張 龍 王星博 蒙海明

（中國(guó)鐵路蘭州局集團(tuán)有限公司蘭州西工務(wù)段，甘肅 蘭州 730050）

0 引言

整體道床具有平順度高、整體性好、耐久性好、服務(wù)周期長(zhǎng)、少維修等特點(diǎn)，但對(duì)施工工藝要求嚴(yán)格，一旦出現(xiàn)病害難以整治和修復(fù)。整體道床病害又進(jìn)一步導(dǎo)致線路狀態(tài)產(chǎn)生變化，嚴(yán)重病害甚至危及行車安全。

針對(duì)鐵路隧道整體道床整治技術(shù)，相關(guān)單位與學(xué)者已經(jīng)開展了一些研究，北京鐵路局[1]采用整體翻修的方式整治道床下沉。西安鐵路局工務(wù)部門[2]對(duì)小棕溪隧道內(nèi)的整體道床下沉采用地質(zhì)雷達(dá)法和室內(nèi)試驗(yàn)分析其原因，在整體道床下部灌注TGRM 水泥加固，整治效果較好。馬超峰[3]對(duì)針對(duì)唐呼線濟(jì)寧隧道病害提出了“道床錨固+細(xì)顆粒固結(jié)+合理排水”的綜合整治方案，實(shí)施后可行有效。張俊儉等[4]以太嵐線柏崖頭隧道整體道床病害整治為背景，提出了解除邊界約束、修補(bǔ)裂縫以及“上挑下頂”的隧道內(nèi)整體道床抬升技術(shù)。

某貨運(yùn)專線長(zhǎng)大隧道部分自開通運(yùn)營(yíng)以來(lái)，部分區(qū)段出現(xiàn)整體道床下沉、翻漿冒泥等病害，嚴(yán)重地段道床沉降已超出扣件調(diào)整范圍。該文通過對(duì)該隧道整體道床病害情況調(diào)查，分析病害原因，提出整治措施，并對(duì)整治后線路狀態(tài)進(jìn)行評(píng)價(jià)。

1 工程概況

1.1 地質(zhì)水文條件

隧道全長(zhǎng)12km，隧道除進(jìn)口端位于砂質(zhì)黃土層中外，大多位于混合巖、花崗巖、片巖及砂巖夾礫巖層中，隧道最大埋深340m。隧道內(nèi)水源主要是接受大氣降水及地表水補(bǔ)給的基巖裂隙水及地下水滲水。

1.2 主體及軌道結(jié)構(gòu)

隧道襯砌為復(fù)合式襯砌，初期支護(hù)采用錨噴支護(hù)，噴混凝土采用濕噴工藝，模筑襯砌厚度按地質(zhì)狀況和圍巖類別為300mm～500mm，采用C30 或C35 防水混凝土，個(gè)別化學(xué)侵蝕環(huán)境地段采用C45、C50 鋼筋混凝土。線路為P60（U75V）無(wú)縫線路，軌枕采用SK-2 型雙塊式軌枕，軌枕間距650mm。道床板采用現(xiàn)澆C40 鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，寬度2.8m，軌下截面厚258mm，直線地段道床板頂面設(shè)置2%的橫向人字形排水坡。

1.3 病害情況

經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查，病害主要以翻漿冒泥、道床下沉及隧道邊墻滲水為主，其中翻漿冒泥29 處，共計(jì)310m，均存在道床底板翻漿冒泥，3 處同時(shí)存在積水。道床下沉7 處，共計(jì)100m，最大沉降40mm。邊墻滲水均為不間斷滲水，滲水寬度不一。

1.4 軌道平順性狀態(tài)

整體道床翻漿冒泥、下沉等病害的出現(xiàn)與發(fā)展對(duì)線路的直接影響表現(xiàn)為平順性下降，即動(dòng)軌道質(zhì)量指數(shù)TQI不良與高低、軌向、水平、三角坑、軌距等線路靜態(tài)幾何尺寸指標(biāo)的下降。

該隧道2020 年上行動(dòng)態(tài)TQI值較下行變化較大，最大8.94mm、最小6.93mm，平均8.67mm 超過目標(biāo)管理值1.67mm（目標(biāo)管理值7），左右高低值較大，是影響TQI值變化的主要因素，變化趨勢(shì)如圖1 所示。

圖1 2020 年隧道上行TQI 變化趨勢(shì)

軌道靜態(tài)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)主要以軌道檢查儀每月檢查數(shù)據(jù)為主，可知2020 年上行超作業(yè)驗(yàn)收病害月均總數(shù)為305處，主要由高低、水平、三角坑病害組成且變化趨勢(shì)及病害構(gòu)成與動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)基本吻合，三項(xiàng)平均每月病害數(shù)分別為132、84、40 處，病害數(shù)多，線路狀態(tài)較差，病害變化如圖2 所示。

圖2 2020 年隧道上行靜態(tài)病害數(shù)變化趨勢(shì)

2 病害原因分析

通過現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查及查詢資料，分析病害原因如下：1）該隧道為貨運(yùn)專線，貨車軸重較大，對(duì)軌道結(jié)構(gòu)的整體性、穩(wěn)定性及耐久性影響較大。整體道床與仰拱填充在列車荷載的長(zhǎng)期作用下黏結(jié)不緊密，層間易出現(xiàn)分離縫隙。2）隧道整體采用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，其施工方法是將道床支撐層鑿毛后與隧道仰拱填充澆筑在一起。存在多個(gè)層面的結(jié)合，整體性不強(qiáng)。部分地段道床接觸面處理不到位，道床與仰拱填充間易形成縫隙，在滲水與列車荷載的雙重作用下導(dǎo)致道床與底部剝離，中間形成泥沙層冒出至軌道板，從而整體道床出現(xiàn)下沉、翻漿冒泥等病害。3）水是造成隧道內(nèi)各種病害發(fā)生的主要誘因之一。原山體地下水滲流場(chǎng)因隧道的修建而改變，隧道周邊的地下水開始集中向隧道方向排泄。隧道底部受地下水長(zhǎng)時(shí)間浸泡，承載力逐步下降，在動(dòng)荷載長(zhǎng)期作用下，在防水薄弱處出現(xiàn)下沉等病害。滲水流入水溝破損部位、溝底和道床底部，在道床和仰拱填充間的縫隙中流動(dòng)。在列車的動(dòng)荷載作用下加速仰拱填充與軌道板流蝕，而微?；蚰酄钗锉涣魉?dāng)y帶至表面，使道床底空隙加大，進(jìn)一步導(dǎo)致道床翻漿冒泥與道床沉降。

綜合以上內(nèi)容進(jìn)行分析，因施工改變地下水滲流狀態(tài)，使水集中流至隧道方向，基底長(zhǎng)期浸泡承載力下降，是道床下沉的重要因素；地下水在列車長(zhǎng)期作用下道床與仰拱填充間縫隙中滲水加速流動(dòng)，沖蝕道床底部也是隧道整體道床下沉的重要原因。

3 整體道床病害整治措施

針對(duì)病害概括及病害原因，采取的措施是對(duì)整體道床抬升恢復(fù)線路高程、注漿密實(shí)加固道床基礎(chǔ)、軌道精調(diào)作業(yè)恢復(fù)線路平順性、襯砌漏水處進(jìn)行高壓注漿及鑿槽引排滲水。

整體道床抬升：使用專用設(shè)備將高聚物發(fā)泡注漿材料混合注入道床基礎(chǔ)下，通過高聚物發(fā)泡材料發(fā)泡膨脹產(chǎn)生抬升力使原結(jié)構(gòu)恢復(fù)到墊板可調(diào)范圍，同時(shí)均勻抬升原結(jié)構(gòu)不會(huì)出現(xiàn)受力不均情況。鉆孔深度達(dá)到回填層為準(zhǔn)，一般孔深確定在1.2m，每隔1.5m 打一空，孔位以梅花樁形式布置。高聚物發(fā)泡材料為A、B 組合材料，該材料膨脹2 ～15 倍，初始反應(yīng)時(shí)間5s～20s，10s～35s 后反應(yīng)停止，15min 后強(qiáng)度可達(dá)到90%。

施工工序如下：1）鉆孔。采用手持電錘進(jìn)行鉆孔，鉆孔完成后應(yīng)及時(shí)清理收集鉆出粉塵，防止污染現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境，并采用木塞對(duì)注漿孔進(jìn)行臨時(shí)封閉，防止水及雜質(zhì)進(jìn)入；2）安裝注漿管。先將注漿孔周圍清理干凈，將注漿管插入注漿孔中，用大力鉗夾住注漿管的外觀，然后用扳手?jǐn)Q注漿管上部的螺母，使外管擠壓橡膠管使橡膠管產(chǎn)生膨脹，從而封堵注漿孔，防止?jié){液沿著注漿管外壁上冒，注漿過程采用分次注入。3）注漿作業(yè)。注漿前，將注漿抬升區(qū)內(nèi)軌下的調(diào)高墊板拆除，并將扣件重新擰緊。單次最大抬升量8mm，當(dāng)抬升量超過8mm 時(shí)，應(yīng)進(jìn)行多次抬升。根據(jù)作業(yè)區(qū)段各點(diǎn)的擬抬升量確定注漿順序及單次抬升高度，抬升高度應(yīng)考慮注漿材料的膨脹性能，預(yù)留5mm 左右的抬升量。4）施工中監(jiān)控：采用1 臺(tái)精密電子水準(zhǔn)儀對(duì)左右股高程監(jiān)控，并安排專人對(duì)注漿點(diǎn)周圍軌道結(jié)構(gòu)進(jìn)行觀察。5）注漿管拆除及封堵：在注漿完成后，采用快速扳手迅速松開注漿管上緊固螺母，使注漿管的橡膠管自由伸展，然后用兩把大力鉗夾住注漿管用力拔出。順坡段落線路經(jīng)復(fù)測(cè)滿足要求后，應(yīng)對(duì)注漿孔進(jìn)行封堵。

注漿填充加固：平行于軌道在兩側(cè)水溝邊梅花形打設(shè)注漿孔（填充層表面），孔徑φ42mm，注漿孔深1 m～2.2 m。壓漿材料采用TGRM 特種灌漿材料，具有抗?jié)B性、可灌性、凝結(jié)時(shí)間可調(diào)性、易操作性的突出特點(diǎn)，比一般水泥更細(xì)、流動(dòng)度大。漿液配比∶水灰比=0.35 ∶1～0.4 ∶1，注漿壓力：0.2MPa～0.6MPa。鉆孔應(yīng)避開基礎(chǔ)內(nèi)鋼筋及從基礎(chǔ)下通過的電纜、排水管等設(shè)備，壓漿時(shí)須嚴(yán)格控制注漿壓力，并設(shè)專人監(jiān)控線路，確保線路不會(huì)因壓漿而抬高，注意觀察漿液的竄空跑漿情況并及時(shí)封堵。

軌道精調(diào)：根據(jù)軌道檢查儀采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行全面分析，采用“先整體、后局部，先高低、后水平，先軌向、后軌距”及“削峰填谷”的方式確定總體調(diào)整方案逐枕木制定精調(diào)方案，優(yōu)化扣件組合方式，使軌道平面、高程等幾何尺寸趨于理論設(shè)計(jì)位置。

精調(diào)工序：1）根據(jù)調(diào)整量表準(zhǔn)備各類調(diào)整件，備有余量；2）將調(diào)整量全部在軌腳進(jìn)行初標(biāo)識(shí)；3）對(duì)基準(zhǔn)軌利用弦線進(jìn)行核對(duì)后將正確的軌向調(diào)整量標(biāo)識(shí)于擋肩，高低調(diào)整量標(biāo)識(shí)于軌頂上；4）對(duì)非基準(zhǔn)軌用道尺對(duì)軌距和水平調(diào)整量進(jìn)行核對(duì)后，將正確的軌距調(diào)整量標(biāo)識(shí)于擋肩上，水平調(diào)整量標(biāo)識(shí)于軌頂上；5）按照“擺（調(diào)整件）、松（螺栓）、拆（扣件）、頂（鋼軌）、清（雜物）、裝（調(diào)整件）、緊（螺栓）、查（扭矩）、記（臺(tái)賬）”九個(gè)步驟更換扣件；更換扣件時(shí)，每次連續(xù)松開不宜超過5 個(gè)扣件；6）作業(yè)完畢后用軌檢小車對(duì)調(diào)整后的軌道進(jìn)行靜態(tài)復(fù)測(cè)和驗(yàn)收。

高壓注漿及鑿槽引排：高壓注漿鉆孔間距視具體情況而定，一般為5cm～30cm（裂縫同向），鉆孔深度約為結(jié)構(gòu)物厚度一半。鉆孔采用直徑14mm 的特制鉆頭，鉆孔穿過裂縫并與裂縫斷面成45 °～70 °。采用水溶液聚氨酯化學(xué)灌漿材料，該材料遇水后自行分散、乳化、發(fā)泡，立即進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)，形成不透水的彈性膠狀固結(jié)體。對(duì)單點(diǎn)、股流、射水等水量較大的滲漏處，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際滲漏位置確定引排位置，成槽后通過縱向排水盲管將水引至側(cè)溝，埋管后先用遇水膨脹橡膠止水條嵌縫，然后再封填堵漏材料，最后用防水砂漿填縫。

4 治理效果評(píng)價(jià)

對(duì)該隧道上下行K42+200-K45+500 進(jìn)行道床注漿抬升加固及邊墻滲水整治，結(jié)合天窗同步進(jìn)行軌道精調(diào)。通過上行K42+200-K45+500 段動(dòng)態(tài)軌檢車及靜態(tài)軌道檢查儀數(shù)據(jù)分析，對(duì)整治效果進(jìn)行評(píng)價(jià)。

上行K42+000-K46+000 段2021 年1—9月與2019 年同期TQI 對(duì)例如圖3 所示，2021年1—6 月大于2020 年同期，變化范圍在8.86～10.11mm。整治結(jié)束后T值下降明顯，對(duì)比2020 年同期最大下降2.66mm，7—10 月均保持在（6.5±0.2mm）內(nèi)，均已小于目標(biāo)管理值。

圖3 上行K42+000-K46+000 段整治前后TQI 對(duì)比

靜態(tài)數(shù)據(jù)主要選取上行K42+200-K45+500段2021 年6—10 月與2020 年同期即整治前后軌道檢查儀幾何尺寸超作業(yè)驗(yàn)收病害數(shù)來(lái)評(píng)價(jià)整治效果上行病害總數(shù)下降219 處，主要由道床沉降、翻漿引起的高低、水平、三角坑病害數(shù)下降較多，分別下降93、66、29 處。軌向、軌距病害也有所減少，總體病害下降明顯，具體如圖4 所示。

圖4 上行K42+200-K45+500 段整治前后靜態(tài)病害變化情況

5 結(jié)論

西部地區(qū)某長(zhǎng)大隧道整體道床沉降、翻漿病害的主要原因是施工改變地下水滲流狀態(tài)，使水集中流至隧道方向，基底長(zhǎng)期浸泡承載力下降；地下水在列車長(zhǎng)期作用下道床與仰拱填充間縫隙中滲水加速流動(dòng)，沖蝕道床底部使之空隙加大。

基于該隧道線路平順性不良及整體道床病害原因分析，可采用整體道床抬升、注漿密實(shí)加固、軌道精調(diào)、高壓注漿及鑿槽引排等綜合處理措施。

整治施工結(jié)束后，通過動(dòng)態(tài)與靜態(tài)檢查相結(jié)合方式進(jìn)行檢測(cè)，結(jié)果表明：上下行軌檢TQI值下降明顯，均已達(dá)到目標(biāo)管理值值，趨勢(shì)穩(wěn)定；靜態(tài)軌道檢查儀監(jiān)測(cè)幾何尺寸病害數(shù)下降明顯，線路狀態(tài)較整治前改善，整治效果良好。

由于滲水?dāng)y帶作用，會(huì)造成道床底部的流蝕，進(jìn)一步導(dǎo)致翻漿下沉，滲水長(zhǎng)期作用會(huì)使隧道基底承載力下降、沉降增大。無(wú)論是新建隧道還是既有隧道線路，都應(yīng)重視隧道內(nèi)滲水、地下水的處理，制定防滲、排水設(shè)施方案、施工質(zhì)量控制及維護(hù)。