路基冻胀是冻土地区铁路运营的顽疾，在防排水、土质改良和保温等措施难以消除冻胀的情况下，人工供热是一种备选方案。依托准池铁路K44+970—K45+020冻害路段，设计基于地源热泵的分布式供热方案，建设1个长度为20 m的现场试验段。在2021—2022年冬季开展1个冻融周期的供热试验，基于监测数据对热泵换热温度、路基温度场、冻结深度、轨道变形量等指标进行分析。研究结果表明：热泵的供热温度可达50℃以上，热源品位高且供热量稳定。供热试验段内路基冻结范围和温度极值比天然工况显著减小，线路中心处最大冻结深度由148 cm减小为88 cm,冻结锋面保持在地下水毛细迁移高度以上。试验段路基横向冻结深度差值由天然条件的49 cm减小为13 cm,有利于消除横向冻胀差异引起的水平不平顺。试验段纵向上的冻结深度差值基本控制在20 cm以内，可以避免次生高低不平顺。天然路基呈先发育深层冻胀、后在降雪融水入渗时发育浅层冻胀的规律，最大冻胀量达9.4 mm。试验段内路基未发育深层冻胀，且浅层冻胀量得到有效控制，轨道变形量控制在±3 mm以内，没有超出作业验收管理值，有效缓解了试验段冻害问题。

穿越广袤季节性冻土地区的高速铁路都必将面临路基冻胀问题,也是变形控制难点之一,是高速铁路对路基提出的更高要求,特别是无砟轨道,冻胀变形极大增加了路基冬季冻胀变形控制的技术难度。鉴于铁路路基冻胀监测与研究重要性,文章对近年来季节冻土区铁路路基冻胀研究进展情况展开了详细的分析,并且提出了具体的研究方案,希望对有关研究提供一定的参考价值。

针对目前铁路路基结构的作用效果受季节性冻土区问题影响,本文以实际工程项目为例,采用试验方法,分析了两组粗颗粒填料中粉黏粒含量对结构冻胀特性的影响,并提出了换填法作用于抑制季节冻土区铁路路基冻胀计算模型构建与计算结果分析,其目的是为相关建设者提供一些理论依据。

哈大(哈尔滨—大连)高铁是我国第一条季节性冻土区无砟轨道高速铁路,抑制路基冻胀变形是保证轨道结构稳定的必要条件。哈大高铁在建造过程中,通过前期控制和后期补强,将路基冻胀变形控制在有限范围内,保证了运营安全。本文根据哈大高铁路基冻胀深化研究成果及监测数据,对哈大高铁路基冻胀规律及工程特点进行总结,对路基防冻胀设计中填料冻胀特性的辨识、路基冻结深度的选取与修正、级配碎石掺水泥的冻胀特性、既有路基防排水结构的优劣等问题进行了探讨,从工程应用方面提出了建议。

高速铁路对轨道平顺性具有非常高的要求,在季节冻土区建设的铁路面临着路基冻胀问题,由路基冻胀引起的轨道变形严重影响了高速铁路运行的安全性与舒适性.通过对比其他学者关于路基冻胀的处理与防治方法,提出了采用水泥稳定级配碎石代替普通级配碎石作为基床表层填料,同时在路基边坡铺设保温护坡的方法来防治路基冻胀.根据哈大客运专线季节冻土区的地质及气候条件,采用有限元数值仿真方法分析路基基床表层采用水泥稳定级配碎石和在路基边坡加设保温护坡后对路基温度场的影响.并将分析结果与哈大客运专线的现场实测结果进行了对比,验证了有限元数值仿真结果的可靠性,分析结果表明:在基床表层换填水泥稳定级配碎石,同时在路基边坡铺设3.0 m高、2.5 m宽的保温护坡后可以有效缓解路基的冻胀,与无任何保温措施的普通路基相比,路基中心处的最大冻结深度减小了0.5 m,路肩处的最大冻结深度减小了1.1 m.

针对地下水较为发育的季节性冻土区高速铁路路堑地段易发生路基冻胀的情况,采用数值模拟方法,运用SEEP/W软件,进行路基冻胀的井点降水整治研究。结果表明:抽水量为1.5m3·h-1的小型水泵在埋深为5～7m的条件下,连续工作约1.3～1.4h可将其周围的水位降至泵底;井点降水整治中,水泵埋深取为6.7m较为合理;取水泵合理的埋深为6.7m时,为在入冬前将路堑中的地下水位降低到3.8m,需抽水25d;入冬后为确保水位在最大冻深3.0m以下,并同时考虑到节能,可采取间隔抽水方式,而暂停抽水后路堑中心地下水位从3.8m回升到3m需要7.5d(水泵最大间歇时间),然后启动水泵再次将水位从3.0m降至3.8m的抽水时间需要6d。依据数值分析结果在试验段采用井点降水整治后,路基的最大冻胀量从2013年的11.6mm降至2014年的4.5mm,路基的冻胀整治效果较为显著,表明根据数值分析结果制定的井点降水整治方案是合理的。

季节冻土区修建高速铁路的主要问题是路基冻胀.依托我国东北、华北多个高速铁路路基冻胀监测工作实践,研究了一套冻胀监测系统的构建方法并成功应用于哈齐客专、大西客专、牡绥线等路基冻胀监测工作中.综合监测成果,对高速铁路路基冻胀规律进行了分析,对冻胀原因进行了总结.结果表明:冻胀监测系统应充分考虑严寒、低温、高速条件下,利用先进传感器及物联网技术来实现各子系统集成;季节冻土区铁路路基冻胀存在一定规律可循,季节冻土区铁路路基冻胀不可避免但是可控.填料质量是防冻胀控制的根本,施工质量过程管控是基础保障.

基于Harlan模型和Darcy定律,并考虑温度梯度对水分迁移影响、温度和含水量对水热参数影响以及各种环境气候因素的影响,建立了完全依赖气象资料和水热参数的风积沙土路基冻结过程中水热耦合迁移数学模型,采用全隐式有限差分格式和TDMA迭代法对内蒙古锡林浩特地区沙漠公路207国道K135+000处冻结期间路基水热迁移规律进行了数值模拟.结果表明:该地区道路冻结深度随时间近似线性变化,冻结速度达到2～3 cm.d-1,最大冻深为3 m左右,冻融时间约为180 d;水分迁移主要发生在冻结锋面附近,从未冻区向冻结区迁移,且随着冻结锋面前移,迁移量逐渐增大;整个冻融期间最大冻深底部层位含水量变化较大,路面下0～50 cm范围内温度变化比较剧烈.

在季节性冻土区的路基工程中,冻胀、融沉和翻浆都会对道路产生较严重的破坏。根据2000—2002年间对吉林省长余高速公路路基冻胀观测所获得的资料,分别分析了温度、水分、土质、路基类型等因素对路基冻胀的影响。

在季节性冻土区的路基工程中 ,冻胀是冻害的主要形式之一 ,冬季较强烈的冻胀也预示着春季可能要产生较严重的融沉和翻浆。根据 2 0 0 0～ 2 0 0 2年间对吉林省长余高速公路路基冻胀观测所获得的资料 ,描述了冻胀引起的路面变形破坏特征 ,对影响冻胀的因素进行了分析 ,并阐明了路基冻胀量沿冻深的分布状况。