铁路工程常见病害分析附预防整治技术.doc

铁路工程常见病害分析及预防整治技术（毕业论文）第1章 绪论中国铁路始建于1876年，铁路运输线是我国国民经济的大动脉，在我国交通运输体系中居于主导的骨干地位，它在国家的建设中占有重要地位。随着我国改革开放的深入，我国在修新线铁路时采用了国内外先进科技成果，与此同时，对既有铁路进行补强和改造，并加强了对线路的养护和维修。较大的改善了铁路的运营状况，提高了铁路抵抗自然灾害的能力，丰富了预防和整治铁路线路病害的理论与实践，对发展国民经济，促进工农业生产，改善人民生活，改变边远地区交通闭塞和文化技术落后面貌，巩固国防，沟通国际交往，起到了国民经济大动脉的重要作用。在当今社会经济高速发展的情形下，对铁路运输的需求量在逐渐增大，铁路运输的发展将偏向高速和重载运输。这样就会加重铁路线路的承载能力，造成铁路线路损害，严重影响铁路运输。为了保证铁路能够很好的完成运输任务，全面了解和掌握铁路线路常见病害分析及预防整治技术非常的重要。矚慫润厲钐瘗睞枥庑赖。1.1 隧道病害隧道是埋置于地层中的工程建筑物，是人类利用地下空间的一种形式。广义上是指：以某种用途、在地面下用任何方法按规定形状和尺寸修筑的断面积大于2 m2的洞室。铁路隧道在运营中会出现渗漏水(水害)、衬砌裂损、隧道冻害、衬砌腐蚀、震害和洞内空气污染等病害，还有火灾威胁。这些病害和危害对隧道的安全、舒适、正常运营有重要影响和威胁。因此、在隧道规划和设计阶段要预防可能的病害、危害、进行合理设计；在隧道施工阶段要采用合理的施工工艺、方法、措施和材料，以保证施工质量。在隧道运营阶段要及时检查、发现病害，分析病害成因，采用合理的整治设计和施工方法。如此，才能保证铁路隧道工程的安全、畅通运营。聞創沟燴鐺險爱氇谴净。1.1.1 隧道水害隧道水害是指在隧道修建和运营过程遇到的水的干扰和危害，是最常见的隧道病害。主要指运营隧道水害(即围岩的地下水和地表水直接或间接地以渗漏或涌出的形式进入隧道内造成的危害)。隧道渗漏水(水害)对隧道稳定、洞内设施、行车安全、地面建筑和隧道周围水环境产生诸多不良影响甚至威胁，影响内部结构及附属设施，降低使用寿命，严重时将危害到隧道及地下工程的运营安全。轻则造成洞内空气潮湿，影响施工人员身体健康，机械设备锈蚀，绝缘设备失效，电路短路，漏电伤人；重则威胁人员安全，冲毁洞内机械设备，造成塌方，淹没工作面，中断施工，造成重大经济损失，危害环境。残骛楼諍锩瀨濟溆塹籟。1.1.1.1 隧道水害的原因隧道水害的成因是，修建隧道，破坏了山体原始的水系统平衡，隧道成为所穿过山体附近地下水集聚的通道。当隧道围岩与含水地层连通，而衬砌的防水及排水设施、方法不完善时，就必然要发生隧道水害。也可以将隧道水害归结为客观和主观两方面的原因。酽锕极額閉镇桧猪訣锥。(1)隧道穿过含水的地层。砂类土和漂卵石类土含水地层。节理、裂隙发育，含裂隙水的岩层。石灰岩、白云岩等可溶性地层，当有充水的溶槽、溶洞或暗河等与隧道相连通时。浅埋隧道地段，地表水可沿覆盖层的裂隙、孔洞渗透到隧道内。(2)隧道衬砌防水及排水设施不完善原建隧道衬砌防水、排水设施不全。混凝土衬砌施工质量差，蜂窝、孔隙、裂缝多，自身防水能力差。防水层施工质量不良或材质耐久性差，经使用数年后失效。混凝土的工作缝、伸缩缝、沉降缝等未做好防水处理。衬砌变形后，产生的裂缝渗透水。既有排水设施，如衬砌背后的暗沟、盲沟，无衬砌的辅助坑道、排水孔、暗槽等，年久失修阻塞。1.1.1.2 常用的整治运营隧道漏水的基本方法(1)适当疏排对地表水丰富的浅埋隧道，当地表沟谷坑洼积水、渗水对隧道有影响时，用疏导积水、填平沟谷、砌沟排水等措施，使洞顶地表形成良好的排水系统，不使洞顶的地表水流入或渗入隧道。洞口仰坡边缘周围设截水沟和排水沟，并保持良好状态。对地下水丰富、隧道内无排水沟或排水沟深度不足而导致隧底积水的，应采取增设水沟、将单侧沟改为双侧沟、加深侧沟或采取设置密并暗管加深水沟等措施。彈贸摄尔霁毙攬砖卤庑。(2)注浆堵水向衬砌背后围岩或回境层注浆。向衬砌内部注浆。向基底注浆。(3)增设内防水层内防水层虽然不能阻止水流进入衬砌内，但可阻止水流进入隧道内。增设内防水层的方式有三种：一是刷涂，二是刮压，三是喷涂。謀荞抟箧飆鐸怼类蒋薔。1.1.2 衬砌裂损隧道衬砌是承受地层压力、防上围岩变形坍落的工程主体建筑物。地层压力的大小，主要取决于工程地质和水文地质条件和围岩的物理力学特性，同时与施工方法、支护衬砌是否及时和工程质量的好坏等因素有关。由于形变压力、松动压力作用、地层沿隧道纵向分布及力学性态的不均匀作用、温度和收缩应力作用、围岩膨胀性或冻胀性压力作用、腐蚀性介质作用、施工中人为因素、运营车辆的循环荷载作用等，使隧道衬砌结构物产生裂缝和变形，影响隧道的正常使用，统称为隧道衬砌裂损病害。厦礴恳蹒骈時盡继價骚。衬砌裂损是隧道病害的主要形式，隧道衬砌裂损破坏了隧道结构的稳定性，降低了衬砌结构的安全可靠性，影响隧道的正常使用，甚至危及行车安全。衬砌裂损变形的主要危害有：茕桢广鳓鯡选块网羈泪。(1)降低衬砌结构对同岩的承载能力；(2)使隧道净空变小，侵入建筑限界，影响车辆安全通过；(3)拱部衬砌掉块，影响行车和人身安全；(4)裂缝漏水，造成洞内设施锈蚀，道床翻浆，严寒和寒冷地区产生冻害；(5)铺底和仰拱破损，基床翻浆、线路变形、危及行车安全，被迫降低车辆运行速度，量增加养护维修工作量；(6)在运营条件下对裂损衬砌进行大修整治，施工与运输互相干扰，费用增大。针对衬砌裂损病害提出整治措施：裂缝整修，衬砌背后空洞压浆，底版的稳定处理，换拱、换边墙。1.1.3 衬砌腐蚀衬砌背后的腐蚀性环境水，容易沿衬砌的毛细孔、工作缝、变形缝及其他孔洞渗流到衬砌内侧，成为隧道渗漏水，对衬砌混凝土和砌石、灰缝产生物理性或化学性的侵蚀作用，造成衬砌腐蚀。隧道衬砌腐蚀分为物理性侵蚀和化学性腐蚀两类。隧道衬砌腐蚀使混凝土变酥松，强度下降，降低隧道衬砌的承载能力，还会导致钢轨及扣件腐蚀，缩短使用寿命，危及行车安全。产生腐蚀的三个要素是第一、腐蚀介质的存在；第二、易腐蚀物质的存在；第三、地下水的存在且具有活动性。为确保隧道建筑物的安全使用，应积极对衬砌腐蚀病害进行防治。鹅娅尽損鹌惨歷茏鴛賴。隧道衬砌防腐蚀措施，应首先从搞好勘测设计着手，掌握隧道工程地质和水文地质资料，查明环境水含侵蚀性介质的来源和成分，在正确判定其对衬砌混凝土侵蚀的程度的基础上，因地制宜地采取防治措施。针对隧道腐蚀产生的原因和条件。目前，对隧道侵蚀采取的防治措施主要有以下几种。籟丛妈羥为贍偾蛏练淨。(1)提高衬砌的密实度和整体性。(2)外掺加料法。(3)选用耐侵蚀水泥。(4)加强衬砌外排水措施。(5)使用密实的与混凝土不起化学作用的材料，在衬砌外表面做隔离防水层。(6)采用与侵蚀性环境水不起化学反应的天然石料砌筑衬砌。(7)向衬砌背后压注防蚀浆液。(8)防腐蚀混凝土。1.1.4 隧道冻害隧道冻害是寒冷地区和严寒地区的隧道内水流和围岩积水冻结，引起隧道拱部挂冰、边墙结冰、洞内网线设备挂冰、围岩冻胀、衬砌胀裂、隧底冰椎、水沟冰塞、线路冻起等，影响到安全运营和建筑物的正常使用的各种病害。隧道冻害会导致衬砌冻裂开胀，甚至疏松剥落，造成隧道衬砌结构的失稳破坏，降低衬砌结构的安全可靠性，严重影响运输的安全和正常运行。隧道常见的冻害种类有：拱部结冰、边墙结冰、围岩冻胀破坏、衬砌发生冰楔、洞内网线挂水等。預頌圣鉉儐歲龈讶骅籴。冻害形成的主要原因有：寒冷气温的作用，季节冻结圈的形成(如果隧道的排水设备在隧道的冻结圈内，冬季易发生冰塞；在冻结圈内如果围岩的岩性是非冻胀性土，则不会发生冻胀性病害)。隧道在设计和施工时，对防冻问题没有考虑或考虑不周，造成衬砌防水能力不足，洞内排水设施埋深不够、治水措施不当，施工有缺陷，都会造成和加重运营阶段隧道的冻害。渗釤呛俨匀谔鱉调硯錦。严寒及寒冷地区隧道冻害的防治，其基本措施是综合治水、更换土壤、保温防冻、结构加强、防止融坍等，可根据实际情况综合运用。铙誅卧泻噦圣骋贶頂廡。1.1.5 隧道病害的防治隧道病害给隧道的正常运营和安全都带来影响，有时影响十分严重；而且，病害整治和保持运营之间矛盾突出，病害整治干扰正常运营，造成运营损失，而病害整治在空间、时间和施工条件都局限的条件下进行，困难重重。因此，首先要预防为主，必须在设计阶段就要采取预防措施，防止病害产生；另一方面，对出现的病害须查清病害原因、采取合理的措施进行整治，提高隧道病害整治的工程质量和经济效益。擁締凤袜备訊顎轮烂蔷。1.2 滑坡的危害滑坡是山区、丘陵地区常见的病害。它与地震、崩塌、泥石流一样，是一种危害很大的不良自然地质现象。我国幅员辽阔，有70 的地区，地质地理条件十分复杂，滑坡分布尤为广泛，西南、西北、华东、中南和华北的山区，丘陵以及黄土高原地区都有大量滑坡分布，亦是世界上受滑坡危害比较严重的国家之一。滑坡为整体或几大块相继滑动，一般为缓慢地、长期地、间歇性地沿滑动方向向下滑动，它可以延缓几年、几十年以至百年以上。滑坡滑动的土体或岩体，可大可小，小的百十立方米，大的可达几十万甚至数百万立方米。滑坡具有很大的破坏力，大规模的滑坡会掩埋村镇、摧毁工矿、中断交通、堵塞江河、破坏农田和森林，给国家建设和人民的生命财产造成严重的损失。贓熱俣阃歲匱阊邺镓騷。1.2.1 滑坡的概念滑坡是一种山区铁路、公路建设中常见的不良地质现象，是一种斜坡变形形式，主要发生在山地、丘陵地区的斜坡上。对滑坡的含义，一般有两种说法：一是广义的，即把斜坡岩(土)体顺坡向下滑移的一切现象，统称为滑坡。它包括崩塌和泥石流等；另一种是比较严谨的，在一定的地形地质条件下，由于外界条件的变化，各种自然或人为的因素影响(例如长期受水浸润，削弱山体下部支撑力量等)，破坏了岩(土)体的力学平衡，使山坡上的不稳定土体(岩体)在重力作用下，沿着一定的软弱面(带)作整体的、缓慢的、间歇性的向下滑动的不良地质现象，称之为滑坡。坛摶乡囂忏蒌鍥铃氈淚。1.2.2 滑坡的种类我国铁路滑坡分类，是从铁路工程地质角度出发，目的是为了更有效地进行铁路沿线滑坡的预防和整治工作，尽可能减少滑坡所造成的危害，以保证铁路运输更好地为我国社会主义建设事业任务。蜡變黲癟報伥铉锚鈰赘。(1)按组成滑坡的物质分类粘性土滑坡；黄土滑坡；堆填土滑坡；堆积土滑坡；破碎岩石滑坡；岩石滑坡。(2)按主滑面成因类型分类堆积面滑坡；层面滑坡；构造面滑坡；同生面滑坡。(3)按滑坡平面形态分类圈椅形滑坡；横长形滑坡；纵长形滑坡；勺形滑坡；葫芦形滑坡；椭圆形滑坡。(4)按滑体滑面的形状分类曲线形滑坡；直线形滑坡；折线形滑坡。(5)按滑面性质分类旋转滑坡；构造滑坡；错落转化的滑坡；表层成层滑坡。1.2.3 滑坡的危害滑坡对铁路交通运输的危害主要表现在以下几方面：(1)破坏线路、中断行车缓慢移动的滑坡常常造成路基和线路上拱、下沉、外挤、挡墙变形及侧沟破坏。滑坡一旦滑下，则掩埋路基、推毁线路设备。路基部分或整体滑动的路堤滑坡使线路悬中，难易修复。買鲷鴯譖昙膚遙闫撷凄。(2)危害站场、砸坏站房山区铁路，要在深山峡谷中找一段地势较平坦能设站的地方是很不容易的，而那些峡谷中的宽谷段，又常常是古老滑坡发育的地方。如宝成线的西坡、淡家庄、白水江等滑坡；成昆线的甘洛、乃托、红石岩、铁西等滑坡；贵昆线的大海哨滑坡，均位于车站上。由于站场挖方较多，常促使古老滑坡复活。在施工期间曾为整治这些滑坡花费了巨大投资，运营以后尚未稳定的滑坡也一直威胁站场的安全。綾镝鯛駕櫬鹕踪韦辚糴。(3)桥梁墩台推移，隧道明洞摧毁滑坡对山区桥梁、隧道、明洞也带来了严重破坏。如1966年8月成昆线的会仙4号桥，在铺轨架桥前，由于滑坡病害使桥台被推移38 cm，7号墩被推移了7 cm，当时无法铺轨架梁，用军便梁通过。又如贵昆线格里桥通车后，由于滑坡病害推动了桥台，并把桥墩推断，最后只得把桥填死改成了路堤。其他如梅大支线的大深桥，成昆线的玉田三线桥、耳足桥、铁西双线桥、贵昆线的树舍桥等均受到滑坡的破坏和威胁，不得不作抗滑工程来保证桥梁的安全。驅踬髏彦浃绥譎饴憂锦。(4)肇成行车事故，人身伤亡严重1974年9月成昆线弯高滑坡造成一列货车颠覆。1981年8月16日在宝成线丁家坝大滩间K 293+365，固山体滑塌造成812次货车颠覆7辆，电力机车翻入嘉陵江中，中断62 h11 min。l981年9月4日宝成线军师庙K 313崩塌性滑坡，摧毁工棚，l3名职工殉难。给国家和人民生命造成了巨大的损失。猫虿驢绘燈鮒诛髅貺庑。(5)中断交通运输，影响国计民生滑坡除了直接破坏线路、路基、桥梁、隧道外，还有一种间接破坏，就是为泥石流提供了物质来源。几乎所有的泥石流沟的上流补给区都是崩塌滑坡的活动区。特别当滑坡阻断沟中水流形成“滑坡坝”和“滑坡湖”时，一旦水位抬高，产生溃坝时，就形成了强大而急剧的泥石流，其危害性更大。破坏线路、中断交通、严重影响人民生活和国民经济。锹籁饗迳琐筆襖鸥娅薔。(6)增加基建投资、加大维修费用滑坡除了破坏工程设施和中断运输造成的直接损失外，为整治它常常要增建排水、支挡、减重等大量工程，不仅增加广基建投资，而且增加了维修费用、整治一个大中型滑坡，往往需要数十万、百余万、甚至上千万元的投资，如铁西滑坡的处理费用就达2 300万元。由此可见，滑坡给人类活动的各个方面造成的损失是极为严重的。随着人们对这不良自然地质现象的规律性的认识逐渐深化，并治理滑坡灾害的能力也在不断提高。構氽頑黉碩饨荠龈话骛。1.2.4 滑坡的防治在修建铁路和各种工程建筑物时，要想完全避过滑坡是不可能的，这就需要我们掌握滑坡发生和发展的规律，分清滑坡的性质，提出对滑坡整治的工程措施。概括起来有以下几点：輒峄陽檉簖疖網儂號泶。(1)铁路运营线路要避开滑坡的影响。(2)采用多种形式的截水沟、排水沟、急流槽来拦截和排引地表水；用截水渗沟、盲沟、纵向或横向渗沟、支撑渗水沟、泄水隧洞等来疏干和排引地表水。尧侧閆繭絳闕绚勵蜆贅。(3)在滑坡舌部或中前部修建各种形式的抗滑挡墙，在滑坡体其他不同部位修建各种多级挡墙，阻挡滑坡体的滑动，这是一种对稳定滑坡有长久作用的有效措施。例如抗滑挡土墙、抗滑干砌片石垛、抗滑桩、钢筋混凝土桩等。识饒鎂錕缢灩筧嚌俨淒。(4)把滑坡体上部主滑和牵引地段的土石挖去，填在滑坡下部的抗滑地段，反压阻滑，改善边坡，减少下滑力，增加抗滑力，提高滑坡的稳定性。这是经常用来整治滑坡的种简便方法。凍鈹鋨劳臘锴痫婦胫籴。(5)利用物理化学加固，改变滑动带的土石性质，提高它的强度，从而达到稳定滑坡的目的。例如采用焙烧法、电渗排水法、水泥灌浆法、化学灌浆、钻孔孔底爆破法等物理化学方法整治滑坡。恥諤銪灭萦欢煬鞏鹜錦。(6)防止滑体、岸坡冲刷，采取绿化山坡，种树植被等措施来稳定滑坡。1.3 风沙对铁路的危害风沙对铁路的危害类型大体可分为路基吹蚀和线路积沙两种。当风力达到起沙风而作用于路基时，沙植被风吹扬带走，产生路基风蚀。风蚀过程中形成的风沙流不断地撞击地表，继续将沙粒扬起，纳入运动的气流之中，使风蚀过程逐渐扩展；另一方面，路基本身又是风沙流运行的障碍物，导致风速降低，在线路上形成旋涡，丧失其前进速度，所携带的沙粒在线路上沉落，引起线路发生积沙现象。鯊腎鑰诎褳鉀沩懼統庫。1.3.1 产生风沙危害的原因铁路受风沙危害的原因：有自然因素和人为因素两个方面。在自然因素中，主要是风和沙源。风是引起风沙危害的动力，丰富的沙源是形成风沙危害的物质基础。人为因素是指人类活动破坏了线路附近的植被，以及工程技术措施采用不合理而引起的沙害。我国大部分沙区均以西北风和偏西风为主，流动沙丘通常以摆动前进式向前移动，植被比较稀疏的半固定沙丘和轻质土地遭受强烈的风蚀作用。同时，通过风沙地区线路的两侧，广泛分布着大面积流沙、固定和半固定沙堆、戈壁、沙质干河床、平沙地、沙荒及沙质草原等，沙源极其丰富。这就是造成铁路沙害的根本原因。硕癘鄴颃诌攆檸攜驤蔹。一般说来，风沙对铁路的危害，主要在流沙地区或天然植被不足以控制风沙活动的轻质土壤地区，显然是自然因素起主导作用。但是在固定沙丘和植被较稠密的沙质草原地区，有些地段的线路沙害也十分严重，这就是人为因素起主导作用。在这些地区，往往由于不合理的开垦、放牧和打柴等人类活动，破坏了天然植被致使流沙再起，引起沙害。这是应该特别注意防止的。在施工过程中，由于破坏现有天然植被面积过大或者取土、弃土不合理，又未及时采取防护措施，也是人为造成线路沙害的重要原因，必须引起注意。阌擻輳嬪諫迁择楨秘騖。为了防止铁路沙害，在靠近路基附近设置防沙栅、树枝条高立式沙障或挡沙墙及聚沙堤等是十分有害的防沙措施，这种措施在短期内效果显著，但这正是在线路附近造成流动沙堆的条件，一旦积沙埋没障碍物时，就成为危害线路的沙源。有人称这种防护措施为“引狼入室”，使线路造成舌状沙害，对线路威胁最大。氬嚕躑竄贸恳彈瀘颔澩。1.3.2 防治风沙的措施防治铁路沙害需要从预防和治理两个方面着手。首先，应尽量把线路通过地区沙害的潜在威胁减少到最小程度，并注意不使沙害的范围扩大；第二，在发生沙害地段，本着因地制宜，因害设防的原则，积极采取工程措施、生物措施和化学措施治理。因此，铁路沙害的防治工作是贯穿在选线、施工及运营等各个阶段的，每个阶段都不应忽视，龙其是运营阶段，防治沙害是保证列车正常运行的主要任务。下面分几个主要部分叙述。釷鹆資贏車贖孙滅獅赘。(1)选择合理的路线在风沙地区修建铁路，正确的选择线路是防止铁路沙害最有效、最经济的措施。选择沙害威胁最轻地段。使线路通过起伏不大的沙丘地段、使线路由沙区内的古河道及山前平原的潜水带边缘通过。力求使线路通过植被较好的固定沙丘及半固定沙丘。将线路选择在沙丘体的上风一侧，将线路选择在沙区间沼泽地或草垫子地的下风侧。使线路与当地主风向平行，尽量避免弯道。少占耕地。(2)路基本体防护风沙地区的铁路路基，容易遭受风蚀，尤其是路堤的路肩部位风蚀最重，而且踩踏变形。路基本体防护的原则是根据路基本体遭受风蚀为主的特点，因地制宜，就地取材，以达到不受风蚀的目的。一般有下列措施：截砌碎卵石、路肩栽砌片石、平铺卵砾石、加宽路面、黏土包坡、泥糊抹面、铺草皮砖等。怂阐譜鯪迳導嘯畫長凉。(3)线路两侧防护铺设防护带，合理确定防护带的宽度。机械沙障固沙，一般采用高立式沙障、平铺式沙障和草方格沙障。植物固沙。1.4 混凝土轨枕常见病害混凝土轨枕线路由钢轨、混凝土轨枕、扣件、道床等部分组成。钢轨直接承受由机车车辆传来的巨大压力，并传向轨枕。混凝土轨枕通过轨下弹性垫层和中间扣件承受钢轨传来的竖向垂直力、横向和纵向水平力后再将其分布于道床，并保持钢轨正常的几何位置。混凝土轨枕在我国铁路铺设使用已有多年的历史，多年的经验表明，混凝土轨枕的使用对强化轨道结构、保证行车安全起到了重要作用。但是，内轨枕在设计、制造和使用中的问题，致使部分轨枕早期发生裂损，影响了正常作用。谚辞調担鈧谄动禪泻類。1.4.1 混凝土轨枕伤损的主要形态(1)轨下截面出现过大的横向裂缝混凝土轨枕是一个接受不稳定重复荷载的构件，荷截的变化带有随机的性质。混凝土轨枕在使用期内轨下截面有可能出现大于该截面抗裂强度的荷载弯矩，在这种情况下就产生了横向裂缝。一般来说，这种裂缝较小，不致引起轨枕的失效。但在某些情况下，轨下截面的荷载弯矩远远大于轨枕的抗裂强度，那就会出现过大的横向裂缝，导致轨枕失效。嘰觐詿缧铴嗫偽純铪锩。(2)轨下截面压溃轨枕轨下部分由于橡胶垫板损坏或串出，使钢轨直接作用于承轨槽，引起轨下部分混凝土压溃。有些轨枕由于轨下截面横向裂缝过大，混凝土受压区产生过大的压应力使混凝土压溃。熒绐譏钲鏌觶鷹緇機库。(3)轨枕中间部分出现过大的横向裂缝轨枕中间部分出现的裂缝包括中间上部裂缝和下部裂缝两种。轨枕中间上部出现裂缝，是由于轨枕中部产生较大的负弯矩所致；轨枕中间下部出现裂缝，是由于中部产生较大的正弯矩所致。通过调查得知，因轨枕中部出现过大的横向裂缝而失效的轨枕多于因轨下截面出现横向裂缝而失效的轨枕，因轨枕中间下部出现过大横向裂缝而失效的轨枕多于因轨枕中间上部出现横向裂缝而失效的轨枕。鶼渍螻偉阅劍鲰腎邏蘞。(4)轨枕中间部分压溃轨枕中间部分由于受了过大的正弯矩，不仅使轨枕中间部分的下部产生过大的裂缝，而且还引起截面受压区的过大压应力，致使混凝土压溃，这种情况一般发生在钢轨接头。有些轨枕由于中间部分承受了过大的负弯矩，不但引起中间部分的上部裂缝，而且还使中间截面下部受到过大的压应力以致压溃，甚至出现钢筋外露。纣忧蔣氳頑莶驅藥悯骛。(5)轨枕纵向裂缝轨枕沿长轴线方向的裂缝统称纵向裂缝。纵向裂缝一般有端头裂缝、端部上表面裂缝、侧面水平纵向裂缝、钉孔纵裂、贯通纵裂等，纵向裂缝较多的部分是沿螺栓孔的两侧或应力钢筋处发生，并向端头及中部发展。这种裂缝的出现，将严重地影响轨枕的使用寿命。颖刍莖蛺饽亿顿裊赔泷。(6)轨枕的龟裂龟裂是轨枕表面纵横交错的细小裂纹，一般多发生在轨枕端部及中部顶面和侧面处。龟裂对轨枕的使用寿命影响也很大。濫驂膽閉驟羥闈詔寢賻。(7)轨枕中间部分斜裂及扭伤轨枕中间部分斜裂扭伤是指沿对角方向的破损。线路维修工作中的捣固作业，因在轨枕两侧进行对角捣固，过车时容易使轨枕中间部分产生斜裂或扭伤。据调查统计，因线路维修养护不当使轨枕中部扭断、折断的轨枕在伤损轨枕总数中占有一定的比例。銚銻縵哜鳗鸿锓謎諏涼。(8)轨枕挡肩破损轨枕挡肩承受由扣件传来的水平推力而产生破损，特别在小半径曲线上这种现象十分普遍，有的采用加宽铁座仍不能解决问题，据统计，在半径为400 m的曲线上，挡肩破损高达70 %。另外，由于垫片损坏或在轨枕制造过程中挡肩部分的缺陷也可能造成挡肩破损。挤貼綬电麥结鈺贖哓类。(9)轨枕的腐蚀在长期放水地段和车辆装载有害介质散落在轨枕上，都会造成轨枕的腐蚀，轻者混凝上表面出现麻点、脱层等现象，重者钢筋锈蚀，并逐渐向里延伸。赔荊紳谘侖驟辽輩袜錈。(10)轨枕底边掉块手工捣固冲击轨枕底边使混凝土掉块，严重时掉块面积可多达100 cm2，其结果是轨枕受力状况恶化，容易出现应力集中而造成其他各种伤损，并且削弱了轨道的稳定性。塤礙籟馐决穩賽釙冊庫。1.4.2 混凝土轨枕伤损的原因造成混凝土轨枕伤损的主要原因主要有制造质量、养护维修作业和结构三个方面。(1)制造质量在混凝土轨枕各类损伤中，纵向裂缝对行车安全危害最大，而且一经发生，发展极为迅速，严重者贯通轨枕全长，造成劈裂和龟裂，混凝土疏松、剥落，对轨枕承载能力、保持轨道状态能力和使用寿命危害很大，这类损伤一般都是由于制造质量不良引起的。裊樣祕廬廂颤谚鍘羋蔺。(2)养护维修作业混凝土轨枕断面和配筋的设计都是在一定受力条件的前提下进行的而混凝上轨枕截面实际承受的荷载弯矩与线路养护维修作业有密切关系。在养护维修作业中，如果使轨枕受力状态发生了变化，就可能出现轨枕断面荷载弯矩大于轨枕抗裂强度的现象，以致产生轨枕伤损。养护维修作业对轨枕伤损的影响主要表现在以下几方面：捣固作业、轨下垫层及绝缘缓冲垫片损坏没有及时更换、没有及时整治道床病害对轨枕受力极为不利、接头养护不良、没有及时消灭轨面不平顺。仓嫗盤紲嘱珑詁鍬齊驁。(3)轨枕结构为了了解混凝土轨枕的使用情况进而采取措施，提高轨枕结构的可靠性，多年来，铁道部有关单位曾组织了多次较大规模的现场调查。历次调查的资料表明，现有轨枕按50年使用寿命的要求，考虑可能出现的非正常运营条件，轨枕结构强度必须适当提高。绽萬璉轆娛閬蛏鬮绾瀧。1.5 钢轨接头病害钢轨接头是线路的薄弱环节，混凝土轨枕线路更为严重。机车车辆的轮对通过接头时，因其不平顺而产生剧烈振动，加速线路状态的变化，以致形成接头病害。接头病害产生之后，又进一步加剧机车车辆轮对对线路的破坏作用，互为因果，使病害发展变化加速，养路工区几乎无法应付。在钢轨、道床和路基状态基本相同的情况下，混凝土轨枕线路接头比木枕线路接头变化快，各类接头病害产生周期短，发展迅速。石碴没有翻白之前，约每月保养一次，石碴一经翻白，几乎每周都要保养，石碴溜塌的接头甚至每两天就要保养一次，接头病害发展到这种程度之后，如不从根本上整治病害，接头就很难维持正常工作状态，影响铁路运营。骁顾燁鶚巯瀆蕪領鲡赙。1.5.1 钢轨接头病害分类按接头轨面状态分：低扣接头、磨耗不均匀接头、错牙接头、金属剥离接头、大轨缝。按接头道床状态分：翻浆接头、翻白接头、溜塌接头、硬结接头。按接头的结构状态分：接头夹板下弯、上缘磨蚀、夹板螺栓的螺帽扭矩不足；扣件螺帽扭矩不足、扣板或轨距挡板不密贴、扣件失效等。瑣钋濺暧惲锟缟馭篩凉。1.5.2 钢轨接头病害的原因钢轨接头病害的发生，最根本的原因在于轨道接头存在结构上的不平顺，这就导致轮轨之间产生较大的附加动力作用。过大的附加动力作用又促使不平顺的发展和附加动力的增长，同时也就促进了接头病害的发展，可见，钢轨接头病害的发生与发展是互为因果的。另外，由于养护方法不当也会促使接头病害产生和发展。鎦诗涇艳损楼紲鯗餳類。(1)结构不平顺钢轨接头在结构上的不平顺，指的是接头轨缝；车轮压在钢轨的输出端时，邻接钢轨的接受端有抬高趋势，形成台阶；荷载下钢轨接头处的挠曲不是连续曲线，而是折线。当折角、轨缝、台阶三个因素同时出现，都将产生轮轨冲击，从而增大接头处的附加动力。栉缏歐锄棗鈕种鵑瑶锬。(2)附加不平顺附加不平顺是在运营过程中形成的，以下几种情况都可能引起附加不平顺，如：结构薄弱、轨面不均匀磨耗、弹性不足。辔烨棟剛殓攬瑤丽阄应。(3)动态不平顺动态不平顺一般有两种情况：一种是轨道弹性不均和荷载波动，轮轨接触点轨迹呈波浪形不平顺；另一种是线路存在暗坑吊板和道床不均匀的弹性下沉。这两种不平顺只有在动态情况下才能表现出来。线路的动态不平顺增大了列车运行中的冲击和振动。有的养护单位使用厚度不等、弹性不均的轨下垫板以及线路养护质量不良，都加剧了轨道动态不平顺。峴扬斕滾澗辐滠兴渙藺。综上所述，车轮通过钢轨接头处的轨缝，形成剧烈的冲击和振动，这是造成钢轨接头病害的外因；钢轨断面及接头部分设计不合适以及淬火工艺不良则是钢轨接头产生病害的内因，所以，长度25 m钢轨混凝土轨枕线路解决接头病害的根本途径要首先从改善钢轨材质、淬火技术要求、淬火工艺、钢轨及夹板的设计等方面着手，同时在养护维修工作中也要采取符合混凝土轨枕线路特点的方法进行作业，以改善钢轨接头的工作状态。詩叁撻訥烬忧毀厉鋨骜。第2章 土工合成材料在整治路基病害工程中的应用2.1 土工合成材料的含义及其应用概况土工合成材料是土木工程应用的合成材料的总称。作为一种新型的土木工程材料，它是以人工合成的聚合物(如塑料、化纤、合成橡胶等)为原料，制成各种类型的产品，置于土体内部、表面或各种土体之间，发挥加强或保护土体的作用。则鯤愜韋瘓賈晖园栋泷。土工合成材料在土木、水利、交通、铁道和环境工程中得到广泛的应用，起到排水反滤、防渗、加筋、隔离、防护和减载等作用。这些作用是以不同的形式的产品来实现的，例如，土工织物用于滤层、隔离和防护；土工网和三维植被网垫用于排水和坡面的稳定；土工格栅、条带和有纺或编织土工织物用于加筋、土工膜用于防渗等。复合型土工合成材料则结合了各自的优点，例如，兼有过滤和排水性能的土工织物和土工网复合材料，结合加筋和隔离功能的土工织物和土工格栅复合材料，而土工织物和土工膜结合形成的复合土工膜则既能防渗又具有防刺破的作用，同时具有与土较高的界面磨擦系数。胀鏝彈奥秘孫戶孪钇賻。尽管有众多的产品和更多的潜在的应用形式，对于具体的工程应判断土工合成材料的主要作用，选择合理的设计公式，确定要求达到的性能指标，并寻求一个经济上合适的施工方法。目前证明较成功的应用有：无纺土工织物代替粒状级配滤层应用于反滤排水工程中，土工合成材料加筋挡土墙代替重力式挡土墙，塑料排水带代替砂井，土工膜用于防渗材料等。在应用的初期，最担心的是耐久性，忽视铺放的位置，认为铺土工合成材料总比不铺好。而现在经验证明在土中耐久性是可以保证的，相反，土工合成材料铺放的位置不当或施工质量差，会降低作用，甚至适得其反。鳃躋峽祷紉诵帮废掃減。土工合成材料的原材料是高分子聚合物(polymer)。它们是由煤、石油、天然气或石灰石中提炼出来的化学物质制成，再进一步加工成纤维或合成材料片材，最后制成各种产品。制造土工合成材料的聚合物主要有聚乙烯(PE)、聚酯(PER)、聚酰胺(PA)、聚丙烯(PP)和聚氯乙烯(PVC)等。聚乙烯是在1931年前后，首先由英国ICI公司研制成功的，1939年成为商品在市场上出售，它是聚合物中分子结构最简单的一种，可分为低分子量和高分子量两类。聚乙烯的比重为0.92，耐酸碱，抗化学剂能力强，吸湿性低，低湿时仍具柔性，电绝缘性极好。在1950年前后，又开发出了高密度聚乙烯(HDPE)材料，其比重、机械强度、熔点和硬度等都比低密度的为优。聚酰胺约在1935年研制成功，俗名为尼龙，其吸湿性较高，干燥时有一定绝缘性、机械性能好。聚酯于1941年前后问世，它包括聚酯树脂、聚酯纤维和聚酯橡胶等。稟虛嬪赈维哜妝扩踴粜。聚丙烯于1954年研制出来，1957年成为商品出售。它的比重为0.900.91，耐温范围-30 140 ，耐化学剂性能较好，惰性强，价格低廉，是目前应用最多的原材料之一。陽簍埡鲑罷規呜旧岿錟。此外，常用的原材料还有聚氯乙烯，它的比重为1.4，具有极好的化学稳定性，不燃烧，可用于制造透明薄膜、管道、板材等。以上五种原材料的性能对比如表2-1所示。沩氣嘮戇苌鑿鑿槠谔應。表2-1 几种高分子聚合物性能对比性能 高分子聚合物 聚酯 聚酰胺 聚丙烯 聚乙烯 聚氯乙烯单位质量 高 中 低 低 高强度 高 中 低 低 低弹性模量 高 中 低 低 低破坏应变 中 中 高 高 高蠕变性 低 中 高 高 抗紫外线 高 中 中 低 高耐碱性 低 高 高 高 高耐霉，耐虫 中 中 中 高 高应当指出，材料的强度还与纤维的制作方法有关。在应用土工合成材料时，其性能更受施工方法、应用环境和侧限压力大小的影响。土工合成材料在我国的应用，可以追溯到20世纪60年代，例如，北京市东北旺农场南干渠使用聚氯乙烯土工膜防渗。有纺织物首次应用的成功实例，是在1974年江苏省江都县嘶马长江的护岸工程。该工程采用聚丙烯编织布，聚氯乙烯绳网和混凝土块组成整体沉排，防止河床冲刷。无纺织物作为隔离材料，1981年，铁路部门首先应用于防治“翻浆冒泥”现象。无纺织物作为反滤材料，1984年首次成功地应用于云南麦子河工程大坝上。1983年铁路部门在广茂铁路路基中第一次采用了土工织物铺设在软土地基表面，增加了路堤的稳定性。钡嵐縣緱虜荣产涛團蔺。目前，品种繁多的人工合成材料陆续问世，它们可制成各种符合特定目的的产品，而且由于其具有质量轻、施工简易、运输方便、价格低廉料源丰富等优点，为土木工程提供了一种崭新的较为理想的材料，并由此带来一种实施简便和经济有效的技术途径。土工合成材料是以合成材料为原材料制成的应用于岩土工程的各种产品的统称。因为它们主要用于岩土工程，故冠以“土工”两字，称为土工合成材料，以区别于天然材料。近些年来，土工合成材料在全世界范围内得到迅速的发展和广泛的应用，取得了良好的经济、社会和环境效应。土工合成材料技术被人们誉为20世纪岩土工程中的一项技术革命。懨俠劑鈍触乐鹇烬觶騮。2.2 土工合成材料的种类2.2.1 土工织物2.2.1.1 土工织物的种类土工织物为透水性土工合成材料。土工织物的制造一般要经过两个步骤：首先把聚合物原料加工成丝、短纤维、纱或条带，然后再制成平面结构的土工织物。许多不同的高分子聚合物已经用作不同土工织物产品的原料，土工织物按制造方法分为针织型、无纺或非织造型和机织或有纺型三类。针织型目前已很少应用，有纺土工织物由两组平行的呈正交或斜交的经线和纬线交织而成，其主要缺点是沿经线和纬线的强度高，而与经纬线斜交方向的强度低，无纺土工织物是把纤维作定向的或随意的排列，再经过加工而成，按照联结纤维的方法不同，可分为化学(粘结剂)联结、热力联结和机械联结三种。其主要优点是强度没有显著的方向性，对变形的适应性较大，目前世界上80 %的土工织物属于这种类型。謾饱兗争詣繚鮐癞别瀘。土工织物突出的优点是重量轻，整体连续性好(可做成较大面积的整体)，施工方便，抗拉强度较高，耐腐蚀和抗微生物侵蚀性好。缺点是未经特殊处理，则抗紫外线能力低，如暴露在外受紫外线直接照射容易老化，但如不直接暴露，抗老化及耐久性能仍较高，土工织物的性能与其聚合物原料、土工织物的种类及加工制造方法密切相关。呙铉們欤谦鸪饺竞荡赚。(1)织造型土工织物这类产品又称有纺土工织物，是最早的土工织物产品。它的制造分两道工序：先将聚合物原料加工成丝或纱或带，再借织机制成平面结构的布状产品。织造时常包括相互垂直的两组平行丝，沿织机(长)方向的称经丝，横过织机(宽)方向的称纬丝。这种织物看来简单，却有着不同的丝种和不同的织法。丝种包括单丝、多丝及二者的混合。单丝是单根丝，典型直径约为0.5 mm，它是将聚合物热熔后从模具中挤压出来的连续长丝。在挤出同时或刚挤出后将丝拉伸，使其中的分子定向，以提高丝的强度。多丝是由若干根单丝组成的，在制造高强土工织物时常采用多丝。多丝也有用切割成的短丝(一般长100 mm)搓拧而成的。莹谐龌蕲賞组靄绉嚴减。早期的土工织物系由单丝织成，后来发展为采用扁丝。扁丝是由聚合物薄片经利刀切成的薄条，其厚度比单丝薄得多，且在切片前后都要牵引拉伸以提高其强度。扁丝宽度约为3 mm，是其厚度的一二十倍。目前的大多数编织土工织物是由扁丝织成，而圆丝和扁丝结合织成的织物有较高的渗透性。麸肃鹏镟轿騍镣缚縟糶。另一种特殊的扁丝叫裂膜丝，它是将一根扁丝剖成许多根细丝，但仍连在一起。由裂膜丝织成的织物较为密实，柔软而渗透性小。多丝和裂膜丝结合织成的编织物厚度可达12 mm，比扁丝织成的要厚。织造型土工织物有三种基本的织造型式：平纹、斜纹和缎纹。平纹是一种最简单、应用最多的织法，其形式是经、纬丝一上一下。斜纹则是经丝跳越几根纬丝，最简单的形式是经丝二上一下。缎纹织法是经丝和纬丝长距离的跳越，例如经丝五上一下。这种织法运用于衣料类产品。納畴鳗吶鄖禎銣腻鰲锬。在织造时，由于梭子要不断地牵引纬丝从经丝的空间中穿过，故要求经丝强度比纬丝的高。采用不同的丝和纱以及不同的织法，可以使织成的产品具有不同的特性。例如平纹织物有明显的各向异性，其经、纬向的摩擦系数也不一样；圆丝织物的渗透性一般比扁丝的要高，每厘米长的经丝间穿越的纬丝愈多，织物也愈密愈强，渗透性则愈低。单丝的表面积较多丝的要小，其防止生物淤堵的性能要好一些。聚丙烯的老化速度比聚酯和聚乙烯的要快等等。由此可见，可以借调整丝(纱)的材质、品种和织造方式等来得到符合工程要求的强度、经纬强度比、摩擦系数、等效孔径和耐久性等各项指标。在工程实施中应根据具体要求来优选产品，铺设时要注意材料的合理铺设方向。風撵鲔貓铁频钙蓟纠庙。(2)非织造型土工织物这