城市軌道交通整體道床沉降修復(fù)技術(shù)

楊明輝

(中鐵二院工程集團(tuán)有限責(zé)任公司,成都　610031)

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城市軌道交通整體道床沉降修復(fù)技術(shù)

楊明輝

(中鐵二院工程集團(tuán)有限責(zé)任公司,成都610031)

摘要：介紹城市軌道交通整體道床沉降的修復(fù)技術(shù)。以某城市軌道線路整體道床沉降為例,提出道床沉降修復(fù)原則,推導(dǎo)出軌道抬高量的理論公式,優(yōu)化線路豎曲線半徑,減少道床整治范圍。提出并分析6種道床修復(fù)方案及特點(diǎn),闡述新埋短枕方案的工藝原理、施工注意事項(xiàng)等。通過(guò)近1年運(yùn)營(yíng)實(shí)踐,道床狀態(tài)完好如新,驗(yàn)證該修復(fù)技術(shù)是可行的、可靠的。

關(guān)鍵詞：軌道交通；整體道床；沉降；修復(fù)

1概述

城市軌道交通盾構(gòu)隧道的聯(lián)絡(luò)通道在軟土地層施工一般采用凍結(jié)法，即沿開(kāi)挖斷面周邊布置與聯(lián)絡(luò)通道方向基本平行的凍結(jié)孔，然后在凍結(jié)孔中循環(huán)低溫鹽水，使凍結(jié)孔附近的含水地層結(jié)冰，形成強(qiáng)度高、封水性好的凍土帷幕，在凍土帷幕的保護(hù)下進(jìn)行通道暗挖施工。聯(lián)絡(luò)通道主體結(jié)構(gòu)施工完畢后，停止供冷，土體自然解凍，解凍過(guò)程中會(huì)引起聯(lián)絡(luò)通道附近隧道的沉降[1-3]。如沉降未趨于穩(wěn)定就鋪設(shè)整體道床，后期道床將跟隨隧道一起沉降，引起軌道不平順，影響行車(chē)安全。小量的沉降可通過(guò)軌道扣件修復(fù)，一旦沉降量超過(guò)扣件的調(diào)整能力(最大調(diào)高量一般為30 mm)，就需要對(duì)軌道道床進(jìn)行整治修復(fù)，才能滿足軌道平順性要求。本文闡述某城市軌道線路運(yùn)營(yíng)前，軌道線形監(jiān)測(cè)發(fā)現(xiàn)盾構(gòu)隧道聯(lián)絡(luò)通道附近整體道床沉降30余mm后的修復(fù)技術(shù)，該區(qū)段線路及軌道設(shè)計(jì)概況如圖1所示。

圖1　聯(lián)絡(luò)通道附近線路及軌道設(shè)計(jì)概況(單位：m)

2道床沉降修復(fù)原則

結(jié)合工程實(shí)施的可行性、運(yùn)營(yíng)養(yǎng)護(hù)的可持續(xù)性，整體道床的沉降修復(fù)應(yīng)遵循以下原則：

(1)結(jié)合軌道線形監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，優(yōu)化線路設(shè)計(jì)，以降低軌道抬高量，減少道床整治范圍，盡量少擾動(dòng)既有軌道結(jié)構(gòu)。

(2)為適應(yīng)將來(lái)運(yùn)營(yíng)維修需要，原則上需預(yù)留+20 mm以上扣件調(diào)高裕量，超出此裕量范圍時(shí)需進(jìn)行道床整治。即鋼軌抬高量超過(guò)10 mm的道床進(jìn)行整治修復(fù)，抬高量低于10 mm的可采用扣件調(diào)整。

(3)道床修復(fù)方案應(yīng)保證道床的耐久性好，施工便利，軌底坡等施工質(zhì)量易控。

(4)道床修復(fù)方案應(yīng)使軌底與道床空隙滿足斷軌等傷損時(shí)快速安裝鋼軌急救器需要，不得影響工務(wù)搶修作業(yè)。

(5)道床整治修復(fù)作業(yè)應(yīng)快捷，修補(bǔ)材料應(yīng)盡快形成強(qiáng)度，縮短修復(fù)作業(yè)時(shí)間。

3線路設(shè)計(jì)優(yōu)化

為保證行車(chē)平順和乘客舒適度，《地鐵設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB50157—2013)規(guī)定，線路縱斷面的變坡點(diǎn)處，當(dāng)兩相鄰坡段的坡度代數(shù)差≥2‰時(shí)，應(yīng)設(shè)圓曲線形的豎曲線連接[4]，如圖2所示。其半徑與行車(chē)速度有關(guān)，速度愈高，要求半徑愈大。根據(jù)城市軌道交通實(shí)際行車(chē)速度多小于80 km/h，其采用豎曲線半徑較小，規(guī)范規(guī)定正線區(qū)間一般情況5 000 m，困難情況2 500 m。

圖2　圓曲線形的豎曲線

已知線路設(shè)計(jì)坡度、變坡點(diǎn)里程及高程，根據(jù)豎曲線的幾何要素公式[5-6]可以推導(dǎo)出

當(dāng)DK在DKc～DKa范圍時(shí)，h=hc+(DK-DKc)×i1;

當(dāng)DK在DKb～DKd范圍時(shí)，h=hd+(DK-DKd)×i2;

式中R——線路豎曲線半徑，m；

Δi——相鄰坡段坡度代數(shù)差的絕對(duì)值，Δ=│i1-i2│，i1、i2上坡取“+”號(hào)，下坡取“-”號(hào)，‰；

DK——對(duì)應(yīng)點(diǎn)的設(shè)計(jì)里程，km；

h——對(duì)應(yīng)點(diǎn)的設(shè)計(jì)軌面高程，m；

h測(cè)——鋼軌現(xiàn)狀實(shí)測(cè)高程，m；

T——豎曲線切線長(zhǎng)度，m；

Δh——軌道抬高量，正值表示相對(duì)于現(xiàn)狀鋼軌需抬高，負(fù)值表示需降低，mm。

根據(jù)軌道線形監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)及圖1所示的軌道設(shè)計(jì)及線路條件，將坡度、里程和高程等參數(shù)代入上述公式，試取豎曲線半徑4 000、3 500、3 000 m，可計(jì)算得出不同豎曲線半徑下的軌道抬高量見(jiàn)表1。

表1　不同豎曲線半徑下軌道抬高量　mm

從表1可以看出：(1)原設(shè)計(jì)線路條件下軌道需最大抬高量33.8 mm，已超出扣件調(diào)高30 mm的能力，因此該區(qū)段必須進(jìn)行道床整治修復(fù)；(2)豎曲線半徑對(duì)軌道抬高量和道床整治區(qū)段長(zhǎng)度影響較大，豎曲線半徑越小軌道抬高量越小，需要整治的范圍也越小。尤其從原設(shè)計(jì)調(diào)整為4 000 m，整治長(zhǎng)度減少了23 m，大大減小了道床整治工程量。但豎曲線半徑太小，影響行車(chē)舒適性，而且會(huì)有部分區(qū)段鋼軌為負(fù)抬高量，扣件無(wú)法直接實(shí)現(xiàn)其要求。

4道床修復(fù)方案分析

基于上述線路優(yōu)化成果，結(jié)合本線實(shí)際情況提出以下道床修復(fù)方案。

(1)道床鑿除方案。即對(duì)整治范圍的整體道床全部鑿除后重新澆筑道床，能徹底解決道床沉降病害，保證整體道床的穩(wěn)定性和耐久性。但是施工時(shí)間長(zhǎng)，可能影響線路開(kāi)通運(yùn)營(yíng)時(shí)間；一次性投入的成本較大。

(2)扣件調(diào)整方案。如采用設(shè)置3 000 m豎曲線半徑方案，全部采用軌道扣件修復(fù)可滿足線路平順性要求，其扣件調(diào)高最大值為13.6 mm，可不擾動(dòng)道床結(jié)構(gòu)，保證整體道床的穩(wěn)定性和耐久性。施工時(shí)間最短，一次性投入的成本最少。但較小的豎曲線半徑影響行車(chē)舒適性；里程為DK11+641.79處調(diào)高量為-1.0 mm，負(fù)抬高量需要修磨軌枕；且后期采用減小豎曲線半徑來(lái)適應(yīng)道床沉降的裕量很小。

(3)新埋短枕方案。切除整治范圍軌枕，按設(shè)計(jì)軌面高程，重新埋入短枕并采用聚合物水泥砂漿澆筑形成道床結(jié)構(gòu)，能保證承軌臺(tái)、軌底坡施工質(zhì)量，鋼軌軌底與道床面間隙也滿足工務(wù)搶修需要。但整體道床的穩(wěn)定性和耐久性有一定影響。施工時(shí)間、施工難度和一次性投入成本一般。

(4)枕間增設(shè)承軌臺(tái)方案。在既有軌枕空間鑿除寬270 mm×長(zhǎng)640 mm×深90 mm以上道床混凝土，布設(shè)承軌臺(tái)鋼筋網(wǎng)片，按設(shè)計(jì)軌面高程吊裝扣件及套管，重新澆筑聚合物水泥砂漿承軌臺(tái)形成道床結(jié)構(gòu)，既有軌枕可保留備用。施工時(shí)間和一次性投入成本一般。但影響道床耐久性，后期可能產(chǎn)生承軌臺(tái)與原道床混凝土分層，承軌臺(tái)開(kāi)裂、掉塊等病害；軌底與道床面間隙也不能滿足工務(wù)搶修需要。

(5)道床面直埋套管方案。鑿除深度40～50 mm道床面和軌枕面混凝土，鉆孔取出原軌枕套管，放入道床和承軌鋼筋網(wǎng)片，按設(shè)計(jì)軌面高程吊裝扣件及套管，澆筑聚合物水泥砂漿道床，承軌面和道床面平齊，不設(shè)承軌臺(tái)。此方案施工簡(jiǎn)單，但影響道床耐久性，后期可能產(chǎn)生新老道床混凝土分層等病害；軌底與道床面間隙也不能滿足工務(wù)搶修需要。施工時(shí)間和一次性投入成本較大。

(6)注漿抬高道床板方案[7-8]。在道床板內(nèi)沿線路方向一定間隔布設(shè)注漿孔，采用注漿機(jī)通過(guò)注漿管將水泥或環(huán)氧漿液以一定壓力灌注到軌道與盾構(gòu)結(jié)構(gòu)的離縫或空隙中，漿液以充填、滲透和擠密等方式排擠離縫中的水、空氣和其他雜質(zhì)，充填其位置并緩緩抬高軌面，邊注漿邊監(jiān)測(cè)，直到恢復(fù)至設(shè)計(jì)高程。此方法適用于道床基底脫空、翻漿冒泥等病害整治，可在天窗時(shí)間完成，不影響運(yùn)營(yíng)。但是注漿過(guò)程中軌面高程控制很難，施工要求高，難度大，施工工期長(zhǎng)。

5道床整治修復(fù)技術(shù)

根據(jù)線路優(yōu)化及道床修復(fù)方案優(yōu)缺點(diǎn)分析，確定采用豎曲線半徑4 000 m和新埋短枕方案(圖3)，道床整治區(qū)段長(zhǎng)度適中，施工質(zhì)量易控，預(yù)留扣件調(diào)高和線路優(yōu)化裕量充足，滿足運(yùn)營(yíng)維修和搶險(xiǎn)需要。

圖3　新埋短枕方案橫斷面、平面布置

5.1　施工工藝

(1)拆除整治范圍扣件，并適量抬升、撥移鋼軌。

(2)采用混凝土切割鋸或小型破碎機(jī)等器具，將整治范圍的軌枕從混凝土道床中取出，鑿除道床范圍按保證新安裝軌枕底部有40～50 mm深的空間，軌枕四周有70～80 mm寬的空間為準(zhǔn)。清理鑿除區(qū)域道床混凝土碎屑、浮漿、灰塵等雜物。

(3)放入新短軌枕，軌枕四角鉆孔植入N1螺紋鋼筋，植入深度70 mm以上，植筋膠技術(shù)性能需滿足表2要求；然后軌枕四周設(shè)N2、N3上下兩層鋼筋，并與植入的N1鋼筋和軌枕伸出鋼筋焊接，其余按原道床結(jié)構(gòu)布置鋼筋。

表2　植筋膠技術(shù)性能要求

(4)按設(shè)計(jì)軌面高程確定鋼軌位置，吊裝短枕及扣件，檢查軌枕周邊的空間是否滿足要求。支立道床模板。

(5)精細(xì)調(diào)整鋼軌高程、軌底坡、超高、左右位置等幾何形位，并固定。

(6)再次清理鑿除區(qū)域道床混凝土碎屑、灰塵等雜物。

(7)在道床切除區(qū)域、軌枕四周和底部混凝土暴露面涂刷底涂材料，以加強(qiáng)新舊混凝土的粘結(jié)。底涂材料選用聚合物水泥凈漿或?qū)Ｓ媒缑鎰?/p>

(8)計(jì)量并配制聚合物水泥砂漿。聚合物水泥砂漿要求低收縮性、早強(qiáng)、粘結(jié)性能和流動(dòng)性好，需滿足表3要求[9]。

表3　聚合物水泥砂漿性能參數(shù)要求

注：1.JTJ/T 271《港口工程混凝土粘接修補(bǔ)技術(shù)規(guī)程》

2.DL/T 5126《聚合物改性水泥砂漿試驗(yàn)規(guī)程》

(9)澆筑聚合物水泥砂漿，應(yīng)使砂漿自軌枕一側(cè)向另外一側(cè)自然流動(dòng)，待充填軌枕底部振搗密實(shí)后，方可向前繼續(xù)澆筑。將砂漿面刮平，與相鄰道床表面平齊，并打掃干凈。

(10)砂漿養(yǎng)護(hù)，抗壓強(qiáng)度達(dá)到30 MPa及以上后，精調(diào)線路，恢復(fù)線路。

5.2　施工注意事項(xiàng)

(1)鑿除道床應(yīng)采用小型機(jī)具設(shè)備，避免對(duì)鄰近道床產(chǎn)生擾動(dòng)和破壞。

(2)整治道床所增設(shè)的鋼筋網(wǎng)應(yīng)與原道床雜散電流收集網(wǎng)可靠連通。

(3)為增強(qiáng)軌枕與道床的連接強(qiáng)度，提高耐久性，軌枕四周離承軌面50 mm以下范圍可輕微鑿毛。

(4)拆除扣件及抬升鋼軌中，注意鋼軌應(yīng)力的放散，避免出現(xiàn)鋼軌硬彎等損傷。

(5)如軌枕間道床被破壞，應(yīng)剔除破壞道床，把N3鋼筋連通設(shè)置，并在枕間增加1根N2鋼筋。

5.3　施工資源配置

(1)機(jī)具配置。軌道平板車(chē)2輛，混凝土切割機(jī)2把，空壓機(jī)2臺(tái)，鼓風(fēng)機(jī)2臺(tái)，調(diào)軌支架10套，砂漿攪拌機(jī)2臺(tái)，小型振搗棒3臺(tái)，備用75 kW發(fā)電機(jī)1臺(tái)。

(2)人力配置。施工現(xiàn)場(chǎng)管理7人，鑿除道床混凝土10名，鋼筋工6名，模板工4名，線路工4名，砂漿攪拌5人，道床澆筑及抹面8人，其余搬運(yùn)、清掃等雜工5名。

6結(jié)論及建議

自2014年7月該區(qū)段整體道床沉降修復(fù)完成，經(jīng)過(guò)了近1年運(yùn)營(yíng)實(shí)踐的考驗(yàn)，其車(chē)輛通過(guò)該區(qū)段的動(dòng)力學(xué)指標(biāo)和舒適度指標(biāo)優(yōu)秀，現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)也未發(fā)現(xiàn)新老道床混凝土分層、道床裂紋、短枕松動(dòng)等任何病害，道床狀態(tài)完好如新，如圖4所示。

圖4　道床沉降修復(fù)后運(yùn)營(yíng)近1年的現(xiàn)場(chǎng)照片

實(shí)踐證明，城市軌道交通整體道床沉降采用優(yōu)化線路設(shè)計(jì)，減少道床整治范圍，并采用新埋短枕方案及其修復(fù)材料是可行的、可靠的，對(duì)今后類似道床沉降修復(fù)的設(shè)計(jì)和施工均有重要的參考和指導(dǎo)意義。同時(shí)，結(jié)合此次整體道床沉降修復(fù)的經(jīng)驗(yàn)，對(duì)軌道設(shè)計(jì)和施工提出以下建議：

(1)軌道施工嚴(yán)格執(zhí)行沉降穩(wěn)定后方可鋪軌的原則，如工期緊張則可采用混凝土“支墩法”、“工字鋼法”等鋪設(shè)臨時(shí)過(guò)渡軌的方法；

(2)積累聯(lián)絡(luò)通道沉降數(shù)據(jù)，分析沉降規(guī)律，預(yù)測(cè)工后沉降量，在整體道床施工時(shí)軌面預(yù)留好沉降量；

(3)道床修復(fù)所用的短枕建議在制造時(shí)，軌枕混凝土初凝前沖洗掉軌枕四周的水泥漿，露出粗骨料，加強(qiáng)新老混凝土粘結(jié)力，提高道床耐久性；

(4)在盾構(gòu)穿越淤泥土質(zhì)、聯(lián)絡(luò)通道等沉降量大的區(qū)段研發(fā)并鋪設(shè)新型調(diào)高量大的軌道結(jié)構(gòu)。

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Renovation Techniques for Monolithic Concrete Track Settlement of Urban Rail TransitYANG Ming-hui

(China Railway Eryuan Engineering Group Co., Ltd., Chengdu 610031, China)

Abstract：The paper introduces the renovation techniques for monolithic concrete track settlement in urban rail transit. With reference to the monolithic concrete track settlement in rail transit of a city, principles for repairing track settlement are put forward, the theoretical formula of track raising is derived, the vertical curve line radius is optimized to reduce the workload of track raising. Six schemes for track raising and their features are proposed and analyzed. The technical principles and operating attentions for newly buried short sleeper are described. After nearly one year operation, the track remains perfect, which justifies the feasibility and reliability of the renovation techniques.

Key words：Rail transit; Monolithic concrete track; Settlement; Renovation

中圖分類號(hào)：U213.2+41

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

DOI:10.13238/j.issn.1004-2954.2016.02.005

文章編號(hào)：1004-2954(2016)02-0023-05

作者簡(jiǎn)介：楊明輝(1979—)，男，高級(jí)工程師，2005年畢業(yè)于西南交通大學(xué)車(chē)輛工程專業(yè)，工學(xué)碩士，E-mail:ymh208@163.com。

收稿日期：2015-05-29； 修回日期：2015-07-10