含黄铁矿填料的高速铁路路基上拱特性与机理

Characteristics and Mechanisms of Heave of High-Speed Railway Subgrade Containing Pyrite Filler

摘要

黄铁矿氧化膨胀对建筑物、铁路、公路等结构的影响较大，易引发结构物上拱。通过现场勘察、矿物成分分析和变形监测，系统研究含黄铁矿填料路基上拱病害特征，探究摩擦板及端刺结构型式、路基填料高度对路基上拱变形的影响，分析黄铁矿氧化膨胀反应机理和膨胀特性，以明确路基上拱原因。结果表明：所有上拱区段路基填料均检测出含有少量黄铁矿和石膏；上拱变形主要产生在路基高度范围内，线路开通后路基以0.13~0.46 mm · m^-1的速率持续上拱；半填半挖区段轨道结构的上拱量沿路基横向随填方高度的降低呈递减关系；路桥过渡段范围轨道垂向变形特征与摩擦板及端刺结构型式密切相关，摩擦板及端刺结构对路基上拱变形存在抑制作用；黄铁矿氧化是一个长久且持续过程，其生成硫酸盐引发的一系列化学反应所伴随的体积膨胀是造成路基上拱的主要原因；为彻底消除该隐患，应对含黄铁矿填料采取暗挖置换措施。

Abstract

Pyrite oxidation expansion has significant engineering implications, easily inducing heave deformation in structures such as buildings, railways and highways. Through the field investigation, deformation monitoring and mineral composition analysis, this paper systematically analyzes characteristics of heave diseases in subgrade containing pyrite fillers, explores the correlation between heave deformation and the friction plate and end spine, as well as the height of subgrade filler, and analyzes the expansion reaction mechanism and characteristics of pyrite oxidation, so as to clarify the cause of subgrade heave. The results show that small amounts of pyrite and gypsum are detected in all subgrade fillers of the heave section. The heave deformation mainly occurs within the height range of subgrade, with a continuous heave rate of 0.13 - 0.46 mm · m^-1 since the opening of the railway. The heave deformation of track structure in the half-filled and half-excavated section decreases along the transverse direction of subgrade with the decrease in the filler height. The vertical deformation characteristics of the track in the transition zone between the road and bridge are closely related to the structure of friction plate and end spine, which exhibit inhibitory effects on the subgrade heave deformation. Pyrite oxidation reaction is a long-term and continuous process, and the volume expansion accompanying the chemical reactions resulting from sulfate production is the main cause of subgrade heave deformation. To thoroughly eliminate this hazard, underground excavation and replacement measures should be taken for the filler-containing pyrite.

Graphical abstract

关键词

高速铁路 / 路基上拱 / 黄铁矿氧化 / 摩擦板 / 端刺结构 / 变形监测 / 矿物成分分析

Key words

High-speed railway / Subgrade heave / Pyrite oxidation / Friction plate / End spine structure / Deformation monitoring / Mineral composition analysis

受我国复杂的地形地貌、特殊的环境条件以及路基结构填料及施工工艺的复杂性等因素影响，高速铁路路基各类病害问题日益显现。近年来，高速铁路路基上拱变形问题十分突出，兰新、潍莱等多条铁路先后发现了路基上拱变形问题。基于高铁安全运营对轨道毫米级平顺性的要求，路基上拱变形带来了极大的安全威胁，部分线路不得不采取限速措施，严重影响了铁路线路的正常运营。

铁路路基上拱病害具有发生位置不一、产生原因各异和变形特征多样等特点，目前引发路基上拱病害的主要原因有以下4类：第1类为填料和地基土中含有较多的石膏、蒙脱石、伊利石等膨胀性矿物，在水的诱因作用下，矿物吸水膨胀引起路基上拱^［1-3］；第2类为挖方地段基底为膨胀岩（土），施工开挖改变原有地质环境，地基膨胀岩（土）发生膨胀导致路基上拱^［4-6］；第3类为挖方地段位于高地应力区域，施工开挖卸荷作用使应力场重分布，产生卸荷蠕变，导致路基上拱变形^［6-7］；第4类为硫酸盐侵蚀水泥改良填料，形成钙矾石、硅灰石膏类晶体产生膨胀，引起路基上拱变形^［8-11］。然而当前又发现了一种新的路基上拱成因，不同于以上4种路基上拱病害成因，该类型上拱病害区段路基填料中普遍存在少量的黄铁矿。

黄铁矿是铁的二硫化物，是地球上最丰富的硫化物矿物，主要以2种形式存在：立方晶体（直径0.1~5 mm）和由微小颗粒紧密堆积而成的草莓状球形集合体（直径1~10 μm）。黄铁矿对工程影响的研究最早开始于20世纪70年代，加拿大里多健康中心（1970）、英格兰提塞德（1978）、威尔士加的夫（1982）、爱尔兰都柏林（2000），美国肯塔基州斯蒂尔县（2008）等地区均发现了因黄铁矿氧化造成的建筑物上拱、墙体开裂等问题^［12-13］。国外学者结合工程病害开展了一系列黄铁矿膨胀试验研究，Mckeon等^［14］、Maher等^［15］和Sutton等^［16］通过室内膨胀试验分析了黄铁矿氧化引起的膨胀变形规律和膨胀压力特性。Maher等^［17］和Song等^［18］分析了易发生上拱的黄铁矿泥岩骨料特征以及黄铁矿膨胀程度的影响因素。Mccabe等^［19］，Hoover等^［20］通过膨胀试验和理论研究提出了其所研究黄铁矿泥岩的膨胀量预测模型。Matheson等^［21］提出了基于都柏林泥岩和骨料膨胀潜力的测试评估方法。国内学者主要在矿区污染环境治理方面对黄铁矿表面氧化机理、动力学特性和氧化抑制等开展了大量研究^［22-24］，对于黄铁矿氧化引发结构上拱暂未开展研究。目前，国内外学者主要对地基含黄铁矿泥岩致建筑物起拱开展了较多研究，而针对填料含黄铁矿引发铁路路基上拱问题尚无研究先例。

本文通过现场勘察、变形监测和矿物成分分析等方式系统研究了含黄铁矿填料路基的上拱病害特性，分析了黄铁矿膨胀反应机理和膨胀特性，明确了路基上拱原因，并给出了日后运营维护的建议。

1 工程概况

某高速铁路线路上拱病害均发生在路基及路桥结合部范围，在长度40 km的区段中共发现十余处路桥结合处出现线路上拱病害。自开通后，工务部门进行了多次精调作业，目前多处地段扣件调整量已基本达到极限，无法继续调整，线路养修承受巨大压力。

1.1　轨道设计情况

本区段桥台后路桥结合部设置的摩擦板及端刺结构分为2种：①标准摩擦板及端刺结构，标准摩擦板长度50 m；②桥-桥紧邻地段（150 m≤L<200 m，L为两桥之间的路基长度）摩擦板及端刺结构，桥-桥紧邻地段摩擦板长度根据路基长度确定。图1为2种台后摩擦板及端刺结构型式。

1.2　现场病害情况

图2为路桥过渡段上拱病害，主要包含以下6种：①桥台处高强度挤塑板与底座板间离缝吊空，吊空高度10~30 mm不等；②桥台台尾前后轨面标高升高；③摩擦板面高于桥台顶面，形成错台，交接处嵌缝失效；④部分病害工点，轨道结构存在横向贯通裂纹；⑤摩擦板和支承层开裂较多；⑥路基上混凝土附属设施开裂较多。

为分析上拱原因，针对路基过渡段、区间路堤和区间路堤式路堑上拱变形较大的断面开展了取样检测和变形监测，分析膨胀物质含量与变形发展规律。

2 取样结果分析

过渡段对级配碎石掺3%水泥进行了取样，区间路基对基床表层级配碎石和基床底层AB组填料进行了取样，同时对上拱变形较大的路堤区地基岩芯进行了取样。

2.1　膨胀性指标

路基填料过0.5 mm筛，对粒径小于0.5 mm细粒填料的自由膨胀率、蒙脱石含量、阳离子交换量指标进行膨胀性试验，24处断面共计102组试样。检测结果显示，路基填料自由膨胀率2%~68%，蒙脱石含量0.02%~1.46%，阳离子交换量15.18~126.48 mmol · kg^-1。依据TB 10077-2019《铁路工程岩土分类标准》中膨胀土的膨胀潜势分级标准，判定路基填料不属于膨胀土。

对地基取样得到的弱风化泥质砂岩岩块开展了岩石膨胀性试验，测得膨胀性指标结果见表1。依据TB 10077-2019《铁路工程岩土分类标准》中膨胀岩的室内试验判定指标，判定地基泥质砂岩为非膨胀岩。

2.2　矿物成分

通过X射线衍射分析（XRD）测定路基填料和地基岩石所有晶体矿物成分及其含量，测定结果见表2。由于检测组数较多，表2中仅列出涵盖各种路基结构型式的部分结果，括号中的数字表示土样的取样深度，路基土样深度为路基面以下深度，地基土样深度为原地面以下深度。由表2可知：路基填料中主要矿物成分为石英（11%~63%）、方解石（4%~61%）、白云石（3%~29%）、云母（5%~21%）、钠长石（3%~13%）以及钾长石（1%~10%），同时含有少量绿泥石（1%~3%）、石膏（1%~4%）和黄铁矿（1%~2%）；地基泥质砂岩主要成分是石英（32%~72%）、钠长石（2%~19%）、蒙脱石（13%~20%）、方解石（2%~15%）以及云母（7%），同时含有少量钾长石（2%~4%）、赤铁矿（1%~2%）和绿泥石（4%），与路基填料矿物成分的主要区别为地基泥质砂岩中含有不含有白云石、黄铁矿和石膏。

2.3　中溶盐含量

由于XRD方法的测定精度有限，采用硫酸钡质量法测定中溶盐含量，测定结果见表3。由表3可知：XRD方法未测出石膏含量的路基填料中实际也存在少量的石膏。

3 上拱特性

3.1　变形监测方案

测点布设如图3所示。由图3可知：路基地段布设上下行路基监测点、上下行底座板和轨道板监测点及线路中心监测点，通过对路肩和轨道结构测点进行周期性人工监测，掌握路基和轨道结构变形情况以及变形趋势；针对路基基床、基床以下路堤进行分层监测，分析路基膨胀变形层位，分层监测断面布设于路肩位置，分层位移计沿线路方向纵向间隔0.3~0.5 m布设，通过对分层位移计的顶部和底端锚固可以测量路基面至埋深范围土体的变形量；在摩擦板表面布设静力水准仪测线，测线基准点布设在路桥过渡段桥台位置，测点布设在分层监测断面对应位置的摩擦板表面，通过监测可以获得测点相对于桥台的变形量，通过和分层监测结果比对，综合判断上拱变形层位。

3.2　分层变形数据

图4为不同区段路基分层变形时程曲线。标准摩擦板及端刺结构区段的断面路基高度约为5.3 m，共埋设4个不同深度单点位移计，监测深度分别为1.0，2.0，4.0和5.8 m。桥-桥紧邻地段摩擦板区段的断面路基高度约为3.7 m，共埋设4个不同深度分层位移计，监测深度分别为1.0，2.0，2.7和3.7 m。

由图4（a）可知：自2020年9月22日以来最大上拱变形为5.8 mm，月平均变形速率为0.24 mm · m^-1；1.0~2.0 m和2.0~4.0 m为主要变形层位，分别占总变形量的58%和32%；静力水准仪自2020年9月22日以来累积上拱位移曲线与层位4 m的分层变形曲线基本吻合，两者的上拱变化量和发展规律基本一致，显示目前上拱变形主要发在路基高度范围内。

由图4（b）可知：自2020年9月22日以来最大上拱变形为11.3 mm，月平均变形速率为0.44 mm · m^-1；1.0~2.0 m和2.0~2.7 m为主要变形层位，分别占总变形量的36%和40%；静力水准仪自2020年9月22日以来累积上拱位移曲线与层位3.7 m的分层变形曲线基本吻合，两者的上拱变化量和发展规律基本一致，显示目前上拱变形主要发在路基高度范围内。

3.3　路基面与轨道结构测点变形数据

图5为不同区段路基测点和摩擦板测点竖向位移曲线，数据为2020年8月14日至2022年9月25日通过人工监测方式获得，图中里程为0处为路桥结合部位置，里程为正表示为大里程方向，里程为负表示为小里程方向。由图5可知，标准摩擦板区段同一里程相同行别路基测点的上拱量明显大于摩擦板测点，桥-桥紧邻地段摩擦板区段路基和摩擦板测点上拱量基本相近，表明标准摩擦板区段摩擦板对路基上拱变形具有明显的抑制作用。

图6为半填半挖路基横断面示意图，路基横向宽度为13.6 m，路基填方高度自左向右逐渐增大。

图7为标准摩擦板地段半填半挖路基表面测点位移-里程-横向位置3者之间的关系曲线，横向位置0 m为左侧路肩边缘位置，横向位置13.6 m为右侧路肩边缘位置，测点位置如图3（a）所示，测点位移为2020年8月14日至2022年9月25日通过人工监测方式获得。由图7可知：下行线路肩和轨道结构测点的上拱位移量明显大于上行线，轨道结构测点位移沿路基面横向由右向左呈递减变化，且与路基横断面填方高度变化有着良好的对应关系，即随着填方高度的减小，测点位移呈递减变化。

3.4　轨道结构高程变形数据

将当前轨面线形数据减去竣工轨面线形测量数据和开通以来扣件的累计调整量，可求得开通以来轨道板高程的绝对变化量，即轨道板线形曲线，如图8所示。其中，图8（a）为标准摩擦板区段的轨道板线形曲线，图8（b）为桥-桥紧邻地段摩擦板区段的轨道板线形曲线。

由图8可知：路桥结合处均表现为“凸”型线形，路桥结合处垂向变形明显大于两侧，与现场调查桥台处高强度挤塑板与底座板间离缝吊空现象相符，且变化量也与现场测得的吊空高度一致。“凸”型线形主要因为CRTSII型板式无砟轨道为纵向连续结构，在路桥结合处差异变形作用下而产生。由于WJ-8型扣件最大的顺坡调整能力为30 mm，虽然路桥结合处总变形量不大，但其引发的短距离“凸”型线形却给轨道平顺性调节带来了巨大挑战。

标准摩擦板长度50 m，路桥过渡段纵向倒梯形顶部沿线路方向长度56 m，摩擦板板尾设置倒T型大端刺，50 m~56 m为过渡板位置。图8（a）中垂向变形从路桥结合处逐步回落至路基方向50 m处后陡增至56 m位置，表明路桥过渡段轨道垂向变形特征与标准摩擦板及端刺结构的结构型式紧密相关。图4分层变形监测结果显示标准摩擦板区段外侧路基上拱变形在持续发展，图5（a）中人工监测结果显示路基测点的上拱位移明显大于摩擦板测点，同时现场发现多处横向挡块已被顶裂，证明标准摩擦板及端刺结构对上拱变形存在抑制作用，且在倒T形端刺位置的抑制作用最为显著。

图9为桥-桥紧邻地段自2020年11月开始监测的摩擦板测点竖向位移曲线。由图9可知：在倒T形端刺位置位移最小，且近两年来未有增加，说明桥-桥紧邻地段倒T形端刺对上拱变形也有一定的抑制作用。

图10为40 km的区段内13组典型监测断面的轨道板高程、分层变形和人工监测数据月平均变形速率，表4为各监测断面的路基结构类型与摩擦板类型统计表，区间段落无摩擦板结构。由图10可知：13组断面月平均上拱速率0.13~0.46 mm · m^-1，各断面4组数据得到的月平均变形速率基本相等，部分断面存在差别的主要原因是测点位置不完全一致。

经综合分析可得：2014年7月至2020年5月轨道高程月平均上拱变形速率与2016年5月至12月路基测点月平均上拱变形速率基本一致，表明自2014年7月开通至2020年5月，路基上拱变形以相对稳定的变形速率在发展；近2年路基分层监测和人工监测与2014年7月至2020年5月轨道板高程月平均上拱变形速率一致，表明自2014年7月开通至今路基上拱变形以相对稳定的变形速率在发展，且暂无收敛趋势；近2年路基分层监测与人工监测月平均上拱变形速率基本一致，表明上拱变形主要产生在路基高度范围内。

4 黄铁矿氧化膨胀反应

路基填料矿物检测中含有方解石、白云石及少量黄铁矿和石膏，黄铁矿属于易风化矿物，遇水、氧气反应生成硫酸和硫酸亚铁、硫酸铁等矿物，硫酸会与填料中的方解石、白云石等矿物的钙离子发生化学反应形成石膏，该过程中会发生膨胀变形，具体的化学反应过程^{［14，19，25］}如下。

1）黄铁矿氧化反应

黄铁矿氧化时首先与水和氧反应，生成硫酸亚铁和硫酸，即

\mathrm{2}\mathrm{F}\mathrm{e}{\mathrm{S}}_{\mathrm{2}}+\mathrm{2}{\mathrm{H}}_{\mathrm{2}}\mathrm{O}+\mathrm{7}{\mathrm{O}}_{\mathrm{2}}\to \mathrm{2}\mathrm{F}\mathrm{e}\mathrm{S}{\mathrm{O}}_{\mathrm{4}}+\mathrm{2}{\mathrm{H}}_{\mathrm{2}}\mathrm{S}{\mathrm{O}}_{\mathrm{4}}（1）

硫酸亚铁继续被氧化变成硫酸铁，即

\mathrm{4}\mathrm{F}\mathrm{e}\mathrm{S}{\mathrm{O}}_{\mathrm{4}}+{\mathrm{O}}_{\mathrm{2}}+\mathrm{2}{\mathrm{H}}_{\mathrm{2}}\mathrm{S}{\mathrm{O}}_{\mathrm{4}}\to \mathrm{2}\mathrm{F}{\mathrm{e}}_{\mathrm{2}}(\mathrm{S}{\mathrm{O}}_{\mathrm{4}}{)}_{\mathrm{3}}+\mathrm{2}{\mathrm{H}}_{\mathrm{2}}\mathrm{O}（2）

硫酸铁与已有的黄铁矿发生反应，即

\mathrm{7}\mathrm{F}{\mathrm{e}}_{\mathrm{2}}(\mathrm{S}{\mathrm{O}}_{\mathrm{4}}{)}_{\mathrm{3}}+\mathrm{F}\mathrm{e}{\mathrm{S}}_{\mathrm{2}}+\mathrm{8}{\mathrm{H}}_{\mathrm{2}}\mathrm{O}\to \mathrm{15}\mathrm{F}\mathrm{e}\mathrm{S}{\mathrm{O}}_{\mathrm{4}}+\mathrm{8}{\mathrm{H}}_{\mathrm{2}}\mathrm{S}{\mathrm{O}}_{\mathrm{4}}（3）

部分硫酸铁水解成碱性的硫酸高铁，即

\mathrm{F}{\mathrm{e}}_{\mathrm{2}}(\mathrm{S}{\mathrm{O}}_{\mathrm{4}}{)}_{\mathrm{3}}+\mathrm{2}{\mathrm{H}}_{\mathrm{2}}\mathrm{O}\to \mathrm{2}\mathrm{F}\mathrm{e}(\mathrm{O}\mathrm{H})\mathrm{S}{\mathrm{O}}_{\mathrm{4}}+{\mathrm{H}}_{\mathrm{2}}\mathrm{S}{\mathrm{O}}_{\mathrm{4}}（4）

2）方解石与硫酸反应

\mathrm{C}\mathrm{a}\mathrm{C}{\mathrm{O}}_{\mathrm{3}}+{\mathrm{H}}_{\mathrm{2}}\mathrm{S}{\mathrm{O}}_{\mathrm{4}}+{\mathrm{H}}_{\mathrm{2}}\mathrm{O}\to \mathrm{C}\mathrm{a}\mathrm{S}{\mathrm{O}}_{\mathrm{4}} · \mathrm{2}{\mathrm{H}}_{\mathrm{2}}\mathrm{O}+\mathrm{C}{\mathrm{O}}_{\mathrm{2}}（5）

3）白云石与硫酸反应

\mathrm{C}\mathrm{a}\mathrm{M}\mathrm{g}(\mathrm{C}{\mathrm{O}}_{\mathrm{3}}{)}_{\mathrm{2}}+\mathrm{2}{\mathrm{H}}_{\mathrm{2}}\mathrm{S}{\mathrm{O}}_{\mathrm{4}}+\mathrm{7}{\mathrm{H}}_{\mathrm{2}}\mathrm{O}\to \mathrm{C}\mathrm{a}\mathrm{S}{\mathrm{O}}_{\mathrm{4}} · \mathrm{2}{\mathrm{H}}_{\mathrm{2}}\mathrm{O}+\mathrm{M}\mathrm{g}\mathrm{S}{\mathrm{O}}_{\mathrm{4}} · \mathrm{7}{\mathrm{H}}_{\mathrm{2}}\mathrm{O}+\mathrm{2}\mathrm{C}{\mathrm{O}}_{\mathrm{2}}（6）

研究表明，黄铁矿氧化而形成的硫酸盐矿物密度明显低于黄铁矿，硫酸盐矿物晶体比它们所取代的黄铁矿晶体具有更大的体积。黄铁矿转化为硫酸铁时体积增加170%^［26］；方解石、白云石与硫酸反应生成石膏过程也会增加较大体积；若黄铁矿氧化过程所有的化学反应都发生完成，新晶体的体积比黄铁矿的初始体积增大约10~100倍^［13］。硫酸盐晶体膨胀生长过程中也会产生相当大的压力，进而引起路基上拱产生。

黄铁矿氧化反应是一个长久且持续的过程，其引发的膨胀变形严重影响结构的安全性。研究发现已建成5年且发生过严重上拱病害的建筑基础下取得的土样也仍会每年以土样厚度0.6%的速度膨胀^［15］；目前发现黄铁矿持续膨胀反应对工程结构影响最长已达40年以上^［27］。

5 上拱变形原因及维修策略

5.1　上拱原因

1）桥梁方面

桥台基础为桩基础，桩长较长，且基础上方为大体积混凝土结构，因此不应出现桥梁桩基上拱问题。

2）轨道方面

病害与高温胀板现象明显不同，高温胀板仅发生在高温季节，主要表现为轨道板下离缝，板端接缝挤压破损等。但该病害自开通以来持续发展，且夏季发展相对较慢，同时病害工点轨道结构层间无离缝现象，可判断该病害不是由于轨道结构内温度力过大引起的。

3）路基方面

地基为白垩系泥质粉砂岩，根据室内试验成果，其自由膨胀率、膨胀力等指标均很低，不属于膨胀岩，且对基床范围进行了挖除换填处理，可排除地基对路基上拱的影响。挖方地段挖深约0~6 m，不存在高地应力问题。路基填料矿物分析结果中未检测到钙矾石、硅灰石膏产物，证明不存在硫酸盐侵蚀水泥改良填料引起路基上拱。

变形分析结果显示上拱变形主要产生于路基高度范围内，则变形主要与路基填料相关。结合黄铁矿氧化膨胀反应分析，路基填料中普遍检测出的黄铁矿、方解石和白云石为黄铁矿氧化反应提供了物质基础；暴露的场地条件提供了充足的水氧环境；检测出的石膏为反应的生成物。

综上可判定路基上拱主要与填料中的黄铁矿氧化反应相关。

5.2　维修策略

为防止病害进一步恶化，或引起其他次生病害，建议开展如下处理措施。

（1）做好防排水处理。修复桥台与摩擦板间、摩擦板与路肩封闭层间的嵌缝，疏通线间集水井，防止雨水进入下部基础。

（2）填充底座板下离缝。对底座板下离缝进行填充，防止列车通过时的冲击引起轨道板及底座板的开裂。

（3）修复轨道板裂纹。部分地段轨道板存在横向贯通裂纹，根据裂纹宽度，采取无压注浆法或低压注浆法对裂纹进行修补。

（4）彻底整治方案建议采取暗挖置换措施，在彻底整治实施前，若轨道变形量持续增长，可采用特殊调整扣件调整轨面线形，保证列车运行安全。

6 结论

（1）通过对监测数据分析可得，自线路开通以来，路基上拱变形以相对稳定的速率在持续发展，且暂无收敛趋势，各断面月平均上拱速率为0.13~0.46 mm · m^-1。分层变形、静力水准仪及人工监测得到的上拱变形量和发展规律基本一致，表明上拱变形主要产生在路基高度范围内。

（2）半填半挖区段轨道结构的上拱变形沿路基横向随填方高度的降低呈递减关系。路桥过渡段范围轨面垂向变形特征与标准摩擦板及端刺结构型式密切相关，摩擦板及端刺结构对路基上拱变形存在抑制作用。轨道板、摩擦板横向裂缝及侧向挡块顶裂表明摩擦板及端刺结构发挥上拱变形抑制作用的同时必定承受着土体膨胀产生的压力，应关注持续上拱变形对摩擦板及端刺结构稳定性和安全性的影响。

（3）路基填料中普遍检测出黄铁矿、方解石、白云石和石膏。黄铁矿遇水和氧气氧化产生硫酸与硫酸亚铁等，硫酸与填料中的方解石、白云石等矿物的反应形成石膏，这一系列化学反应均伴随着体积膨胀。结合取样结果分析、变形影响分析、黄铁矿氧化膨胀反应和工程类比分析，填料中黄铁矿氧化膨胀反应是造成该区段路基上拱的主要原因。

（4）路基上拱病害临时处理措施应以路基防排水、底座板吊空处理及轨道结构裂缝修补为主。由于黄铁矿氧化会导致路基持续上拱，为彻底消除该隐患建议对黄铁矿填料采取暗挖置换措施。

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基金资助

中国国家铁路集团有限公司科技研究开发计划课题(L2022G008)

中国铁道科学研究院集团有限公司院基金课题(2023YJ222)

山东铁投集团科技计划(TTKJ2022-01)