運(yùn)營客專隧道內(nèi)無砟軌道病害快速整治技術(shù)

馬瑞華

（中鐵十七局集團(tuán)有限公司 山西太原 030006）

1 病害情況

山東青榮客專于家夼隧道，進(jìn)口里程為K272＋069，出口里程為K274＋566，全長2 497 m。隧道內(nèi)采用CRTSⅠ型雙塊式無砟軌道結(jié)構(gòu)，軌道結(jié)構(gòu)高度515 mm，道床板為縱向連續(xù)鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，直接在經(jīng)拉毛處理的隧道仰拱填充層上構(gòu)筑［1］，采用C40混凝土，寬度2 800 mm、厚度260 mm；道床板在變形縫處斷開并設(shè)置伸縮縫。

在天窗點(diǎn)內(nèi)作業(yè)檢查發(fā)現(xiàn)，隧道上行線仰拱填充層與道床板離縫積水，軌道高程變化最大值達(dá)-5 mm（低于設(shè)計(jì)軌面高程5 mm），段落長度達(dá)6 m。為此，對該段線路限速80 km/h通行。

（1）道床板離縫

軌道結(jié)構(gòu)道床板與仰拱填充間存在離縫，離縫間充水，現(xiàn)場可見粗骨料擠出及水流沖擊痕跡，其中上行線K273＋660處最為嚴(yán)重，離縫高度最大達(dá)60 mm，伸入軌道板140 mm，呈楔形狀。道床板與填充層間離縫見圖1。

圖1 道床板離縫并有碎石擠出

（2）填充層表面積水K273＋600～K273＋750區(qū)段線間及線路與溝槽間積水淤積嚴(yán)重，中心水溝淤堵，仰拱

填充層表面排水不良。積水情況見圖2。

圖2 填充層表面積水

（3）道床板裂縫

K273＋643～K273＋691段共查出11條道床板裂縫，裂縫最大寬度2 mm。道床板裂縫統(tǒng)計(jì)見表1。

表1 道床板裂縫統(tǒng)計(jì)

2 病害產(chǎn)生機(jī)理分析

利用地質(zhì)雷達(dá)配合基底鉆孔對基底結(jié)構(gòu)密實(shí)情況進(jìn)行了檢測［2］，分別在兩側(cè)道床板與側(cè)溝間、兩道心和兩線間靠道床板側(cè)各布置2條測線。現(xiàn)場檢測見圖3。

圖3 現(xiàn)場檢測

現(xiàn)場踏勘和鉆孔取芯情況顯示，在K273＋600～K273＋750里程范圍內(nèi)，主要表現(xiàn)為線間及無砟軌道與溝槽間積水，無砟軌道道床板與仰拱填充層間離縫、脫空、縫間充水并有粗細(xì)骨料擠出，道床板開裂，仰拱與仰拱填充間存在不密實(shí)層，排水系統(tǒng)局部擁堵、失效。針對該病害，對病害形成機(jī)理進(jìn)行綜合分析研究。

2.1 排水系統(tǒng)局部失效

隧道道床排水?dāng)嗝嫒鐖D4所示。

圖4 隧道道床排水?dāng)嗝?/p>

（1）病害地段中心排水管檢查井淤積，橫向?qū)艹隹诘陀谥行呐潘苤行模ㄋ嬉韵拢?/p>

（2）側(cè)溝溝底淤積物較多，堵塞了向中心排水管排水的導(dǎo)水管。

（3）填充層線間及道床板與側(cè)溝間半圓排水槽不規(guī)則、排水通道不通暢［3］。

2.2 承壓水滲入

該隧道為半包防水，即：（1）拱部及邊墻采用復(fù)合式防水板、環(huán)向排水盲管，縱向排水盲管將拱墻部的水排入側(cè)溝并進(jìn)行地下水限排。（2）病害段位于富水地段，在仰拱底部和邊墻部位存在承壓水，水頭高于邊墻底部縱向排水盲管的承壓水可通過盲管排放至隧道側(cè)溝內(nèi)，水頭低于隧道邊墻底縱向排水盲管的承壓水將賦存于隧底無法排放。（3）底部承壓地下水可沿環(huán)向施工縫或仰拱填充的薄弱環(huán)節(jié)向上滲入。

2.3 列車動載反復(fù)作用

在填充層表面積水的情況下，填充層與無砟軌道道床板間的空隙形成水囊，在列車動載及水壓力的劈裂雙重作用下裂縫不斷擴(kuò)展導(dǎo)致水囊不斷擴(kuò)大［4］，在沖擊水流作用下，粗、細(xì)骨料相繼擠出形成離縫并不斷擴(kuò)展。

3 病害整治技術(shù)

3.1 整治方案原則制定

運(yùn)營客運(yùn)專線隧道整治具有天窗時間短、安全要求嚴(yán)、質(zhì)量要求高、操作空間小等特點(diǎn)［5］。整治工作是一項(xiàng)復(fù)雜的系統(tǒng)工程，必須堅(jiān)持以下原則：

（1）針對隧道病害現(xiàn)狀，在對道床板離縫、脫空病害整治的基礎(chǔ)上［6］，綜合考慮排水功能恢復(fù)、道床板裂縫修補(bǔ)，并進(jìn)行隧底錨固注漿處理，做到標(biāo)本兼治、綜合治理。

（2）整治方案制定時，綜合考慮施工環(huán)境、天窗時間等客觀因素，優(yōu)化整治方案，不影響線路正常運(yùn)營。

（3）在整治過程中需隨時注意軌道的狀態(tài)，增加監(jiān)控量測工作，若出現(xiàn)較大變化，需及時調(diào)整施工，確保安全。

（4）由于隧道施工的復(fù)雜性、特殊性與不確定性明顯，在施工中需與設(shè)備管理單位密切配合，根據(jù)實(shí)際情況調(diào)整工藝。

3.2 整治措施

針對隧道無砟軌道道床板離縫及脫空、道床板開裂、排水系統(tǒng)局部失效、基底結(jié)構(gòu)局部不密實(shí)等病害情況，采用“道床板離縫填充＋裂縫修補(bǔ)＋恢復(fù)排水系統(tǒng)＋基底錨注”的綜合整治方案。

（1）進(jìn)行全隧道水溝及橫向排水盲管清淤及填充層表面排水修復(fù)，恢復(fù)排水系統(tǒng)功能。

（2）在隧底不密實(shí)段打設(shè)注漿孔，安裝中空注漿錨桿，并灌注高分子加固材料，填充并固結(jié)仰拱與填充間虛渣且排出地下水，切斷隧底水源補(bǔ)給。

（3）對病害段無砟軌道裂縫進(jìn)行調(diào)查登記，參考《高速鐵路無砟軌道線路維修規(guī)則》對裂縫進(jìn)行病害等級劃分，對Ⅰ、Ⅱ級裂縫采用“表面封閉法”進(jìn)行修復(fù)，Ⅲ級裂縫采用“損傷修補(bǔ)法”［7］，道床板與仰拱采用低收縮性、早強(qiáng)、粘結(jié)性能和流動性較好的聚合物灌漿材料進(jìn)行填充。

3.3 整治范圍

（1）離縫填充整治范圍：根據(jù)現(xiàn)場病害調(diào)查情況，在K273＋600～K273＋750里程范圍內(nèi)，對離縫寬度大于3.0 mm的區(qū)段灌注TK-SL高聚物灌漿料進(jìn)行填充并植筋錨固；對離縫寬度小于3.0 mm的位置，采用低粘度樹脂材料進(jìn)行灌注。

（2）基底錨注整治范圍：根據(jù)現(xiàn)場踏勘及檢測情況，需對K273＋640～K273＋690里程范圍內(nèi)進(jìn)行注漿錨注。

（3）泄水孔打設(shè)范圍：泄水孔按基底錨注范圍前后各5 m進(jìn)行打設(shè)。

3.4 施工步驟及操作要點(diǎn)

3.4.1 恢復(fù)排水系統(tǒng)功能（第一步）

對全隧（特別是道床有積水或襯砌有滲漏水情況的區(qū)段）進(jìn)行排水系統(tǒng)全面排查，按照原設(shè)計(jì)要求恢復(fù)排水系統(tǒng)功能。

3.4.2 無砟軌道裂縫修補(bǔ)（第二步）

（1）針對Ⅰ、Ⅱ級裂縫采用“表面封閉法”［8］。

①使用鋼絲刷將裂縫表面兩側(cè)刷毛，用真空吸塵器清除灰塵等雜物。當(dāng)裂縫內(nèi)有明水時，應(yīng)采用熱風(fēng)機(jī)等將裂縫處吹干。

②稱量并配制表面封閉用修補(bǔ)材料。修補(bǔ)材料采用聚合物水泥基材料，用手持式攪拌機(jī)或?qū)Ｓ脭嚢杵鲗⑿扪a(bǔ)材料攪拌均勻。

③沿裂縫表面涂刷一層底涂材料，可采用高聚合物乳液合成的聚合物水泥基材料。

④待底涂材料表干后，涂刷表面封閉用涂層材料［9］，涂刷3遍以上，以涂層厚度達(dá)到300μm以上為宜。每遍涂刷都要等到上遍涂層材料表干后再涂，且兩次涂刷方向相互垂直。

（2）針對Ⅲ級裂縫及道床結(jié)構(gòu)與線下基礎(chǔ)間裂縫采用“低壓注漿法”。

①使用鋼絲刷清潔裂縫區(qū)域表面，用真空吸塵器清除周圍雜物。

②采用封縫材料封閉裂縫，并間隔30 cm安裝注漿咀。

③通過注漿器向裂縫內(nèi)注入修補(bǔ)材料，注漿壓力推薦為0.3～0.5 MPa，按照裂縫分布情況采取自下而上灌注順序，直至注滿為止。

④當(dāng)修補(bǔ)材料固化后，去除封縫材料與注漿咀，并將裂縫表面打磨平整。

⑤在裂縫表面涂刷裂縫封閉材料，其修補(bǔ)材料及工藝與“表面封閉法”相同。

3.4.3 道床板離縫填充（第三步）

（1）離縫內(nèi)進(jìn)行清理，清除縫內(nèi)剝落及疏松部分并用高壓水流對縫內(nèi)泥漿進(jìn)行沖洗，清洗完畢后用高壓風(fēng)進(jìn)行二次清理及干燥。

（2）按照離縫寬度選擇模板或無模板法進(jìn)行修補(bǔ)。當(dāng)?shù)来舶暹吘夒x縫寬度大于10 mm時需安裝模板；小于10 mm但大于3 mm時釆用快硬水泥進(jìn)行封縫；小于3 mm時采用快硬水泥或封縫帶進(jìn)行封縫。離縫填充封堵見圖5。

圖5 離縫填充示意

（3）按照離縫寬度選擇不同的填充材料［9］：離縫寬度大于3 mm時采用TK-SL高聚物灌漿料；離縫寬度小于3 mm時采用低粘度樹脂進(jìn)行填充。

（4）離縫大于3 mm填充步驟：①在軌道板面上鉆取直徑為8 cm的灌漿口及觀察口。灌漿口與觀察口的間距為1.3 m。灌注口與觀察口用模板加高，加高高度為50 cm。②設(shè)置排氣口，排氣口設(shè)置于軌道板側(cè)面，排氣口、灌注口及觀察口的間距為50 cm。③用模具進(jìn)行立模。立模時，縫邊統(tǒng)一外封。④采用機(jī)械進(jìn)行攪拌，攪拌后靜止1 min后進(jìn)行灌漿。⑤當(dāng)所有排氣口都出現(xiàn)連續(xù)砂漿后，灌注口繼續(xù)灌注，確保砂漿液面高于軌道板面50 cm，待觀察口出現(xiàn)連續(xù)砂漿后停止注漿并清理現(xiàn)場。

（5）離縫小于3 mm填充步驟：①在離縫較寬處及離縫端部等位置合理地粘結(jié)注漿咀［10］，注漿咀間距約為20～30 cm。應(yīng)特別注意涂抹封縫膠時要防止堵塞注漿咀。②采用專用快硬水泥或封縫膠涂抹離縫表面進(jìn)行封縫，涂抹的厚度約3 mm，寬度約25 mm。③從離縫的任意一端，把注漿管連接到注漿咀上，注漿前要保證所有的注漿咀都處于開啟通氣狀態(tài)。④將雙組分料筒連接混合管，混合管與注漿管相連。開始注入修補(bǔ)材料，當(dāng)下一注漿咀有漿液漏出時，輕拉注漿咀上部關(guān)閉，同時繼續(xù)注射直至無法再注入修補(bǔ)材料，拔下注漿管，輕拉關(guān)閉注漿咀，把注漿管連接到最后有漿液漏出的注漿咀上，繼續(xù)注漿。依此，直到離縫另一端的注漿咀中有漿液流出時，關(guān)閉所有的未關(guān)閉端口，完成離縫注漿。

（6）離縫注漿完成約30 min以后，灌漿材料基本硬化，即可去除注漿咀，同時采用打磨機(jī)清理表面封閉材料，然后刷涂防水涂覆材料。

3.4.4 錨注一體化（第四步）

錨注一體化布置見圖6。

圖6 錨注一體化布置

（1）布孔與鉆孔：鉆孔縱向間距1.5 m，孔口中心距軌道板邊緣30 cm，確保位置恰當(dāng)、準(zhǔn)確。根據(jù)放線位置進(jìn)行鉆孔作業(yè)，鉆孔直徑為70 mm，深度以進(jìn)入仰拱結(jié)構(gòu)10 cm為宜，已打設(shè)完畢的鉆孔進(jìn)行清孔。

（2）錨桿安裝：對成孔進(jìn)行檢查，確認(rèn)沒有塌孔或堵塞現(xiàn)象，按要求安裝中空注漿錨桿。錨桿選用φ32 mm中空注漿錨桿，安裝到位后安裝止?jié){塞、錨桿墊板及螺母等配件。

（3）注漿：注漿前先壓注清水沖洗干凈，按要求連接注漿設(shè)備各部件并連接注漿管，啟動設(shè)備進(jìn)行注漿。漿液采用加固型高分子材料，注漿壓力0.3～0.5 MPa。注漿按照先中間后兩邊、先低后高的順序進(jìn)行，當(dāng)壓力快速增長或有漿液由出水點(diǎn)或相鄰錨桿孔處溢出時，停止注漿并轉(zhuǎn)至下個孔位。注漿過程中需嚴(yán)密監(jiān)控線路幾何尺寸，防止壓力過大造成基床抬升。注漿結(jié)束后線路部門應(yīng)對注漿范圍內(nèi)線路尺寸進(jìn)行測量，確保行車安全。

3.4.5 植筋錨固與泄水孔打設(shè)（第五步）

植筋錨固布置見圖7。

圖7 植筋錨固布置（單位：cm）

（1）定位鉆孔：根據(jù)整治方案在軌道板上標(biāo)定鉆孔位置，鉆孔直徑32 m。

（2）清孔：鉆孔完畢后，利用小型空壓機(jī)或吹風(fēng)機(jī)進(jìn)行清孔，確?？妆跓o塵，并用吹風(fēng)機(jī)將孔壁吹干。

（3）注膠：將膠槍上的混合噴頭伸進(jìn)孔的底部，且每一次扣動扳機(jī)感覺有明顯壓力后慢慢抽出，藥劑填滿孔深的2/3時，停止注膠。

（4）插筋錨固：根據(jù)植入深度，在處理好的鋼筋除銹端做明顯標(biāo)記，然后插向孔洞，一邊插一邊向同一方向緩慢旋轉(zhuǎn)［11］，直至孔洞底部為止，此時應(yīng)有錨固膠從孔洞內(nèi)溢出。

（5）泄水孔打設(shè)：在側(cè)溝及中心排水溝處設(shè)置一排泄水降壓管，鉆孔采用50 mm直徑，間距2 m/孔，深度至仰拱下50 cm。采用粒徑10～15mm碎石填充，預(yù)留1m孔口管，采用直徑40 mm的PVC管，孔口管高于混凝土面并做好防堵塞措施，防止水溝流水倒灌與堵塞?？卓诠芘c水溝底結(jié)合處采用無紡布包裹。

3.5 實(shí)施效果

該段隧道內(nèi)道床板離縫整治共打設(shè)泄水孔76個，打設(shè)錨注一體化中空注漿錨桿240根，道床板裂縫修復(fù)11條，道床板離縫灌注78 m，打設(shè)道床板植筋錨固鋼筋42根，疏通排水通道460m。通過以上整治措施，重新精調(diào)后的軌道平順、穩(wěn)定，滿足驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)的要求。

無砟軌道道床板離縫整治完成1年后觀察，整治效果良好，無砟軌道離縫處填充材料完整、無開裂現(xiàn)象；填充層表面排水情況良好，無積水現(xiàn)象發(fā)生；軌道穩(wěn)定，線路狀態(tài)良好。

4 結(jié)束語

我國高速鐵路大多采用無砟軌道結(jié)構(gòu)，隨著高速鐵路運(yùn)營時間的增加，無砟軌道結(jié)構(gòu)不同類型的病害也相繼出現(xiàn)［12］。在借鑒國內(nèi)外無砟軌道病害維修整治經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，總結(jié)出針對不同類型病害的快速維修技術(shù)，從而進(jìn)一步推動高速鐵路無砟軌道技術(shù)的進(jìn)步。