一种既有线土质路基冻胀融沉治理方法与流程

本发明涉及铁路养护技术领域，具体涉及一种既有线土质路基冻胀融沉治理方法。

背景技术：

在既有线堤坝式土质铁路路基中，由于土壤颗粒中含有未饱和水，而使得冬季气温降低至冰点以下时，土壤颗粒中的水分结晶，使得土体体积增大。当土壤颗粒中的未饱和水达到一定含量时，结晶所导致的路基土体膨胀率增大，从而使得路基线型变化，严重时影响铁路运营安全；同时到第二年春季，由于大气温度回升，路基土体冻胀消融形成春溶，又造成路基土体液化沉降，仍然影响铁路运营安全。

土质路基冻胀机理：以太中银铁路绥德段为例，该线路路基为堤坝式级配土壤路基，路堤高度5米，坡比1:1.75，基床表层为0.5米级配碎石和0.1米粗砂夹两布一膜土工布，基床底层填料为粉细砂。

由于路基基床内部排水不畅，加之冬季严寒，冬季路基出现冻涨病害和春季的春溶病害发生。2017年初冬季冻涨造成的路基隆起最大高度达到200mm，冻涨深度主要在基床表面下1.5米(土工布下1米)处。

冬季土壤的冻涨主要有两方面因素：其一，土壤中含水率超过冰冻临界值，冬季气温降低时，出现土壤冻涨；其二，在冬季由于地下温差问题，地下水向上运动，接近地表时，在地表低温作用下，形成竖向冰晶，冰晶迅速成长并联合成晶状体，当晶状体继续成长，它们取代土壤，导致土体冻涨。

冰晶数量(土壤冻涨程度)与土壤成分、粒径大小和土壤压实度有关系。黏质土大于砂砾土、小粒径大于大粒径、压实土大于松散土。

根据上述太中银线路路基结构设计和技术要求，可知太中银铁路路基属于小粒径压实土体，加之路基基床上部(0.5米处)有两层土工布和一层防水膜的阻挡，造成了地下水蒸发的阻碍，使得路基基床内含水率大于当地自然地貌状态下土壤含水率，因此冬季冻涨的几率和程度较大。

传统有效治理冻胀和春溶方法主要有：

(1)置换法：在冻涨的土壤中置换70％以上的非冻涨材料；

(2)隔温法：在路基基床中铺设隔温材料，阻断冻涨“路桥”；

(3)稳定法：在冻涨路基土体中掺入石灰和水泥，改变土壤含水率，取得土体的稳定。

上述三种方法在新建铁路线上可以采用，但是在既有铁路线中明显不适用：其一，成本太高；其二，断路影响铁路正常运营。

(4)既有线传统治理冻胀和春溶的方法

本着施工便捷，成本低廉、不影响列车运行的原则，铁路运营部门目前常用方法是在冻胀严重路段(特是涵洞位置)的线路道砟与路基结合面，埋设φ50打孔pvc管，打孔孔径为φ10，孔间距不确定。此种方法由于孔径较大间距不确定，且没有保土设计，因此出现堵塞和不排水现象；加上操作工艺条件限制，埋管深度较浅，因此基本无效。

长期以来，土质路基的冬季冻胀和春节春溶病害是一直困扰铁路运营维养部门的顽疾，亟待有效的解决。

技术实现要素：

针对现有技术的不足，本发明提供了一种路基冻涨通风管，通过在通风管内设置无动力风机，同时通风管两端的端口通风口径不一致，提高了通风管内空气流动速度，高速流动的气流将通风管外壁周边土壤颗粒中的未饱和水分带出，降低了土壤颗粒中的含水率。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

一种既有线土质路基冻胀融沉治理方法，包括如下步骤：

(1)对既有线路的路基土质含水率进行测定，确定线路路基冻胀率和冻胀深度；

(2)计算线路路基所需要的蒸发量；

(3)根据步骤(2)计算得到的蒸发量以及通风管单管测定的蒸发能力确定所需通风管的数量、通风管纵向间距、排布方式和最小埋设深度；

其中，所述通风管在两端具有通风口径不一致的两个端口，所述通风管内安装有至少一个无动力风机，所述通风管密布设置有连通所述通风管的外部和内部的干燥孔；

(4)根据步骤(3)的结果安装所述通风管。

进一步的，所述通风管包括通风管本体，以及分别安装在所述通风管本体的两端的变径接头和格栅堵头；所述变径接头的通风口径小于所述格栅堵头的通风口径，所述无动力风机安装在所述通风管本体内，所述干燥孔设置在所述通风管本体上。

再进一步的，所述通风管本体包括多个通风管子体，以及依次连接多个所述通风管子体的多个连接头；所述干燥孔分别设置在多个所述通风管子体上。

优选的，所述变径接头为卡隼式变径接头。

优选的，所述格栅堵头为卡隼式格栅堵头。

优选的，所述连接头为卡隼式等截面接头。

更进一步的，所述干燥孔等间距设置、且相邻所述干燥孔的间距为20mm，所述干燥孔的孔径为10mm。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

(1)本发明的通风管两端的端口通风口径不一致，形成狭口，从而使得通风管两端自然空气在管内形成流动，管内安装无动力风机，在管道内空气流速下，无动力风机旋转，提高管内空气流动速度；通风管密布设置干燥孔，管内高速流动的气流将通风管外壁周边土壤颗粒中的未饱和水分带出，降低土壤颗粒中的含水率，将土壤颗粒中的含水率降低到土体冻胀率不影响路基形态；

(2)由于通风管工作过程不使用外在动力，通过自然风即可达到降低路基土壤颗粒含水量的目的，运行成本低廉。

附图说明

图1为本发明实施例的结构示意图。

图2为本发明实施例的a-a剖视图。

图3为本发明实施例的变径接头结构示意图。

图4为本发明实施例的格栅堵头结构示意图。

其中，附图标记对应的名称为：

1-无动力风机，2-干燥孔，3-变径接头，4-格栅堵头，5-通风管本体，6-连接件。

具体实施方式

为使本申请的目的、技术方案和优点更为清楚，下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明，本发明的实施方式包括但不限于下列实施例。

实施例

如图1至图4所示，本实施例提供了一种既有线土质路基冻胀融沉治理方法，需要说明的是，本实施例中的“第一”、“第二”、“第三”等序号用语仅用于区分同类部件，不能理解成对保护范围的特定限定。另外，本实施例中的“底部”、“顶部”、“侧边缘”等方位用语是基于附图来说明的。

该既有线土质路基冻胀融沉治理方法，包括如下步骤：

(1)对既有线路的路基土质含水率进行测定，确定线路路基冻胀率和冻胀深度；路基土质含水率进行测定方法有称重法和张力计法，常用的是称重法，其计算公式为：重量含水率ω＝mw/ms，其中，ω：重量含水率。

(2)计算线路路基所需要的蒸发量，计算公式为：q＝ω*w—ω小*w，其中：q：所需蒸发量、ω：重量含水率、ω小：允许最小重量含水率、w：单位体积土体重量；

(3)根据步骤(2)计算得到的蒸发量以及通风管单管测定的蒸发能力确定所需通风管的数量、通风管纵向间距、排布方式和最小埋设深度；

(4)根据步骤(3)的结果安装所述通风管。

其中，通风管在两端具有通风口径不一致的两个端口，通风管内安装有至少一个无动力风机1；通风管密布设置有连通通风管的外部和内部的干燥孔5。两个端口的通风口径不一致形成狭口，根据动气动力学的“狭口流速最大”的原理，从而使得通风管两端自然空气在管内形成流动，管内加装无动力风机1，在管道内空气流速下，无动力风机1旋转，提高管内空气流动速度。

具体来说，通风管包括通风管本体5，以及分别安装在通风管本体5的两端的变径接头3和格栅堵头4；格栅堵头4用于防止虫鸟和杂物进入通风管内，变径接头3的通风口径小于格栅堵头4的通风口径，用于形成管道狭口，无动力风机1安装在通风管本体5内，具体通过连接件6与通风管本体5的内壁连接固定，干燥孔2设置在通风管本体5上。具体来说，干燥孔2等间距设置、且相邻干燥孔2的间距为20mm，干燥孔2的孔径为10mm。无动力风机1间隔一米安装一个。通风管本体5包括多个通风管子体，以及依次连接多个通风管子体的多个连接头(图中未示出)；连接头用于连接各段通风管子体，单根通风管子体的长度为1000mm，干燥孔2分别设置在多个通风管子体上。通风管子体外侧紧密包裹有短丝土工布；通风管子体外径为85mm，采用100mm潜孔钻即可施工，施工方便。短丝土工布用于保护路基土壤不流失，并且保护通风管不堵塞。

为便于安装连接，变径接头3为卡隼式变径接头。格栅堵头4为卡隼式格栅堵头。连接头为卡隼式等截面接头。

本发明安装时通风管布置在堤坝式路基表面下方1.5米处，贯穿路堤断面，因此钻孔安装通风管时，可在路基两侧进行，所以不影响线路列车正常运行，具体为在路基边坡一侧向另一侧钻孔，钻孔后，安装通风管，通风管安装后，两侧端面进行水泥砂浆固定即可。采用无动力风机通风管工作过程不使用外在动力，通过自然风即可达到降低路基土壤颗粒含水量的目的；一条通风管出现故障后，可以通过常规拉拔器，拉出通风管，更换另外安装一根，维护方便。可根据具体长度需求设置通风管子体数量，满足不同的施工需求，实用性强。

上述实施例仅为本发明的优选实施方式之一，不应当用于限制本发明的保护范围，但凡在本发明的主体设计思想和精神上作出的毫无实质意义的改动或润色，其所解决的技术问题仍然与本发明一致的，均应当包含在本发明的保护范围之内。