李豐果，俞建鉑（1.中鐵隧道集團(tuán)有限公司盾構(gòu)及掘進(jìn)技術(shù)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，河南鄭州 450001；.中鐵隧道集團(tuán)三處有限公司，廣東深圳 51805）

某運(yùn)營地鐵區(qū)間浮置板道床隆起原因分析及整治措施

李豐果1，2，俞建鉑2
（1.中鐵隧道集團(tuán)有限公司盾構(gòu)及掘進(jìn)技術(shù)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，河南鄭州 450001；2.中鐵隧道集團(tuán)三處有限公司，廣東深圳 518052）

摘要：某已運(yùn)營近2年的地鐵區(qū)間浮置板道床出現(xiàn)隆起、下沉情況，針對(duì)該類型道床隆起原因及處理方法進(jìn)行了分析，確認(rèn)浮置板道床基層與仰拱填充層之間存在空腔，地下水在空腔中形成壓力，導(dǎo)致道床發(fā)生隆起。為了防止道床面繼續(xù)發(fā)生隆起，采取了鉆孔放水降壓、注漿填充空腔、將道床及襯砌與基巖錨拉等措施對(duì)浮置板道床進(jìn)行綜合治理，達(dá)到了預(yù)期治理目的。

關(guān)鍵詞：地鐵；浮置板道床；隆起；排水；注漿；錨拉

0　引言

當(dāng)前，大中型城市地鐵建設(shè)正蓬勃發(fā)展，地鐵投入運(yùn)營后，受地質(zhì)水文條件、質(zhì)量問題或設(shè)計(jì)問題等因素影響，地鐵道床隆起現(xiàn)象時(shí)有發(fā)生，對(duì)列車運(yùn)營安全影響較大。道床隆起后及時(shí)發(fā)現(xiàn)并進(jìn)行整治，確保列車運(yùn)營安全是關(guān)鍵［1］。地鐵區(qū)間道床隆起原因很多，如：仰拱厚度不足、受地下水作用基底軟化變形［2］；仰拱止水失效，地下水由仰拱施工縫涌入道床與仰拱填充面之間，使道床抬起［3］；曲線地段因列車運(yùn)營離心力的作用，導(dǎo)致道床位移且隆起［4］；動(dòng)荷載作用下，導(dǎo)致基底軟化而變形［5］等。各大城市地鐵施工規(guī)模大，受通車節(jié)點(diǎn)時(shí)間的控制，關(guān)鍵時(shí)期施工單位搶工期，導(dǎo)致過程質(zhì)量控制下降［6］，道床隆起現(xiàn)象時(shí)有發(fā)生，有必要進(jìn)行原因分析及制訂快速處理措施［7］，以保證運(yùn)營安全。

當(dāng)前國內(nèi)外關(guān)于類似問題的研究成果較多，熱點(diǎn)均圍繞隆起原因分析及具體治理措施，且多數(shù)研究主要針對(duì)常見的整體式道床［8］。鑒于浮置板道床的特殊結(jié)構(gòu)形式，在治理完成后尚需滿足其上下合理浮動(dòng)的性能，在基于浮置板道床特殊結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，通過物探、取芯檢測等手段對(duì)隆起原因進(jìn)行了深入分析，并研究制定鉆孔放水降壓、注漿填充空腔、將道床及襯砌與基巖錨拉等綜合治理方案，在成功解決實(shí)際問題的同時(shí)，形成一套成熟的道床隆起處理技術(shù)。

1　道床隆起情況

某地鐵區(qū)間為礦山法施工的暗挖隧道，于2011年6月投入運(yùn)營。據(jù)地鐵運(yùn)營部門檢查發(fā)現(xiàn)，區(qū)間約10 m范圍軌道有不同程度隆起，隆起最大值為4 cm。經(jīng)現(xiàn)場觀察，浮置板結(jié)構(gòu)完整，本身無損壞，未見開裂、掉塊等破壞情況，但浮置板與道床基層間能觀察到有脫空現(xiàn)象存在。在2013年5—9月，該段軌道隆起變形發(fā)生，為漸變累積而成，無突變，列車暫按30 km／h限速運(yùn)營。軌道隆起段2014年初又出現(xiàn)一定程度下降。

該段道床為浮置板道床結(jié)構(gòu)，隧道結(jié)構(gòu)斷面形式見圖1。

圖1　浮置板結(jié)構(gòu)斷面圖（單位：mm）Fig.1 Crosssection of slab track bed（mm）

道床隆起段隧道埋深約33 m，從地表往下依次為素填土、粉質(zhì)黏土、砂質(zhì)黏土、全風(fēng)化混合巖和強(qiáng)風(fēng)化混合巖。隆起段隧道范圍主要為強(qiáng)風(fēng)化混合巖，屬于Ⅴ級(jí)圍巖，隧道底部局部進(jìn)入中風(fēng)花巖層。地質(zhì)剖面見圖2。

圖2　道床隆起段地質(zhì)剖面圖Fig.2 Profile of geological conditions of running tunnel where heaving occurs to slab track bed

2　道床隆起原因分析

為了詳細(xì)了解道床基層、隧道二次襯砌結(jié)構(gòu)情況，以便分析道床隆起的原因及制定針對(duì)性的整治方案，在前期雷達(dá)物探、鉆孔取芯的基礎(chǔ)上，再次對(duì)道床隆起最大點(diǎn)附近進(jìn)行了鉆孔取芯檢查。

2.1取芯孔布置

鉆孔取芯位置選擇在隆起最大點(diǎn)附近，取芯孔布置在兩側(cè)軌道與道床凸臺(tái)間，左右錯(cuò)開，共5處。取芯深度為從道床頂端（避開凸臺(tái)處）至隧道二次襯砌防水層。根據(jù)鉆孔取芯的先后順序，將取芯孔位編為1?！?＃，具體位置見圖3。

圖3　取芯孔平面布置圖Fig.3 Plan layout of core drilling boreholes

2.2鉆孔取芯情況

鉆孔取芯過程中，2＃孔出現(xiàn)卡鉆現(xiàn)象，鉆深85 cm后無法鉆進(jìn)，未鉆穿防水層，因該孔未能按取芯要求鉆至指定位置，做廢孔處理。其余取芯孔均鉆穿防水層后停止，1?？咨?8 cm、3?？咨?5 cm、4?？咨?8 cm、5＃孔深99 cm，各孔芯見圖4。

圖4　鉆孔取芯的芯樣圖Fig.4 Picture of cores

鉆孔取芯情況分析如下：

1）浮置板道床、道床基層、二次襯砌混凝土芯樣基本完整，各層厚度均基本滿足設(shè)計(jì)要求。

2）1?？足@孔結(jié)束時(shí)，有清水涌出，但維持時(shí)間較短。

3）鉆孔完成后，經(jīng)探勾探測發(fā)現(xiàn)，1＃，3＃，5?？椎乃淼蓝我r砌與道床基層之間存在3～4 cm空隙。

4）5＃孔發(fā)現(xiàn)隧道二次襯砌與初期支護(hù)之間存在5 mm左右空隙，其余約2 mm，并不明顯。

2.3道床隆起原因分析

根據(jù)本次取芯結(jié)果，結(jié)合前期的物探情況、觀察孔取芯及現(xiàn)場觀察，分析此段道床隆起原因如下：

1）因1?？足@穿防水板后，有明顯的承壓水涌出，且在完成鉆孔后幾天內(nèi)，軌道出現(xiàn)下沉情況，初步判定引起道床隆起的原因?yàn)榫植克耶a(chǎn)生水壓所致，表現(xiàn)為道床與二次襯砌間出現(xiàn)空隙，且在現(xiàn)場能明顯看出，2層間出現(xiàn)脫離。附近二次襯砌結(jié)構(gòu)無裂縫等異?，F(xiàn)象，經(jīng)測量隧道頂、側(cè)部界限也無變化。

2）水囊產(chǎn)生的原因?yàn)榈来不鶎优c仰拱間存在縫隙，地下水進(jìn)入道床基層與二次襯砌之間形成。

3　道床隆起整治措施

3.1總體方案

分3個(gè)主要步驟：

1）在隆起段附近設(shè)置泄壓孔，當(dāng)前已將取芯鉆孔作為永久泄壓孔。

2）對(duì)該段二次襯砌仰拱與初期支護(hù)間存在的微小空隙用改性環(huán)氧材料進(jìn)行填充，確保二次襯砌與初期支護(hù)結(jié)構(gòu)的完整性。

3）在第1次環(huán)氧注漿強(qiáng)度達(dá)到后，再通過自進(jìn)式錨桿注漿將道床基層、隧道二次襯砌、初期支護(hù)及結(jié)構(gòu)下土層錨固在一起，并在道床基層頂面安裝錨墊板穩(wěn)固道床基層，并預(yù)留部分取芯孔作為永久泄壓排水孔。

通過以上方案的實(shí)施，達(dá)到泄水降壓、空隙填充和穩(wěn)固道床基層的綜合治理目的。

3.2加固范圍

結(jié)合取芯、物探結(jié)果及現(xiàn)場實(shí)地觀察情況，擬對(duì)YDK37＋270～＋285里程段（道床隆起段前后各延伸2.5 m）共計(jì)15 m進(jìn)行整治，其中重點(diǎn)整治區(qū)域?yàn)槁∑鹱畲簏c(diǎn)左右各3.0 m范圍（YDK37＋274～＋280），布孔的方式如下：

1）重點(diǎn)整治區(qū)錨桿孔孔距1.2 m，兩側(cè)軌道內(nèi)各布置6個(gè)孔，共12個(gè)孔。

2）其余加固區(qū)段，錨桿孔距1.8 m，每側(cè)各布置2～3個(gè)孔（共10個(gè)孔）。

3）整治區(qū)共布置22個(gè)孔。

4）錨桿孔布置在浮置板凸臺(tái)與鋼軌之間的道床平面上，并盡可能遠(yuǎn)離軌道、靠近凸臺(tái)一些，同時(shí)避免與泄壓孔處于同一斷面，縱向布置2排。

5）隧道初期支護(hù)錨桿加固深度不小于1.5 m，孔深約2.7 m。

加固范圍及錨桿布置見圖5。

3.3整治方法

此段道床隆起整治共分3步進(jìn)行：1）泄水降壓；2）用改性環(huán)氧材料將二次襯砌與初期支護(hù)之間空隙進(jìn)行填充；3）通過自進(jìn)式錨桿注漿將道床基層、隧道二次襯砌、初期支護(hù)及結(jié)構(gòu)下土層錨固在一起，并在道床基層頂面設(shè)置與錨桿相連的不銹鋼墊板錨栓錨固，施工流程見圖6。

圖5　加固范圍及錨桿布置示意圖Fig.5 Reinforcement scope and rock bolt layout

圖6　整治施工流程圖Fig.6 Treatment flowchart

3.3.1泄水降壓

在隆起段附近設(shè)置泄壓孔，泄壓孔直徑80 mm，鉆穿至隧道防水層以下，已有的取芯鉆孔可作為永久泄壓孔。

3.3.2二次襯砌結(jié)構(gòu)環(huán)氧注漿填充

1）通過混凝土取芯鉆機(jī)鉆至隧道結(jié)構(gòu)防水層后停止，浮置板道床取芯直徑為100 mm，浮置板道床以下取芯直徑為60 mm。

2）在隧道二次襯砌混凝土面以下5 cm處安裝止?jié){塞，固定注漿范圍為二次襯砌與初期支護(hù)之間。

3）通過銅管向孔內(nèi)壓注注漿材料，見圖7。

圖7　隧道結(jié)構(gòu)注漿加固示意圖（單位：mm）Fig.7 Grouting reinforcement for tunnel structure（mm）

隧道結(jié)構(gòu)加固注漿材料采用EAA－103高滲透親水性環(huán)氧注漿材料，其密度0.9～1.1 g／cm3、凝膠時(shí)間24（35℃時(shí)）～80 h（25℃時(shí)）、抗壓強(qiáng)度36.2～85.7 MPa、抗拉強(qiáng)度9.9～17.3 MPa。EAA－103高滲透親水性環(huán)氧注漿材料耐老化性能較好，強(qiáng)度變化率小于±20%。

為保證注漿材料能將混凝土間的空隙填充密實(shí)，注漿壓力0.2～0.3 MPa。

注漿施工應(yīng)在鉆孔取芯完成一定數(shù)量后進(jìn)行，其中一個(gè)孔注漿時(shí)，其他孔可以作為泄壓、出氣孔，防止注漿時(shí)道床上抬。

注漿過程應(yīng)加強(qiáng)監(jiān)控量測及現(xiàn)場觀察，避免道床發(fā)生上抬位移或漿液串流至注漿范圍以外。當(dāng)發(fā)現(xiàn)道床上抬或隧道變形應(yīng)立即停止注漿，分析原因并制定相關(guān)措施后再繼續(xù)作業(yè)。

環(huán)氧注漿結(jié)束后，須經(jīng)歷7 d左右等強(qiáng)期。

道床基層與仰拱填充間的空隙處理，先采用快干水泥封堵基層與結(jié)構(gòu)縫隙并預(yù)留注漿孔，灌填環(huán)氧材料，注漿應(yīng)保證漿液擴(kuò)散到中間水溝部位為止，以無壓力灌注方式為主，見圖8。

圖8　道床基層與仰拱填充間空隙處理圖（單位：mm）Fig.8 Grouting reinforcement for gap between track bed and invert filling layer（mm）

3.3.3自進(jìn)式錨桿注漿加固施工

自進(jìn)式錨桿施工前，將原填充注漿孔繼續(xù)往下鉆至初期支護(hù)底。鉆孔完成后，采用手持風(fēng)鉆將自進(jìn)式錨桿垂直向下打入初期支護(hù)以下地層，插入深度不小于1.5 m。在道床基層頂面下5 cm處安裝止?jié){塞，并通過自進(jìn)式中空錨桿心作為注漿管道向錨桿孔內(nèi)先壓注水泥凈漿，后壓注環(huán)氧材料，從而使錨桿與土層固結(jié)形成整體，見圖9。

圖9　自進(jìn)式錨桿加固示意圖（單位：mm）Fig.9 Reinforcement by selfdrilling rock bolt（mm）

水泥漿水灰質(zhì)量比為0.6∶1～1∶1，攪拌均勻過篩后輸入壓漿泵。為防止注漿壓力過大造成隧道仰拱變形，注漿壓力控制在0.1～0.3 MPa。

水泥注漿達(dá)到結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)后，再注改性環(huán)氧材料補(bǔ)強(qiáng)，注漿壓力控制在0.1～0.3 MPa，施工時(shí)根據(jù)監(jiān)測數(shù)據(jù)調(diào)整壓力。

為了保證注漿效果，每個(gè)孔需多次反復(fù)注漿，在控制注漿壓力的前提下，使錨桿與土層及結(jié)構(gòu)混凝土錨結(jié)牢固。

注漿完成后，在浮置板道床基層頂面設(shè)置不銹鋼墊板，并采用螺母固定，從而起到防止隧道仰拱結(jié)構(gòu)和道床基層上浮的目的。不銹鋼墊板厚10 mm，直徑90 mm，圓心處鉆28孔，螺母應(yīng)與自進(jìn)式錨桿配套。封錨完成后割除冒出浮置板道床的錨桿頭。

對(duì)于浮置板上的取芯孔，施工完成后要進(jìn)行封堵。封堵混凝土采用現(xiàn)場拌制，配比應(yīng)比原結(jié)構(gòu)混凝土提高一個(gè)等級(jí)。所有錨桿孔施工結(jié)束后，一次封堵完成。封堵時(shí)為避免混凝土流入浮置板與基層間的空隙，可采用掛藍(lán)底模形式控制混凝土灌注范圍。

4　監(jiān)控量測

方案實(shí)施的整個(gè)過程，須配合運(yùn)營部門共同做好對(duì)道床及軌道變形的監(jiān)控量測工作。

對(duì)于道床結(jié)構(gòu)的變形，主要通過全站儀進(jìn)行豎直及水平位移的監(jiān)測。基準(zhǔn)點(diǎn)選在距離隆起段邊緣20 m處。監(jiān)測頻率在注漿時(shí)間段為每10 min一次，其他時(shí)間段每2 h一次。監(jiān)測結(jié)果現(xiàn)場計(jì)算整理，做到及

時(shí)反饋。

對(duì)于軌道變形的監(jiān)測主要以配合運(yùn)營部門的監(jiān)測手段為主。

施工期間，對(duì)道床變形的監(jiān)測情況典型變形曲線見圖10。整個(gè)注漿加固過程中，道床變形絕對(duì)值在0.3 mm內(nèi)上下浮動(dòng)，最終回歸于0?？梢娮{相關(guān)參數(shù)的選擇能滿足施工要求。

圖10　道床監(jiān)測典型變形曲線圖Fig.10 Curve of deformation of track bed

5　應(yīng)急措施

1）施工過程配置專職的監(jiān)測隊(duì)跟隨作業(yè)，隨時(shí)掌握道床及軌道的變形情況，變形過大時(shí)須立即停止施工，調(diào)整方案，并應(yīng)向運(yùn)營主管部門匯報(bào)情況。

2）施工期間須備足抽水機(jī)、快干水泥等應(yīng)急機(jī)械及材料，如鉆孔后發(fā)生涌水現(xiàn)象，及時(shí)做好抽排水工作。

3）所有工作必須在運(yùn)營部門限定時(shí)間內(nèi)完成，如某個(gè)工序無法按時(shí)完成，須停止作業(yè)，確保不影響列車正常運(yùn)營。

4）在取芯過程如發(fā)生卡鉆現(xiàn)象，應(yīng)暫停鉆進(jìn)，分析卡鉆原因，截?cái)嘈緲?，保證正常供水，在原位反復(fù)提升旋轉(zhuǎn)，已鉆部分芯樣取出后再進(jìn)行施鉆。以上工作須在清點(diǎn)時(shí)間結(jié)束前完成。

6　結(jié)論與體會(huì)

1）浮置板道床病害以錨固道床基床、封堵道床基層與仰拱填充、仰拱與初期支護(hù)間的空隙并設(shè)置泄壓排水孔形成綜合整治措施，經(jīng)后期近半年時(shí)間的監(jiān)測，該段道床處于穩(wěn)定狀態(tài)，這說明該整治措施是可行的。

2）病害主要發(fā)生在圍巖富水段落，一旦出現(xiàn)道床隆起病害，后期整治也無法使道床下降至原位，只能通過整治后調(diào)坡順線解決，為此需在建設(shè)期間完善道床基層內(nèi)排水及穩(wěn)固設(shè)計(jì)方案，并加強(qiáng)施工控制措施，從根本上解決類似道床病害發(fā)生。

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Case Study on Causes and Countermeasures for Heaving of Slab Track Bed in a Running Metro Tunnel

LI Fengguo1，2，YU Jianbo2
（1.State Key Laboratory of Shield and Boring Technology，China Railway Tunnel Group Co.，Ltd.，Zhengzhou 450001，Henan，China；2.The Third Engineering Co.，Ltd.，China Railway Tunnel Group，Shenzhen 518052，Guangdong，China）

Abstract：Heaving and settlement occur to the track bed of a running Metro tunnel，which has been in service for almost 2 years.In the paper，the causes and countermeasures for the heaving of the track bed are analyzed.It is concluded that there is a gap between the track bed cushion layer and the invert filling layer，the water at the gap results in pressure and causes the track bed heaving.Countermeasures，including water releasing and pressure reducing by means of borehole drilling，gap filling by means of grouting，reinforcing track bed，lining and surrounding rock by means of tie bolting，are taken.In the end，good treatment effect has been achieved.

Key words：Metro；slab track bed；heaving；drainage；grouting；tie bar

作者簡介：李豐果（1973—），男，甘肅古浪人，2009年畢業(yè)于山東科技大學(xué)，建筑與土木工程專業(yè)，碩士，教授級(jí)高級(jí)工程師，主要從事隧道與地下工程施工管理工作。

收稿日期：2014－11－06；修回日期：2015－03－12

中圖分類號(hào)：U 455.4

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

文章編號(hào)：1672－741X（2015）05－0463－05

DOI：10.3973／j.issn.1672－741X.2015.05.012