道床内板结严重，达到了粗颗粒土冻胀的条件，兰
新铁路冻害就会不断发生，而铁路冻害对运营造成
了不良影响：①由于冻胀及融沉往往是不均匀的，
导致列车行驶的不平稳性和不舒适性；②使铁路的
维修和养护工作量增加，消耗了大量的人力、物力
和财力。
2兰新铁路冻害的原因
2．1道床冻胀及其原因
新线的道床由一定级配的碎石组成，内部的含泥
量为零，从而起到稳定线路结构及分散列车荷载应力
等作用。
(1)由于兰新铁路修建时间较长，且位于西北
黄土及戈壁地区，春季和秋季的大风引起黄土飞扬，
泥土容易进入道床内，使其内部含泥量过多。
收稿日期：2009-09一07
作者简介：史宏章(1962一)，男，宁夏中卫人。工程师，主要
从事冻土路基病害整治研究。E—mail：yangyh@
mail kjtu．cn口
(2)由于线路春季翻浆冒泥，泥水由路基表层
向道床表面移动，造成道床内含泥量过大。
粗颗粒土含泥量小于12％时，冻胀量很小。当
含泥量达到20％一50％时，冻胀量可达到10—20
mm。含泥量越大，道床的冻胀量绝对值越大乜】。通
过室内试验，如兰新线K789+290含泥量为25．4％，
K665+500为23．2％等，含泥量均超过12．0％。因
此，道床冻胀在线路冻害中起到不可忽视的作用心]。
2．2路基冻胀及其原因
2．2．1土质
取兰新铁路试验段内K41 1+500处土体进行室内
试验，试验结果如表1。
表1土的基本试验数据
类别液限／％塑限／％塑性指数粒径o．05一o．002mm／％
粉质粘土28．5 16．7 11．8 61．48
由表1可知：兰新铁路路基土的类别为粉质粘
土，其冻胀量最大，粘土次之。土颗粒粒径在0．1。
0．05 mm内土体就会发生冻胀；土颗粒粒径为0．05
—0．002 lnln时具有最大冻胀性；当粒径小于0．002
mm，土颗粒分散性增大，使水分迁移量减小，冻胀
性也就相应减弱_1。试验数据中，土的粒径在0．05
—0．002 l／lln范围内的土占61．8％，因此，路基填
料系冻胀量较大的粉质粘土，为路基冻胀的原因之
。‘一o
2．2．2路基土体内的含水率
粉质粘土的起始冻胀含水率(在没有地下水补给
的封闭系统内)基本接近于塑限。对兰新铁路K411
+234一+620试验段内含水率进行实测，结果如表
2、图1及图2。
万方数据
史宏章，等：兰新铁路冻害原因分析及整治措施-203·
表2 K411+375断面左侧路肩含水率％
含水率w／％
O 5 10 15 20 25 30 35
-50
一100
一150
一200
一250
—300
—350
图l整治试验段K411+375上行线左侧路肩w-h的关系
含水率w1％
O 5 10 15 20 25 30 35
-50
口一100
妄一150
聪一200
鄹一250
—300
—350
图2整治试验段K4ll+375下行线左侧路肩．．，—由的关系
根据K411+375断面处含水率数据，上行左侧路
肩的含水率最大值为29．00％，最小值为21．63％；
下行左侧路肩的含水率最大值为29．89％，最小值为
19．24％。试验段内土体的塑限为16．74％，路基土
内的含水率全部大于塑限。试验段内土体的渗透系数
5．05×10一em／s。当水分从路基边坡蒸发时，边坡土
体由于水分散失形成一层硬度较大的干土体，而路基
内部的水分不能散失，终年保留在路基体内部。当冬
季温度降低时，形成冻胀。因此，路基冻胀的原因之
二为路基土体内的含水率较大。
2．2．3温度
兰新铁路冻害严重地段，冬季气候寒冷持续时间
长。每年气温处于零下的时间段为11月份至第二年
的4月初，冻害严重地段负气温持续时间长，即冻结
周期长。负气温持续时间长则负气温累计值大，冻结
指数大，土体的冻深大，在相同土质的情况下，土体
的绝对冻胀量大p1。·
如图3，温度与冻胀值的关系为：随着温度的逐
渐降低，冻胀量逐渐增大。因此，路基冻胀的原因之
三为路基土体内温度冻结周期长且负温绝对值大。
另外，影响兰新铁路路基冻害的因素还有列车荷
载，但其在线路上的每一个点基本上都是瞬间通过，
荷载对冻害的影响很小。
24
20
16 l
12言
8
4
—10 —8 —6—4 —2 O
玎℃
整治试验段K4ll+375 Z乙Ah的关系
3冻害治理思路及措施H1
通过对兰新铁路冻害的分析，产生铁路冻害的主
要原因为道床脏污、路基土质为粉质粘土、路基体内
含水率较大及外界大气温度低等。解决铁路冻害问题
需从以上几种原因考虑。
(1)对道床进行清筛，清除或减少道床内的细
颗粒土含量，使之不能达到冻胀条件。
(2)应用防渗技术，在道床与路基表面铺设土
工膜，使路基表层形成封闭形式，外界水分不能够进
入路基本体，阻止路基体内含水率的增大。
(3)应用疏于排水管排水技术，排除路基体内
的自由水，降低路基体内的含水率。当冬季气温降低
时，通过疏干排水孔群阻断路基体下部的水分向上迁
移的路径，从而减少路基体的冻胀量。
(4)在路基体表层铺设保温板，隔断路基体与
外界温度进行热量交换，保持路基体内的温度为正
温，从而减少或消除路基的冻害。
4结语
兰新铁路道床和路基冻害是因路基土为粉质粘
土，其含水率大，且路基的冻结周期长，负温绝对值
大所致。据此，提出了针对性强的防渗、疏干及铺设
保温板等措施予以整治。
参考文献：
[1]黄明奎．寒区路基新结构设计原则——粒径改艮路基[J]．路基工程，
2008(5)：16一17．
[2]沈德力，蒲文．季节性冻土路基处理及施工方法[J]．工程科技，
2005(3)：63．
[3]项玉璞，曹继文．冻土的基本理论[M]．中国建筑工业出版社．1998．
[4]郭奕清．冻土地区路基的主要病害分析与防治措施[J]．山西建筑，
2007(27)：309．
2
3
o
图
一 4
万方数据
·204·
路基工程
Subgrade Engineering 2010年第6期(总第153期)
大相岭隧道涌水塌方处理技术
李建军1，杨鲜明1，黄水亮2
(1．中铁十二局集团第三工程公司，太原030024；2．西南交通大学土木工程学院，成都610031)
摘要：大相岭隧道是一座长大深埋隧道，裂隙水发育，部分地段涌(突)水现象严重。在施
工中采用了注浆加固初期支护、引排水与注浆堵水以及仰拱、衬砌紧跟等措施，确保了施工安全。可
供同类隧道地质灾害处理的借鉴和参考。
关键词：长大深埋隧道；涌水塌方；掌子面；注浆
中图分类号：U455．49 文献标志码：B 文章编号：1003—8825(20lo}06—0204—03
O 引言
隧道涌水塌方的实质是围岩的含水层结构、水动
力条件和围岩力学平衡状态，因隧道开挖而发生了急
剧的变化，使存贮在地下水体中的能量瞬间释放，并
以流体形式高速地向隧道内运移的一种动力破坏现
象H‘4】。大相岭特长隧道是雅安一石棉一泸沽高速公
路控制性工程之一，隧道位于四川省汉源县九襄镇，
长约lO km，最大埋深l 648 m，穿越大渡河与青衣江
两大水系的分水岭——大相岭，地貌属深切割高中山
区，裂隙水发育。涌水塌方的地层岩性主要为火山
岩，气候干湿季节分明。
1涌水塌方过程
收稿日期：2009-09一04
作者简介：李建军(1966一)，男，山西昔阳人。高级工程师，主
要从事隧道地下工程施工和管理。E—mail：226323790
@qq-como
大相岭隧道掘进过程中多次发生涌水塌方，现以
一处涌水为例，描述其涌水塌方过程。
2009年5月20日21：50时，大相岭隧道右线
YK62+131掌子面正在开挖，发现YK62+159一
+133段拱顶右侧至拱腰范围内的初支出现掉块，拱
架变形，随即YK62+150～+131段初期支护出现大
面积的塌方；22：20时YK62+155段右侧起拱线位
置初支垮塌约5 m3，地下水由塌体背后涌出；后在
YK62+155～+150段也开始垮塌，导致118工字钢
及格栅拉断，同时又出现大面积涌水，且呈乳白色
状，使隧道右线总涌水量达16 000 m3，扣除平时涌
水量5 000 m3左右，掌子面局部涌水量为11 000 m3
左右。涌水量随时间推移而减少，因隧道的左前上方
有一囊状空洞储水。
2处理技术
卅¨Ip，_●I_，q●_一¨l●P—¨●h—州¨一一l●¨—_lI-一，¨“-—ⅥI-一帅¨一q～_一“qI-一¨I_·—¨¨一¨¨"一帅··一¨¨··，州●I-一‰p卅‰一州¨¨一-¨-一。-¨-p州¨一I_1．_·一¨¨··一HII-。Ⅲ¨7q¨¨—H“．’一l●H，_¨¨，_¨_一I⋯_一Hl●¨—¨lI¨一‰_一帅一●--。q●m7_¨p一‰·。m¨¨。_h“一q忡
Causes Analysis and Treatment Measures of Freezing Damage of Lanzhou-Xinjiang Railway
SHI Hong—zhan91，YU Chun—hai2，YANG You．hai2
(1．Wuwei Construction Section of Lanzhou Railway Bureau，Wuwei 733000，Gansu，China；
2．School of Civil Engineering，Lanzhou Jiaotong University，tanzhou 730070，China)
Abstract：This paper analyzes the causes of freezing damage of Lanzhou—Xinjiang Railway and puts forward
that such freezing damage is divided into roadbed damage and subgrade damage．Roadbed damage is produced
by soil burst and inrush due to external loess entering roadbed．Through indoor test data，it is indicated that
the quality，water content and temperature of subgrade soil are the main causes of subgrade freezing damage．
Finally，this paper describes treatment concept and measures of freezing damage of Lanzhou—Xinjiang Railway．
Key words：railway freezing damage；track bed frost heaving；road bed frost heaving；freezing damage treatment

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