摘要：鐵路線路的凍害會(huì)造成部分線路凸起、軌道幾何尺寸發(fā)生變化等問(wèn)題，影響列車運(yùn)行的平穩(wěn)性，嚴(yán)重時(shí)會(huì)危及行車安全。本文通過(guò)對(duì)既有線涵洞凍害發(fā)展情況和成因進(jìn)行分析，提出利用軌檢車、人工添乘和便攜式添乘儀、靜態(tài)檢查等動(dòng)靜態(tài)檢測(cè)方法，對(duì)凍害發(fā)展變化進(jìn)行分析監(jiān)測(cè)，總結(jié)出大量的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)凍害處所設(shè)備變化規(guī)律的掌握和早期預(yù)警。并針對(duì)不同的凍害成因特點(diǎn)，總結(jié)了近年來(lái)既有線凍害防治工作的作業(yè)方法及整治效果，提出有效的防治對(duì)策和建議。

關(guān)鍵詞：線路凍害；分析監(jiān)測(cè)；凍害防治

鐵路線路的凍害是北方地區(qū)鐵路冬季常見的一種病害，由于凍脹作用使線路產(chǎn)生高低不平順，進(jìn)而影響列車的平穩(wěn)運(yùn)行。經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期以來(lái)的經(jīng)驗(yàn)總結(jié)，在華北平原地區(qū)的每年12月至次年2月初，外界氣溫開始低于0 ℃且持續(xù)3天以上時(shí)，線路凍害開始呈現(xiàn)明顯的發(fā)展，若沒有及時(shí)發(fā)現(xiàn)和整治，將會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重的晃車問(wèn)題，影響行車安全。因此，有針對(duì)性地開展鐵路線路凍害的分析監(jiān)測(cè)與防治工作具有十分重要的現(xiàn)實(shí)意義。

1線路凍害情況及形成原因

鐵路線路凍害的形成原因多樣，主要與氣候條件、路基填料、路基土體中的水分、列車荷載作用及溫度變化等因素有關(guān)。其中，路基土體中的水分和溫度變化是形成路基凍害的決定性因素。路基中的水結(jié)冰后體積增大約9%^［1］，對(duì)軌道結(jié)構(gòu)產(chǎn)生很大的壓力，致使路基和軌道結(jié)構(gòu)發(fā)生變形。同時(shí)線路縱、橫斷面產(chǎn)生凹凸不平的不均勻凍脹，最終形成凍害。一般情況下，均勻凍脹并不構(gòu)成凍害，凍害嚴(yán)重地段往往伴隨翻漿冒泥、道砟陷槽、路基土側(cè)擠、線路不平順等病害。

每年凍害發(fā)生最早的地點(diǎn)是涵渠部位，特別是涵上填土厚度不足處（從現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量約為0.8～1 m）。根據(jù)涵洞凍害處所現(xiàn)場(chǎng)情況，如圖1所示，涵洞上方凍起，軌面高低發(fā)生變化，呈現(xiàn)出涵洞上方高而兩側(cè)低的情況。經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際測(cè)量后，涵上填土凍起高度7～10 mm。原因是路基填土和涵渠上填土雖然同時(shí)凍起，但涵渠上下通風(fēng)，涵背填土受上下兩個(gè)方向低溫度的影響，涵上填土凍結(jié)比路基填土凍結(jié)速度快，路基填土凍結(jié)存在滯后現(xiàn)象。

北京局集團(tuán)公司管內(nèi)的某線路，存在較多的覆土涵洞，土質(zhì)為粉質(zhì)黏土，覆土深度0.5～3 m不等。線路處于城鎮(zhèn)郊區(qū)，晝夜溫差較大，且多為東西走向，高路基，冬季多為北風(fēng)從涵洞中穿過(guò)，涵洞頂層溫度比路基溫度平均低3 ℃，線路凍害常年存在。且從每年凍害檢查情況來(lái)看，上行線一側(cè)的凍害要早于下行線一側(cè)，北股線路早于南股線路，呈交替發(fā)展變化，給線路養(yǎng)護(hù)維修和凍害整治帶來(lái)不少困難。

2利用動(dòng)靜態(tài)數(shù)據(jù)對(duì)凍害處所的分析和監(jiān)測(cè)

如檢查不到位，凍害處所凍害發(fā)展最快時(shí)一夜可以凍起10 mm左右，給列車運(yùn)行帶來(lái)很大隱患。所以建立有效的監(jiān)測(cè)手段是預(yù)防和控制凍害的前提，對(duì)凍害做到一處一檔，詳細(xì)記錄凍害的整個(gè)變化過(guò)程，掌握凍害的詳細(xì)資料，為日常維修提供依據(jù)。

在日常的維修生產(chǎn)中，充分利用軌檢車圖紙、人工添乘和便攜式添乘儀、靜態(tài)檢查等動(dòng)靜態(tài)數(shù)據(jù)對(duì)凍害處所進(jìn)行分析和監(jiān)測(cè)，精準(zhǔn)及時(shí)地掌握設(shè)備的變化情況，才能保證及時(shí)發(fā)現(xiàn)線路凍害^［2］。

2.1凍害處所的軌檢車圖紙典型特征

隨著軌檢車技術(shù)的快速發(fā)展，檢測(cè)方法更為先進(jìn)，數(shù)據(jù)更為準(zhǔn)確，已經(jīng)成為工務(wù)站段日常生產(chǎn)中重要的檢測(cè)手段。軌檢車生成的波形圖具有精度高、漂移小、重復(fù)性好的特點(diǎn)^［3］，通過(guò)軟件分析可以直觀反映出兩次波形圖中設(shè)備發(fā)生明顯變化的處所。

根據(jù)發(fā)生凍害的原因、位置和形成條件，利用每個(gè)月的軌檢車資料對(duì)橋涵結(jié)合部位置進(jìn)行重點(diǎn)對(duì)比分析。通過(guò)軌檢車圖紙分析和現(xiàn)場(chǎng)病害的調(diào)查復(fù)核，涵洞凍害軌檢車圖紙典形波形如圖2所示，呈現(xiàn)涵洞上方高，兩側(cè)下沉的波形圖。如果與歷史圖形對(duì)比來(lái)看，左高低和右高低峰值呈明顯的變化。左高低從2.21 mm升高至7.57 mm，升高了5.36 mm；右高低從1.03 mm升高至7 mm，升高5.97 mm。通過(guò)日常的動(dòng)態(tài)分析，當(dāng)軌檢車波形圖在冬季涵洞處所出現(xiàn)以上的類似變化，可以判斷為存在線路凍起的問(wèn)題，要及時(shí)安排作業(yè)人員進(jìn)行復(fù)核、整修。

2.2利用軌檢車圖紙對(duì)凍害處所判斷分析

由于凍害的形成原因復(fù)雜及當(dāng)前的整治手段有限，很難對(duì)凍害問(wèn)題進(jìn)行根治，導(dǎo)致凍害往往反復(fù)發(fā)生。根據(jù)軌檢車呈現(xiàn)出來(lái)的凍害處所典型波形圖特征，分別利用不同月份、季節(jié)的軌檢車圖紙進(jìn)行多圖疊加對(duì)比，對(duì)涵洞出現(xiàn)明顯的高低或三角坑變化處所進(jìn)行匯總分析，可以精準(zhǔn)地分析出每年易發(fā)生凍害處所。利用2年共計(jì)10個(gè)不同月份的圖紙進(jìn)行疊加對(duì)比判斷凍害處所，如圖3所示，可以看出在12月份涵洞處呈現(xiàn)明顯的兩股鋼軌的高低峰值變化。2023年在某兩條線路上利用軌檢車圖紙的疊加對(duì)比方法，共計(jì)分析出115處易發(fā)生凍害的處所，從而建立臺(tái)賬，提前采取措施，有效控制了線路凍害的發(fā)展變化。

2.3利用車載式線路檢查儀對(duì)凍害處所實(shí)時(shí)監(jiān)控

由于軌檢車每月只能檢測(cè)一遍，在檢測(cè)的間隙，可以利用車載式線路檢查儀對(duì)易發(fā)生凍害處所進(jìn)行實(shí)時(shí)的數(shù)據(jù)分析和監(jiān)控。如果發(fā)現(xiàn)車載報(bào)警從無(wú)到有，報(bào)警次數(shù)密集出現(xiàn)等異常情況，及時(shí)通知車間到現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行復(fù)核整修。通過(guò)分析某線路下行K39+756涵洞處所車載數(shù)據(jù)變化，如圖4所示，2023年12月22日之前沒有車載Ⅱ級(jí)以上報(bào)警，22日發(fā)生垂向加速度車載Ⅱ級(jí)報(bào)警2次，23日發(fā)生垂向加速度車載Ⅱ級(jí)報(bào)警3次，但是24日卻連續(xù)發(fā)生了垂向加速度車載Ⅱ級(jí)報(bào)警14次，且最大峰值為0.18g的異常報(bào)警現(xiàn)象，經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)復(fù)核后確認(rèn)為凍害引起的線路高低變化。

2.4加密人工添乘和便攜式添乘儀的檢查

平均氣溫連續(xù)幾天降到0 ℃以下，凍害發(fā)展比較迅速，應(yīng)組織專業(yè)技術(shù)人員對(duì)線路進(jìn)行加密添乘檢查，對(duì)便攜式添乘儀晃車數(shù)據(jù)變化情況進(jìn)行認(rèn)真的分析。盡量安排同一個(gè)人添乘同一類型機(jī)車，攜帶每年易發(fā)生凍害處所的臺(tái)賬，添乘過(guò)程中觀察同一地點(diǎn)機(jī)車振動(dòng)幅度變化，如果體感晃車狀態(tài)發(fā)生明顯變化，要及時(shí)組織人員進(jìn)行地面復(fù)核檢查。

2.5建立靜態(tài)周期檢查制度

從凍害處所的現(xiàn)場(chǎng)靜態(tài)檢查情況來(lái)看，從路基開始出現(xiàn)凍高到基本穩(wěn)定，通常情況下會(huì)持續(xù)2～10天，所以要建立靜態(tài)的周期性檢查制度。工區(qū)安排專人每日對(duì)10 mm以上凍害處所檢查一遍，車間每日對(duì)20 mm以上凍害處所檢查一遍。各級(jí)檢查人員檢查時(shí)，使用白鉛油漆將線路軌距、水平記錄在軌枕上，以便每次復(fù)核時(shí)對(duì)比。在凍害發(fā)展時(shí)進(jìn)行更新，掌握變化情況。當(dāng)該處凍害狀態(tài)穩(wěn)定后用紅漆標(biāo)注在軌腰上，以便指導(dǎo)春融回落時(shí)期的整修。

車間和工區(qū)應(yīng)建立凍害臺(tái)賬，臺(tái)賬中應(yīng)包括凍害發(fā)生的里程、左右股凍起最大高度、凍害長(zhǎng)度、路基形式、凍害成因、凍害發(fā)生日期、凍害回落日期、整治措施及結(jié)果等內(nèi)容，為凍害的防治工作提供依據(jù)。

3線路凍害的預(yù)防和整治手段

通過(guò)利用動(dòng)靜態(tài)數(shù)據(jù)的分析和監(jiān)測(cè)，能夠及時(shí)掌握凍害處所的設(shè)備變化情況，進(jìn)而在凍害的整治方面提前采取有效的措施。

3.1撒墊板作業(yè)和預(yù)起道

處理路基不高，涵上填土凍起高度在7～15 mm，且冬季變化不大的凍害時(shí)，為保證線路的平順度，在凍結(jié)前，應(yīng)有計(jì)劃地撤出調(diào)高墊板并進(jìn)行搗固。在凍起發(fā)生后，可利用調(diào)高墊板進(jìn)行順坡的方式來(lái)解決^［4］，每處調(diào)高墊板不得超過(guò)2塊，總厚度不得超過(guò)15 mm。對(duì)于凍起較高且大于15 mm以上的處所，可采用調(diào)高扣件，做好順坡，每處調(diào)高墊板不得超過(guò)3塊。對(duì)凍起高度超過(guò)20 mm以上或使用墊板順坡比較困難地段，可以采取預(yù)起道的方法，主要是在秋季溫度適宜時(shí)對(duì)凍害預(yù)墊的墊板逐步撤除，對(duì)橋涵兩側(cè)過(guò)渡段進(jìn)行預(yù)起道，為撤墊板順坡工作留有足夠的余量，凍害發(fā)生后再用墊板順坡。特殊情況下采用加裝軌距桿、下穿枕木的方式加強(qiáng)軌道框架強(qiáng)度。但在進(jìn)行此項(xiàng)工作前需要準(zhǔn)確地記錄凍害臺(tái)賬資料，必須在前一年凍害穩(wěn)定期內(nèi)，對(duì)凍害的起終點(diǎn)及凍起高度做出明顯標(biāo)記，保證凍害范圍精準(zhǔn)，凍高精確。

線路、道岔上墊入或撤出墊板作業(yè)時(shí)，要按照《普速鐵路線路修理規(guī)則》中的要求執(zhí)行，在正線、到發(fā)線上，順坡長(zhǎng)度應(yīng)為：允許速度不大于120 km/h的線路不應(yīng)小于凍起高度的600倍；允許速度為120（不含）～160 km/h的線路不應(yīng)小于凍起高度的1 200倍；允許速度大于160 km/h的線路不應(yīng)小于凍起高度的1 600倍；在其他站線上，順坡長(zhǎng)度不應(yīng)小于凍起高度的400倍。線路上凍起高度超過(guò)20 mm時(shí)，兩端順坡之間應(yīng)有不短于10 m的過(guò)渡段，其坡度應(yīng)與線路坡度一致，道岔轍叉及轉(zhuǎn)轍部分不得有變坡點(diǎn)^［5］。當(dāng)凍害發(fā)生在道岔轉(zhuǎn)轍部分，特別是尖軌中后部?jī)銎饡r(shí)，非常容易造成尖軌翹頭和道岔卡阻，在道岔墊板時(shí)需要準(zhǔn)備通長(zhǎng)橡膠墊板及加長(zhǎng)大螺栓，保證轉(zhuǎn)轍部分在一個(gè)平面上。

3.2道床清篩

通過(guò)對(duì)某線路凍害處所的分析，產(chǎn)生線路凍害的主要誘因還有道床臟污和排水不暢。通過(guò)對(duì)道床進(jìn)行清篩，清除或減少道床內(nèi)的細(xì)顆粒土含量。同時(shí)疏通涵洞兩側(cè)排水，降低涵洞上方覆土層的含水率，從而減少凍脹量，有效控制凍害的發(fā)生。保持道床石砟的清潔和排水通暢，還能有效控制因春季凍脹融化后產(chǎn)生的線路翻漿冒泥、高低、空吊問(wèn)題的發(fā)生。在2023年利用秋季集中修對(duì)某線路中K55+705涵洞進(jìn)行道床清篩，并清除涵洞帽石兩側(cè)土攏，疏通排水，恢復(fù)路基頂面橫向坡度。根據(jù)兩年冬季同期凍害處所清篩前后軌檢車圖紙對(duì)比（圖5），凍害發(fā)展得到了有效控制。

3.3注鹽處理

注鹽時(shí)要掌握注鹽時(shí)機(jī)和注鹽方法，每年8～10月可以扒開道床部分的整個(gè)軌枕盒及軌枕頭外100 mm以內(nèi)的道砟，在凍害范圍外側(cè)各延長(zhǎng)至少1 m，將鹽均勻地灑在道床范圍內(nèi)^［6］，利用雨季雨水把凍害鹽滲透到土層中，曲線地段還要考慮水的流向。但近幾年實(shí)際作業(yè)中，鹽粒容易和石砟、基土黏合，融化效果不好，而且受天窗限制，作業(yè)效率較低。將鹽用水融化后灑入土層中，隨著鹽水進(jìn)入土層的濃度越大，土層的凍脹程度越小，造成線路土層的變形就越不明顯，從而對(duì)凍害的形成和發(fā)展起到了有效地抑制作用。

3.4降低路肩，增設(shè)排水溝

通過(guò)清理道床邊坡的污土，降低路肩，在路肩外側(cè)增設(shè)縱向排水溝，使雨水及時(shí)排出，降低路基的含水量。此方法多適用于成段范圍的排水不良處所及冬季時(shí)車站內(nèi)涵洞出現(xiàn)多股道且大面積的凍害地段。

3.5增加檢查頻次，建立臺(tái)賬

每年2～4月是設(shè)備春融整治關(guān)鍵期，隨著天氣逐漸轉(zhuǎn)暖，凍害消融，線路設(shè)備變化較大，應(yīng)特別關(guān)注冬季發(fā)生凍害處所的回落和設(shè)備變化。根據(jù)建立的凍害處所臺(tái)賬，利用軌檢車圖紙、車載式線路檢查儀等手段加強(qiáng)對(duì)設(shè)備變化的分析預(yù)警，及時(shí)撤除或調(diào)整凍害回落處所墊板。凍脹程度較高的處所，回落時(shí)道床石砟間隙發(fā)生變化時(shí)，容易產(chǎn)生空吊問(wèn)題，要及時(shí)進(jìn)行搗固密實(shí)，做好順撬，確保行車安全。

4結(jié)語(yǔ)

鐵路線路凍害具有發(fā)展快、根治難、反復(fù)發(fā)生等特點(diǎn)，依據(jù)不同線路設(shè)備的特性和運(yùn)輸特點(diǎn)，對(duì)凍害處所利用軌檢車數(shù)據(jù)、車載式線路檢查儀數(shù)據(jù)、加密人工添乘和便攜式添乘儀的檢查、靜態(tài)檢查的方式進(jìn)行密切監(jiān)控，及時(shí)發(fā)現(xiàn)凍害變化情況，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際制定凍害防治措施，確保鐵路運(yùn)輸生產(chǎn)的安全。

參考文獻(xiàn)

［1］ 薛東升.重載鐵路線路凍害整治方法的分析與研究［J］.太原鐵道科技，2020（3）：79.

［2］ 郭子良.對(duì)線路凍害整修方法的探討［J］.哈爾濱鐵道科技，2016（3）：29.

［3］ 謝文軍.GJ6型軌檢車檢測(cè)系統(tǒng)原理及應(yīng)用［M］.北京：中國(guó)鐵道出版社，2017.

［4］ 沈陽(yáng)鐵路局工務(wù)處.工務(wù)線路維修單項(xiàng)作業(yè)指導(dǎo)書［M］.北京：中國(guó)鐵道出版社，2014.

［5］ 中國(guó)鐵路總公司.普速鐵路線路修理規(guī)則：TG/GW 102—2019［S］.北京：中國(guó)鐵道出版社有限公司，2019.

［6］ 鐵路職工崗位培訓(xùn)教材編審委員會(huì).鐵路線路工［M］.北京：中國(guó)鐵道出版社，2010.

作者單位：1.中國(guó)鐵路北京局集團(tuán)有限公司天津工務(wù)段，天津300000；

作者單位：2.中國(guó)鐵路北京局集團(tuán)有限公司工務(wù)部，北京100080

作者簡(jiǎn)介：王龍，男，工程師。