说到铁路，每个人可能脑海中都会浮现出火车呼啸而过的场景，但在这背后，其实还藏着不少“玄机”，这其中就包括铁路的沉降现象。实际上，不只是铁路，严格来说任何建筑和公路的沉降都是不可避免的，这背后也大有学问。今天就来一起聊聊铁路的沉降。
什么是沉降？
沉降是在建筑物荷载作用下，地基土因受到压缩而引起的竖向变形或下沉现象。铁路轨道沉降是指铁路轨道沿线地面出现的沉降现象，简单来说，就是火车在跑的时候，下面的地基会慢慢下沉。
均匀沉降一般对建筑物的危害较小，但过大时，也会使建筑物的高程降低而影响使用，使建筑物产生附加应力而引起裂缝，甚至局部构件断裂，若不及时处理，会导致列车行驶不顺畅，甚至对列车和乘客安全造成威胁。
如果铁路出现沉降，可能导致轨面出现损坏痕迹，车轮踏面呈无规则或椭圆形压痕和凹槽，造成轨道不平顺及轨面伤损导致轮轨间作用力异常。路基沉降可能导致道床板及支承层混凝土出现多处裂缝，还可能导致线路压缩。可以想象一下，如果铁路路基沉降过大，火车就可能“颠簸”得像坐了个过山车，这听起来都让人毛骨悚然，更别提真坐上去了。如今高铁列车飞快运行，这种问题更为严重，线路沉降造成的安全后果不堪设想。
上面说的是铁路线路的沉降，实际上车站也会出现沉降。前段时间新闻报道的杭州东站建成通车刚满11年就存在站台沉降的问题，指出乘客上下车不便，还担心有安全隐患。
▲ 网友拍摄杭州东站某站台
沉降的原因是什么？
沉降的成因有很多，例如过度抽取地下水、采掘固体矿产、开采石油(天然气)、抽汲卤水、高层建筑物的重压、低载荷持续作用下的影响、地下施工等都可能引起地面沉降。归纳起来铁路线路沉降可能的原因有以下几点。
①地质条件原因。铁路轨道建设工程涉及的地理区域广泛，路基里程长，施工范围可能会横跨多种地质类型，不可避免地会经过不良地质区域，如软土、湿陷性黄土、膨胀土等，这些地质条件极易导致路基沉降。
②施工原因。在施工过程中，填筑作业完成后会存在一个正常的沉降过程。如果施工时间安排方面过于紧张，可能导致施工后沉降不足，进而产生路基下沉情况。在施工中，如果选用了质地不同的填料，或者填料的质量不符合要求，也可能导致路基不均匀沉降。如果在施工过程中填土压实不充分，直接影响路基的承载能力，导致沉降现象的发生。
③环境原因。城市地区的沉降普遍较高，这主要是由于常年累月的地下水使用导致地下水位下降。地下含水层中的水被抽出后，岩石颗粒间隙缩小，从而引发地面沉降。在降雨较多的地区，路基中土壤含水量比较高，可能降低土壤强度，进而引发沉降。在铁路列车较多的繁忙区段，列车频繁通过会对轨道施加动态荷载，长期作用下也可能导致沉降。
④其他原因。例如路基养护不善，道床厚度不足、填土未压实等，也可能导致轨道沉降。当然，地震、洪水等自然灾害也可能对铁路轨道造成破坏，导致沉降。
哪些地方沉降明显？
地面沉降问题一直存在，但被发现的最早记录是1891年，这一现象首次出现在墨西哥的首都墨西哥城。紧接着在1898年，日本新潟县也记录到了类似的沉降事件。然而，由于当时沉降的程度较小，这种现象的潜在危害并未充分显现，人们普遍认为这是地壳自然运动的结果。
进入20世纪30年代，地面沉降问题在一些国家的沿海城市变得尤为严峻。由于沿海地区频繁遭受风暴潮的侵袭，导致经济损失巨大，地面沉降逐渐被视为一个严重的地区性灾害。
后来，随着对地下水和油气资源的开采量迅速增长，地面沉降的影响也日益加剧，演变成一个全球性的地质环境问题。据调查，全球已有超过60个国家和地区出现了地面沉降现象，除了中国以外，日本、美国、墨西哥、意大利、泰国等国家的沉降问题也比较严重。在中国，地面沉降灾害主要集中在长江三角洲、华北平原和汾渭平原等地区，受影响的城市超过50个，涉及北京、天津、河北、山西、内蒙古等20个省市（区）。
针对铁路来说，在轨道、路基、站台等方面都有可能发生沉降。轨道、路基沉降是由于地质条件、施工质量和环境因素等多种原因导致的。例如，铁路路基在列车荷载作用下会发生变形、列车行驶时路基面产生弹性变形、运营阶段由行车引起的基床累积下沉、路堤本体的压密下沉等等。轨道层基础为道砟，发生沉降后可以通过填充砟石抬升，一般不会影响行车安全。站台层为夯土基础，自重大且抗沉降能力一般，加上地质情况较差，容易导致沉降。站台沉降通常在站台两端较为明显，而站台中部沉降较小。
沉降问题如何应对？
应对沉降问题，一般分为监测和治理两个方面。
沉降监测方面，目前主要以人工采集整理分析为主，通常利用天窗点进行人工监测，工作量比较大，受人为因素和环境影响大。未来需要安装高精度的测量设备，对重点地区的路基、轨道、桥梁等进行实时监测，建立监测数据的数据库，发现问题及时处理。
普速铁路技规：
路基应按铁路等级采用优质填料填筑坚实，基床及过渡段应强化处理，并设置良好的防排水设备、完善的防排水系统、安全可靠的防护设施和支挡结构，工后沉降应满足相应的限值要求。对不良地质条件、特殊土及特殊环境等地段的路基，应采取可靠的加固处理措施，困难时应以桥梁等结构物代替。应及时、彻底加固整治路基病害，对于一时难以彻底整治的病害，应加强路基监视和检查，并分期整治。
高速铁路技规：
无砟轨道路基工后沉降应当满足线路平顺性、结构稳定性和扣件调整能力的要求。有砟轨道路基工后沉降应满足线路平顺性和养护维修工作量的要求。具体限值执行相关规定。
高速铁路（客运专线）很多使用无砟轨道，基础方面的要求更为严格。按照有关规定，路基在无砟轨道铺设完成后的工后沉降，应满足扣件调整和线路竖曲线圆顺的要求。工后沉降一般不应超过扣件允许的沉降调高量15mm，沉降比较均匀、长度大于20m的路基，允许的最大工后沉降量为30mm，并且调整轨面高程后的竖曲线半径应能满足Rsh≥0.4Vsj²，其中，Rsh是轨面圆顺的竖曲线半径，Vsj是线路设计速度。
沉降治理方面，目前主要是针对具体沉降原因进行分类整治。一般要先确定沉降位置地质层的性质、厚度、沉降等情况。在路基整治方面，可以通过对地基土层进行改造，强度高，防渗水，在土体填充和挤密过程中，会产生向上顶升力，推动地面抬升，使铁路轨道恢复平顺。还可以通过清理路基积水，利用排水管道、渠道等排水系统，降低地下水位。轨道和桥梁方面，还可以使用增强型矩形轻轨、加固道床、加固桥梁基础等等。
