严寒地区铁路线路冻害整治工法结题研究报告.doc
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1、严寒地区铁路线路冻害整治结题研究报告中铁三局集团运输工程分公司2015年1月目 录一、计划来源.二、工作报告.三、研究报告.四、证明材料.五、附件.一、计 划 来 源二、工 作 报 告目 录一、背景.61、项目来源.62、国内外研究现状.63、国内外同类技术对比.6二、项目工作情况.71、实施概况.72、技术突破及技术创新点.8三、推广价值及应用前景.91、目前已产生的效益.92、应用前景、市场前景分析.9四、存在问题及改进思路.10工 作 报 告一、背景1、项目来源中铁三技【2011】310号。2、国内外研究现状目前在国内治理冻害的研究成果很多,多主要采用单一措施进行治理,未进行冻害形成原因
2、和发生发展规律进行分析,起不到彻底整治冻害的目的,再加上整治措施不当,导致冻害整治效果降低,本工法结合赤大白铁路沿线地理环境、土层的土质种类、厚度、水文地质、冻土结构等实际情况,采取防治冻害的合理措施,总结冻害的施工工艺,首先研究考虑排水、疏干路基,然后进行整治冻害,了解冻害形成原因,根据合理的冻害整治措施,初期进行实施,根据实施结果,最终确定冻害治理的施工工艺。我国严寒地区铁路线路冻害整治是保证铁路安全运营的基础工作,随着铁路运输要求越来越高,铁路线路冻害整治在运营线工程中应用,并显示了它的优越性,能有效的提高铁路运输能力,延长设备使用寿命,可以简便的实施并具有明显的经济效益。3、国内外同类
3、技术对比目前,国内外对严寒地区铁路线路冻害整治所采用的措施较多,主要分为以下几种形式:1)道床冻害整治:铁路上的冻害50%为道床冻害,根据道床脏污发展规律,将须将轨枕底部道床板结、翻浆帽泥位置进行彻底清筛或换碴整治,清筛厚度尽可能为整个道床厚度,轨枕部分将阻水部分挖掉,使排水畅通,夏季进行注盐整治,冬季由于道床冻结引起的冻害,采取垫板整治冻害作业方式,进行线路顺坡作业;2)表层冻害整治:表层冻害的冻胀高度,一般为30mm50mm左右,采取合理措施排除地表水,降低疏导地下水,挖除换填路基土体中的不均匀土质,进行回填改良土,隔断路基下层水进行彻底整治;3)深层冻害整治:深层冻害的冻胀高度与地下水位
4、的高低有关,地下水位距基床面近时,则冻胀量大,反之冻胀量则较小,地下水流向路基时,采取盲沟、排水槽等措施进行整治;路基土体有浅层地下水,增设明沟,排水沟等措施进行整治;路基本体有深层地下水,换土进行工程整治;本工法的实施,工艺简单、成本低廉,施工难度小,经济又环保。既减少了人力物力的投入,又确保了运营安全,降低了劳动强度和难度,提高了线路设备维修质量。通过合理的整治措施,从而可达到整治冻害的目的。该工法在严寒地区进行了推广,效果显著,应用前景也将越来越广泛。二、项目工作情况1、实施概况1) 主要研究过程及方法本工艺因赤大白铁路线路冻害分布广泛,导致冻害加速了道床的脏污和道碴陷槽的发展,而且促使
5、路基发生其它病害,影响路基的稳定性。同时促使轨道的工作条件恶化,特别是频繁地更换冻害垫板,大大缩短了轨枕和联结扣件的使用寿命,给铁路运营及线路维护工作带来了极大的不便,冻害的存在,不仅增加了线路养护维修的劳力,加大了运营支出,而且会使线路质量下降,严重的冻害,甚至危及行车安全。分处成立冻害防治研究小组,深入冻害现场进行实地考察,调查冻害形成原因、调查研究冻害的发生发展过程、冻害发生的部位、形状、长度、起落时间、历年冻害的高低,通过钻探、挖探等方法,观察土层的土质种类、厚度、水文地质、冻土结构,我们在施工前进行了试设,根据试设结果,最终确定了严寒地区铁路线路冻害整治的施工工艺。2)主要研究成果该
6、严寒地区铁路线路冻害整治施工工艺的研究,通过工程和工务维修措施整治铁路线路冻害,节约冻害整治投入,降低冻害整治工作量、工作强度与处理难度,工程整治方法见效快,易实施,且选材广泛、易实施、因地制宜、对症下药、持久有效、经济合理,很大程度上减少人力物力的投入,降低工务维修劳动强度和难度,确保铁路运营安全。2、技术突破及技术创新点1)关键技术根据铁路线路沿线地理及气候等条件,选择合理的治理措施。根据冻害形成原因和发生发展规律,采取正确的防治措施,彻底整治冻害,提高线路设备质量。采取因材因地制宜,对症下药、持久有效、经济合理的防治措施,通过冻害的发生发展过程、冻害发生的部位、形状、长度、起落时间、历年
7、冻害的高低,通过钻探、挖探等方法,观察土层的土质种类、厚度、水文地质、冻土结构等来确定施工参数,并切实加强施工组织与行车安全管理,加强施工期间的运输组织,利用科学的施工工艺,提高施工作业效率,确保行车和施工安全。消除冻害引起的道床脏污和道碴陷槽的发展,以及路基发生其它病害,减少线路养护维修的劳力,减少列车运营支出。2)创新点通过简单的冻害整治方法,将轨枕底部道床板结、翻浆帽泥位置进行彻底清筛或换碴整治,清筛厚度尽可能为整个道床厚度,轨枕部分将阻水部分挖掉,使排水畅通,夏季进行注盐整治,冬季由于道床冻结引起的冻害,采取垫板整治冻害作业方式,进行线路顺坡作业。与其他设备整修形式相比较,它运用能力更
8、强,灵活性高等特点。采取合理措施排除地表水,降低疏导地下水,挖除换填路基土体中的不均匀土质,进行回填改良土,隔断路基下层水进行彻底整治。严寒地区铁路线路冻害整治这种施工工艺,通过工程和工务维修措施整治铁路线路冻害,节约冻害整治投入,降低冻害整治工作量、工作强度与处理难度,工程整治方法见效快,易实施,且选材广泛、易实施、因地制宜、对症下药、持久有效、经济合理,很大程度上减少人力物力的投入,降低工务维修劳动强度和难度,延长设备使用寿命,造价低,经济、社会效益明显,确保铁路运营安全。三、推广价值及应用前景1、目前已产生的效益利用严寒地区铁路线路冻害整治施工工法治理了赤大白铁路沿线冻害形成的病害,及时
9、整治病害和潜在的病害,消除危及行车安全的处所,经常保持线路轨道设备的均衡完好,整治效果良好。主要表现在:消除了局部病害地段的冻害冻胀高度隐患,保证了行车安全。在运营线整治冻害时,便于操作,延长了反复维修线路作业周期,阻止道床的脏污和道碴陷槽的发展,而且大大降低了路基发生其它病害,提高了路基的稳定性,提高了冻害整修效果,带来了较好的经济效益。提高了轨道的工作条件,特别是减少了更换冻害垫板维修作业频率,大大提高了轨枕和联结扣件的使用寿命,在铁路运营及线路维护工作中消除了安全隐患。严寒地区铁路线路冻害整治降低了设备劣化状态程度,恢复和改善了设备功能,提高承载运营能力,最大限度地延长设备使用寿命,保证
10、了铁路安全运营。2、应用前景、市场前景分析利用严寒地区铁路线路冻害整治施工工法治理了赤大白铁路沿线冻害地段设备病害后,大大降低了维修养护难度,该工艺简单、施工难度小,经济又环保,此工法经济、适用、施工工期较短,大大降低了线路设备整修其他施工常用方案投资成本,为线路设备病害整治施工提供了实践经验,优质、安全、可靠的解决了铁路线路冻害问题的难题,得到了业主单位的一致好评。四、存在问题及改进思路在严寒地区冻害形成原因方面还需进一步探索,对路基填料、填料含水量、路基道床内温度与冻胀的关系;路基道床在冻结过程中,水分这一内在因素影响冻胀等方面进行调查,使冻害整治效果及施工路基方面提供较好的基础参考数据,
11、进行解决源头施工工艺,减少路基道床可能出现的冻害,为严寒地区铁路线路冻害整治工艺更为成熟。三、研 究 报 告目 录一、研究背景.二、研究方案、技术路线.三、主要研究内容.1.铁路线路冻害形成原因.2.严寒地区铁路线路冻害类型.3.铁路线路冻害危害程度.4.严寒地区铁路线路冻害整治的工程特性5.道床冻害整治工艺流程及线路整修质量标准.6.路基表层冻害及深层冻害整治工艺流程及线路整修质量标准.7.材料和设备.8.质量控制.9.安全防护措施.10.环保措施.11.经济、社会效益分析.12.工程应用情况.严寒地区铁路线路冻害整治施工工法中铁三局运输工程分公司孙浩然 孙振华一、研究背景 赤大白铁路是赤峰
12、至大板至白音华地方铁路,我公司承担了赤大白铁路独石至白音华段(K142+000kmK330+765km)以及白音华二、三号矿铁路专用线所有线路、桥梁、隧道、涵洞及线路附属设备的维修养护工作。沿线巴林右旗为寒冷地区,西乌珠穆沁旗为严寒地区、夏季酷热,冬夏季昼夜温差较大,春、冬两季多风,气候干燥,蒸发量大。最高温度40度、最低温度40度。线路沿山走向较多,高路提、深路堑、多桥梁、长隧道和沙漠路基组成。 由于沿线严寒地区春、冬两季铁路线路冻害分布很广,冻害不仅会加速道床的脏污和道碴陷槽的发展,而且会促使路基发生其它病害,影响路基的稳定性。同时,冻害还会使轨道的工作条件恶化,特别是频繁地更换冻害垫板,
13、大大缩短了轨枕和联结扣件的使用寿命,给铁路运营及线路维护工作带来了极大的不便,冻害的存在,不仅增加了线路养护维修的劳力,加大了运营支出,而且会使线路质量下降,严重的冻害,甚至危及行车安全,为了确保运营安全,降低维修费用,延长设备使用寿命,于2014年成立严寒地区铁路线路冻害整治施工工法课题研究小组,重点研究铁路线路冻害引起的危害程度、工程特性、施工工艺流程及操作特点、材料设备、质量控制、以及冻害整治技术安全措施、环保措施、效益分析、应用实例等。二、研究方案、技术路线赤大白铁路沿线很多地段先天不足且填料形式多样化,夏季雨水较多,冬季昼夜温差较大,严寒地区铁路线路冻害分布广泛,导致冻害地段线路道床
14、脏污和道碴陷槽的发展,导致冻害地段线路变化较大,造成轨道工作条件恶化,特别是频繁地整修冻害线路,大大缩短了轨枕和联结扣件的使用寿命,给铁路运营及线路维护工作带来了极大的不便,随着运输能力的增加,使线路质量下降,危及行车安全,我们通过工务维修处理冻害造成的线路设备病害,每年都投入许多劳力和强度,且整治效果不理想,反复性维修,维修质量不高。综合这些因素,经过我们认真分析、比较,决定,采取以下措施对不同冻害形式进行合理整治:1. 对道床冻害地段根据道床脏污发展规律,将轨枕底部道床板结、翻浆帽泥位置进行彻底清筛或换碴整治,清筛厚度尽可能为整个道床厚度,轨枕部分将阻水部分挖掉,使排水畅通,夏季进行注盐整
15、治,冬季由于道床冻结引起的冻害,采取垫板整治冻害作业方式,进行线路顺坡作业;2.对表层冻害采取合理措施排除地表水,降低疏导地下水,挖除换填路基土体中的不均匀土质,进行回填改良土,隔断路基下层水进行彻底整治;3.对深层冻害整治方式根据深层冻害的冻胀高度与地下水位的高低关系,地下水位距基床面近时,则冻胀量大,反之冻胀量则较小,地下水流向路基时,采取盲沟、排水槽等措施进行整治;路基土体有浅层地下水,增设明沟,排水沟等措施进行整治;路基本体有深层地下水,换土进行工程整治。三、主要研究内容严寒地区,路基道床在冻结前原有含水量所形成的体积膨胀是有限的,而造成较大的体积膨胀则是冻结过程中水分迁移的结果,影响
16、冻胀量的主要因素,通常归纳为土、水、温度和压力四项,即严寒的气温、有冻胀敏感性的土、含有一定量的水和一定的压力四项因素,在条件充分时其冻胀量大,反之则冻胀量小或不冻胀。1.铁路线路冻害形成原因:1.1道床脏污不洁,在秋季降雨时,雨水大量的流入道床,而道床中脏污物和轨枕下道床板结所形成的不透水层,以及路基基床面的道碴陷槽,使得重力水滞留其中,当气温下降,道床冻结,同时道碴的孔隙被泥土和脏污物充填,就为冻结时水分的重分布提供了条件,当路基土体冻结时,在道碴陷槽中抽吸水分,大量聚水成冰,当超过了道碴孔隙的容量时,就产生道床表面胀起。因线路上水沟、道碴陷槽的储水量和位置不同,或因线路的走向,使冰冻的速
17、度快慢和冻结的深浅不同,吸入的水量多少也不相同,最后表现为短距离内的冻胀高度存在差异而形成冻害。1.2对冻害地段路基填料进行原因调查试验数据显示:影响冻胀量的主要因素,土、水、温度和压力四项条件相同,起其冻胀的顺序为高岭土粉质土砂粘土,当土中粒径小于0.05mm的粉粘土时,其冻胀性能主要取决于粉粘土的含量。1.3路基道床内的含水量大于起始冻胀含水量时,即开始冻胀;当含水量继续增大时,冻胀更为明显;起始冻胀含水量是在稳定负温条件下,冻胀系数为零时的含水量;粘土的起始冻胀含水率为12%左右、砂粘土为18%;1.4当地气温越低则冻结速率越快,在荷载的作用下,会使各种形态水的起始冻结温度下降,并影响未
18、冻水含量的变化,土层被压密,自由水的重新分布受到阻碍,在冰洁层下产生压缩沉陷。2.严寒地区铁路线路冻害类型:2.1道床冻害,即冬初时开始冻胀,在冬季上半期后趋于稳定,冻胀高度一般为10mm25mm,约占线路冻害总数的50%左右;2.2表层冻害,即深度一般是从路基基床面向下至0.8m范围内,冻胀高度一般为30mm50mm,大多在冬季上半期发展到顶点,在解冻时首先进行回落;2.3深层冻害,即产生在路基基床土体的临界冻结深度的下半部分,即路基基床面0.8m以下为冻结所形成的冻害,深层冻害表现的大小与地下水位的高低有关,地下水位距基床面近时,则冻胀量大,一般深层冻害产生的时间较晚,在冬季的后半期产生,
19、直到冬季末才能停止。 3.铁路线路冻害的危害程度 3.1冻害地段线路变化较大,加速道床的脏污和道碴陷槽发展,促使路基发生其它病害,道床污染板结、排水不良、造成线路暗坑空吊和翻浆帽泥,道床失去弹性,加剧轨道工作条件恶化,影响路基稳定性,特别是频繁地整修冻害线路,大大缩短了轨枕和联结扣件的使用寿命,给铁路运营及线路维护工作带来了极大的不便,随着运输能力的增加,使线路质量下降,危及行车安全,3.2自2009年8月31日试运行以来,单一的工务维修措施整治铁路线路冻害,无法解决冻害问题,每年重复发生,并无法彻底解决病害处所,随着车流密度的增加,使线路质量下降,危及行车安全。4.严寒地区铁路线路冻害整治的
20、工程特性本工法整治冻害时,首先进行排水、疏干路基、然后使用其他措施相配合的方式进行整治冻害,根据道床冻害、表层冻害、深层冻害形成特性,采用合理的冻害整治措施,来消除线路局部病害地段的冻胀高度。5.道床冻害整治工艺流程及线路整修质量标准结合道床冻害地段道床脏污、板结程度,确定合理的轮筛周期,在雨季之前,将轨枕底部道床板结、翻浆帽泥位置进行彻底清筛或换碴整治,清筛厚度尽可能为整个道床厚度,轨枕部分将阻水部分挖掉,使排水畅通,夏季进行注盐整治,冬季由于道床冻结引起的冻害,我们采取垫板整治冻害作业方式,进行线路顺坡作业。5.1清筛施工工艺:道床清筛采用分段倒筛法,两人为一组,每组间隔至少四根轨枕。倒筛
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