赵博

摘 要：高速铁路在实际运行过程中，受种种因素的共同影响，很难完全规避掉路基沉降病害问题，因此需要充分认识到加强高速铁路路基沉降病害治理的必要性，做好病害问题原因的分析，并做好相应病害的针对性治理，从而才能够更好的保护高速铁路运行安全。本论文作于2017年12月，笔者当时担任中交一航局新建兰新铁路第二双线项目经理部副经理职务。

关键词：高速铁路;路基沉降;病害成因;治理措施

高速铁路经常需要露天运行，因此会受到外界天气因素的影响，导致路基土壤出现物理性质变化，引发不均匀沉降问题，除了自然因素，列车实际运行带来荷载影响以及认为因素的影响均会对高速铁路路基带来不利影响，引发不均均沉降问题。因此为了保护列车运行安全，需要加强对路基不均匀沉降病害问题的分析，并提出一些针对性的应对措施，从而为高速列车保护稳定安全运行提供有力保障。

1 加强高速铁路路基沉降病害治理的必要性分析

如今在我国整体交通运输产业飞速发展的大背景之下，伴随着高速铁路建设技术的逐渐应用成熟，如今高铁运输已经成为我国交通运输重要组成部分，在推动我国交通运输发展中发挥着非常重要的作用。从“十三五”规划纲要中我们能够认识到，预计到2020 年推动我国的高铁营业里程成功达到3 万公里目标，并且要求告诉铁路能够成功连接全国覆盖 80%以上的大城市，如今这一目标已经基本实现。但同时我们也应认识到，由于我国幅员辽阔，不同地区自然条件、地质条件分布也比较复杂，伴随着高速铁路的建设投入运行，其中也出现了很多病害问题，在众多病害问题组成中，高速铁路路基沉降病害可以说是最不容忽视的一大病害问题。一旦高铁铁路的路基出现不均匀沉降问题，将会造成铁路不同的结构之间出现不同程度的下沉，严重应铁路结构的受力的平衡性与稳定性，为了让轨面标高保持规范的高度，只能够采用松开扣件，加装垫板的方法进行解决。但这一方法指标不治本，随着铁铁路路基沉降问题逐渐加重，此时在轨道扣件的调整方面，也已经达到了极限的范围，已经无法再满足轨道标高的要求，因此为了保证列车行车的安全，只得选择在一些地基沉降比较严重的路段，实施限速措施，此时高速列车变成了“低速列车”，对于列车整体运行品质带来了非常严重的影响。但事实上，在高速铁路设计之初，国家对于铁路工后沉降有着非常严格的控制标准，以我国的无砟轨道路基为例，要求在完成施工后，应将沉降控制在 15mm以内。虽然当下我国对于地基沉降有着非常严格的控制，并在施工过程中，采用了很多先进的路基加强技术，有效保障了铁路路基的质量，但想要完全避免高速铁路路基沉降仍是一个不切世界的问题，这是因为导致铁路路基沉降的原因有很多，尤其是随着铁路长时间运行，受荷载以及自然地形变换影响，必然会出现各种路基沉降病害问题。区别仅在于沉降是否严重，比如在我国某些个别地区，铁路路基沉降便非常严重，有的路基沉降量超过了50m，远高于我国高速铁路设计规范要求。在这一背景下，有必要在充分了解高速铁路路基沉降病害成因的基础上，分析其中存在的问题，然后提出一些针对性的应对处理措施，从而更好的保护铁路运行安全，推动我国铁路交通运行实现更好的发展^[1]。

2 高速鐵路路基沉降病害成因分析

高速铁路在实际运行时，由于外界环境因素多变，再加上自身荷载的影响，从而使得路基沉降病害在形成方面，通常是由多种因素共同作用而成。笔者通过实际调查分析，并以铁路路基沉降病害中不同因素影响大小为依据，来对高速铁路病害成因问题进行了如下分类：

一是铁路自身结构因素引发的沉降病害问题：这一类型的沉降病害与铁路自身结构的特点有着非常紧密的关系。比如在最初进行勘察过程中，没有做好误差控制，从而致使在铁路设计过程中，没有对铁路结构自身沉降进行有效的处理，最终导致出现严重的工后铁路路基沉降问题;还有一种是相应的铁路地基、路基施工措施没有落实到位，导致地基强度不足，路基也存在严重的压缩变形，最终引发严重的路基沉降病害问题^[2]。

二是受外界自然因素影响所产生的沉降病害问题：高速铁路通常需要露天而建，因此在实际运行时，必然会受到自然气候的影响，比如天气过于寒冷或者过于炎热，都会对路基土体的物理性质带来一定的变化影响。或者由于天气环境过于恶劣，比如铁路所在地区连降数天大于，导致铁路排水不及时，长期浸泡在水中，也会引发严重的沉降病害问题。

三是人为活动因素引起的铁路路基沉降病害问题：高速铁路在实际施工建设过程中，通常会对轨道路基下层的地基有着非常严格的要求，要求是需要加强对铁路轨道下方地基变形的控制，地基以及路基本身对于周边的地形变化也比较敏感。如果在铁路附近存在一些人类工程活动，均有可能对铁路地基以及路基带来一定的变形沉降影响。比如在高铁线路附近，因工程建设原因，需要进行大量的堆土或者抽水施工，这些人为的活动因素都会对铁路附近的地形带来一定的扰动影响，最终引发该路段出现路基沉降病害问题。

四是地下水文地质变化引起的路基沉降病害问题：高速铁路在实际施工建设过程中，通常在人烟稀少的荒郊野外进行，存在很多水文地质变化因素。并且高速铁路工程本身是一种线性工程，在铁路沿线方面，纵向抵抗变形的能力比较弱。在铁路运行期间，一旦沿线的水文地质条件出现了变化，很容易出现不均匀沉降变形问题，都会对高速铁路路基带来一定的影响。这种影响主要表现为：受地面的不均匀沉降的影响，将会对铁路轨道设计高程带来一定的变化影响，同时还会对高速铁路的平顺性带来非常严重的破坏，不仅会对高速列车运行的速度及稳定性带来不利影响，严重时还会造成列车侧翻安全事故。以京沪高铁所经过的地形为例，该铁路沿线地质水文条件比较复杂，一旦地下水位降低，在高速铁路部分路段，便会出现明显的异常沉降状况，最终对于高速列车稳定安全运行带来了严重的安全隐患，面对这些问题，若不及时采用应对措施，任由地面沉降的持续发展，最终会引起该路段的高速铁路路基轨道出现非常大的变形，统一酿成非常重大的列车运行安全事故。因此需要加强区域沉降的控制，更好的保护列车路基稳定性，保障列车运行安全^[3]。

五是过渡段差异沉降：根据最新版的高速铁路设计规范，路基与桥梁、隧道或横向结构物交界处的工后差异沉降不应超过 5 mm，不均匀沉降造成的折角不应大于 1/1000。但是过渡段是高速铁路工程中最薄弱的环节之一，桥梁、隧道或涵洞与路基工程之间即使发生轻微的沉降差，也会严重影响该线路平顺性。

3 高速铁路路基沉降治理方法及存在的问题

3.1 高速铁路路基沉降治理方法

一是局部换填加固法。在具体实施这种加固法时，需要将基床表层部分软土地质挖除，然后重新换上新的土质，这种土质主要由砂石组成，有着良好的强度与稳定，通过进行分层填筑，然后进行夯实处理，从而让新填筑的土质与原本的地基融为一体，达到地基加固的目的。

二是挤密桩加固法。在具体实施该方法时，需要采用圆形钢管桩等材料，直接打入地基，从而土体进行一定的挤压，使得土体整体更加密实，承载能力更强。然后在将打入的桩拔出，并填入一些桩孔内碎石水泥等材料，然后进行夯实加固处理，从而达到地基加固的目的。

三是土工格室加固法。在该方法具体实施方面，通常配合局部换填加固方法共同实施，通常会选择换填层之上，通过进行格栅网的添加，充分借助格栅网的约束力，有效的固定土体，避免出现内部变形移动，促使土体整体强度与承载能力得到有效的提升。

四是注浆加固法。在该方方实施过程中，需要先进行钻孔注浆，将泥浆打入需要加固的到路堤之中，有效提升加固土体的物理力学性能，促使铁路路基整体强度得到有效的改善。在具体实践应用方面，对于普通的铁路而言均有着良好的效果^[4]。

3.2 存在的问题

在上述介绍的几种路基加固方法中，在实际实施方面，均需要暂时停止列车运行，才能够更好的进行施工。因此会对线路运营产生非常大的影响。然而从当前发布的高速铁路运营管理办法来看，铁路暂时中断的的最长时间为 4 h，因此只有选择操作工序最为简单的施工方法才能够满足施工要求，对比上述几种施工方法，注浆加固法不需要大型机械，可以直接进行施工，因此可以说是作为适合的方法。然而在实际应用上，正确的选择注浆材料才是保证施工质量的关键。在具体进行注浆材料选择时，需要对高速铁路施工特征进行充分的考虑，首先在填料方面，如果填料细粉的力度在0. 075 mm以内时，渗透系数会非常低，一般在10^-6-10^-4cm/s，对于水泥浆等颗粒注浆材料而言，在实际应用时，能够注入土体渗透系数为10^-3-10^-2cm/s。通过进行对比，我们能够认识到，常规的水泥浆难以满足高速铁路对注浆的施工要求。并且水浆结石体在变形模量方面，相较于填土有着更高的数量级，从而在实际应用时，很容易受刚度不均匀影响，出现二次病害。为了有效解决这一问题，在实际注浆材料选择时，可以选择低黏度的化学注浆材料，这种材料通常有着优良的渗透性。但与普通的地基加固不同，在高速铁路进行注浆加固施工时，要求结石体需要具备非常大强度因此在1 MPa以上，而对于低黏度化学浆液而言，在整体强度仍有着一定的差距，难以满足实际的填土加固要求。另一方面，在实际采用水溶液注浆材料时，受水溶液的自身流动性较强的特点影响，通常会对土体带来非常大的扰动影响，容易在施工期间出现沉降问题，难以满足实际施工要求。基于此，为有效解决新出现的问题，需要采用以下应对措施^[5]。

4 高速铁路路基沉降病害治理应对措施

为了能够满足高速铁路注浆施工，需要采用自主研发的低黏度改性高聚物注浆材料，为了验证材料适合高速鐵路路基加固施工，文章采用以下试验进行了验证：

4.1 制备填料

采用含土中砂进行填料制备，其中填料不均匀系数为Cu=（d₆₀/d₁₀）=0.75/0.075=10曲率系数为 C_c=（d₃₀×d₃₀）/（d₆₀×d₁₀）=（0.41×0.41）/（0.71×0.075）=2.98。填料分层的含水率为5.5%，并在钢模内，采用分层填筑的方式进行人工捣实，具体分层为1m×1m×1.2m。

4.2 注浆

在实际注浆时，注浆管应沿着填料中部钻孔，下沉至设计位置，然后进行注浆接头的安装，在进行注浆量的控制过程中，可以选择调节注浆时间与注浆压力等参数来实现，确保低黏度浆液注入满足实际施工要求。

4.3 结石体制件

在完成注浆后，需要等待浆液固化再将模板拆除，然后慢慢的剥离结石体周边填料，获得圆柱形结石体，然后再进行切割处理，就可以获得实际需要的试件。

4.4 测试结石体变形模量

通过对制作好的试件进行反复的加载、卸载测试，并从中获得结石体在测试过程中形成的变形模量。期间注意控制好测试参数，一般加载荷载大小控制在 510至40×10⁴N，加载速率控制在100N/s，卸载速率 500N/s。通常实验结果表明，结石体试件在受压至 8. 17 MPa 时，仍能够维持良好的性能。在撤销压力后，弹性模量也会逐渐的恢复，经过进一步计算可得出弹性变形模量为160～190Mpa，这一数值能够有效满足高速铁路填土所要求，说明路基中的结石体不会引发路基刚度不均匀问题，能够应用于实际注浆施工中。

5 结语

综上所述，与一般的铁路路基施工相比，高速铁路路基产生的沉降病害问题原因更为复杂多变，因此为有效实现病害问题的预防，需要进一步加大控制力度，寻找最佳的防治方法，从而有效实现病害问题解决，保证高速铁路能够安全稳定的运行。

参考文献：

[1]蒋骞. 沪宁城际高速铁路沉降规律分析与路基病害治理措施研究[D]. 中南大学， 2014.

[2]仲新华， 陈勋， 杨元治高速铁路路基沉降病害成因分析及对策[J]. 铁道建筑， 2017（11）：69-72.

[3]程康. 兰新高速铁路某区段路基沉降整治措施及治理效果研究[D]. 兰州交通大学.

[4]徐前卫， 苏培森， 唐卓华软土路基沉降病害治理的注浆加固技术及其试验研究[J]. 土木工程学报， 2015（s2）：268-273.

[5]董明. 高铁运营中软土路基沉降病害处治技术[J]. 铁道勘察， 2014（5）：45-48.