貴廣客專隧道無砟軌道上拱病害成因分析及整治

李建輝

（南寧局集團有限公司桂林高鐵工務段，高級工程師，廣西 桂林）

南寧局集團有限公司管轄貴廣客專正線410.627 km，軌道采用雙塊式無砟軌道，其中隧道101座，隧道累計長度209.403 km，占正線總長51%。隧道地質條件主要為喀斯特地貌，圍巖大部分為Ⅲ、Ⅳ級。2016年以來，發(fā)生6次因軌道上拱病害導致列車限速運行，對行車秩序造成較大干擾。為此，通過對隧道內軌道板上拱病害的成因分析和準確研判，及時采取預防性整治措施，減少上拱病害發(fā)生，是確保高鐵運輸安全一個重要攻關課題。

1 上拱病害分類

全國運營鐵路發(fā)生過多起無砟軌道上拱病害，根據(jù)分析，隧道內無砟軌道上拱表現(xiàn)方式的主要有凍脹上拱、溫度應力變化上拱、水壓力上拱等三類。

1.1 凍脹變化 凍土基礎在嚴寒氣候條件下發(fā)生凍脹，引起軌道上拱，主要發(fā)生在東北、西北等嚴寒凍土地區(qū)。

1.2 應力變化 受氣溫影響，軌道板內部應力出現(xiàn)變化，造成軌道上拱，主要發(fā)生在CRTSⅡ型板無砟軌道，我國京滬客專、滬昆客專都出現(xiàn)過溫度應力變化上拱病害。

1.3 水壓力變化 受強降雨、地下水等影響，在隧道襯砌后形成水壓，對仰拱及填充層產生向上擠壓力導致軌道上拱，主要發(fā)生在巖溶發(fā)育地段；貴廣客專多數(shù)地段屬于典型的喀斯特地貌巖溶發(fā)育地區(qū)。

2 上拱成因分析

貴廣客專隧道出現(xiàn)的6次軌道板上拱病害都發(fā)生在強降雨期間或強降雨之后，24小時雨量最大達232 mm，最小為97 mm，且病害都處于巖溶地段。通過分析，貴廣客專隧道軌道上拱主要是水壓力造成。

2.1 地表水滲漏形成壓力 受持續(xù)強降雨影響，隧道上方山體表層水量急劇增加，通過巖溶縫隙不斷往下滲漏，在隧道襯砌周邊形成積水囊，部分地下水從薄弱地段進入仰拱與填充層間，持續(xù)強降雨使地表水不斷下滲補給，水位增高對底部仰拱填充層產生的向上壓力不斷加大，突破臨界值后導致軌道板上拱，同時軌道板表面會出現(xiàn)裂縫、滲水等問題。在對隧道軌道板上拱地段進行鉆孔泄壓施工中，中心溝及邊墻溝底部打穿孔后，圍巖水以噴涌形式噴出，也驗證了水壓較大。隧道水壓力示意如圖1所示。

圖1 隧道水壓力示意圖

2.2 隧道仰拱及襯砌承載力不足 建設期間施工單位沒有嚴格按照設計標準、工藝施工，通過對隧道上拱病害地段進行鉆孔取樣驗證，不同程度地存在仰拱厚度不足、碎石層不平整、仰拱與填充層間有雜質等問題，導致隧道仰拱及襯砌承載力不足，強水壓不斷的擠壓，出現(xiàn)軌道板上拱。

2.3 排水設施堵塞加大壓力 病害發(fā)生前降雨量普遍較大，現(xiàn)場檢查隧道內橫向泄水孔、縱向排水溝都不同程度地存在堵塞問題，山體內部滲水不能及時排出，增加了水壓強度。

3 病害發(fā)展研判

隧道軌道板上拱病害發(fā)展是一個徐變過程，前期變化緩慢，隱蔽性強；在外部強水壓力作用下，軌道結構容易產生突變上拱，危害性極大。為此，我們成立課題攻關組，對貴廣客隧道軌道上拱病害發(fā)展過程各類檢測數(shù)據(jù)進行綜合分析，通過研究規(guī)律，能提前研判出軌道上拱病害，及時采預防性整治措施。

3.1 檢測數(shù)據(jù)應用及特性 軌道板上拱病害發(fā)展過程中，動態(tài)、靜態(tài)檢測數(shù)據(jù)都會出現(xiàn)變化。

3.1.1 動態(tài)檢測 高速鐵路工務設備檢修理念是“以動態(tài)為主，動態(tài)指導靜態(tài)”，目前軌道不平順動態(tài)檢測有動檢車、車載式線路檢查儀、便攜式線路檢查儀、人工感覺等四種方式，動檢車、車載式線路檢查儀檢測數(shù)據(jù)準確性相對較高，上拱病害發(fā)展過程分析主要依據(jù)這兩種類型的檢測數(shù)據(jù)。病害發(fā)展前期動檢車檢測波形圖會產生徐變，進一步發(fā)展會出現(xiàn)動檢車、車載式線路檢查儀檢查峰值Ⅰ、Ⅱ級及以上偏差。

3.1.2 靜態(tài)檢測 主要有相對測量、絕對測量、人工檢查三種方式：

1）相對測量。利用0級軌道檢查小車檢查軌道幾何尺寸，該測量方式主要是短波相對數(shù)據(jù)，檢測的高低波長只有20 m，上拱前期軌道幾何尺寸變化不大，難以判別軌道板是否上拱。

2）絕對測量。利用軌道測量小車采集線路兩側布設的CPⅢ精密控制網數(shù)據(jù)，測量出軌道高程、平面坐標與設計線位之間的絕對偏差量，直觀顯示軌道位移變量，能準確判別軌道板是否上拱。如：2017年5月我們對貴廣客專胡山隧道下行線K 436+200至K 436+700軌道板疑似上拱地段的高程坐標進行絕對測量，比較直觀地顯示高程變化，K 436+361至K 436+568范圍內高程坐標最大遞增至8.3 mm，出現(xiàn)明顯變化。如圖2所示。

圖2 貴廣客專K436+200至K436+700高程坐標示意圖

3）人工檢查。主要檢查鋼軌、扣件、軌道板以及隧道襯砌等設備狀況，上拱發(fā)展前期都會出現(xiàn)隧道襯砌、軌道板開裂等病害。

3.2上拱發(fā)展研判 軌道板上拱病害發(fā)展過程主要經歷動檢波形微變化、峰值Ⅰ或Ⅱ級偏差、峰值Ⅲ級及以上偏差三個階段，出現(xiàn)峰值Ⅲ級及以上偏差時，已經影響行車安全；我們重點是加強第一、二階段數(shù)據(jù)分析，提前研判，及時采取措施，即：對大量動態(tài)檢測數(shù)據(jù)綜合分析，梳理出疑似地點，通過現(xiàn)場靜態(tài)檢測，確定軌道板上拱地段，提前采取整治措施。

3.2.1 動態(tài)數(shù)據(jù)分析篩選 動檢車檢測波形圖是分析軌道上拱的基礎，同時結合其他動態(tài)檢測數(shù)據(jù)，分析梳理出疑似上拱地點。

1）動檢波形變化篩選。隧道軌道板上拱在形成病害前，變化比較緩慢，單次動檢波形圖很難判別軌道變化，但通過與半年及以上歷史波形圖對比分析，能準確地分析波形變化狀況，確定疑似上拱地段。

2）綜合數(shù)據(jù)變化篩選。針對動檢車、車載式線路檢查儀檢查出現(xiàn)的重復Ⅰ或Ⅱ級偏差以及人工添乘檢查不良病害，結合最近一次動檢車檢查波形圖，判別屬于單點峰值病害或成段波形變化。單點峰值病害不是軌道板上拱原因造成，整治簡單；隧道內出現(xiàn)峰值病害且波形圖出現(xiàn)成段變化的，可確定為疑似上拱地段。

3.2.2現(xiàn)場靜態(tài)復核檢測 根據(jù)動態(tài)檢測數(shù)據(jù)分析篩選出的疑似上拱地段，現(xiàn)場對軌道絕對坐標進行靜態(tài)精測，同時對軌道結構、隧道襯砌等設備進行全面檢查，確定軌道板上拱地段；并根據(jù)絕對偏差量、隧道襯砌及軌道板出現(xiàn)的裂縫等病害情況，制定綜合整治方案。

4 預防性整治措施

水壓力引發(fā)的軌道板上拱，整治有效的方式是提前減壓、疏通引排，并對軌道板與填充層分層離縫采取錨桿注漿進行固定，同時對軌道板裂紋采取封堵，保持軌道整體性。

4.1 鉆孔泄水減壓 主要適用于可溶巖、富水構造和防排水設施未按設計施工地段。

4.1.1 泄壓鉆孔深度

1）豎向泄壓孔。硬質巖地段：應鉆穿仰拱初支噴砼并伸入基巖200 m。軟質巖地段：原則上不鉆穿仰拱初支噴砼，若未鉆穿仰拱初支噴砼前泄壓孔已出現(xiàn)大量排水，則停止鉆進；若泄壓孔未出現(xiàn)大量排水，但根據(jù)襯砌滲漏水等情況判斷水壓明顯較大時，泄壓孔應繼續(xù)鉆穿仰拱初支噴砼并伸入基巖200 mm。

2）橫向泄壓孔。深度為鉆穿襯砌及噴砼并入巖1.0 m。

4.1.2 鉆孔減壓具體措施

1）中心水溝豎向泄壓孔?？扇軒r地段每隔20 m鉆設一個豎向Ф80泄壓孔；富水構造段或防排水設施未按設計施工地段，每隔10 m鉆設一個豎向Ф80泄壓孔。泄壓孔內插入Ф75排水鋼管，排水鋼管與孔壁采用錨固劑填充密實，鋼管頂部設擋水板，并固定在中心水溝壁。

2）邊墻橫向泄壓孔。在邊墻施工縫兩側增設橫向Ф50泄壓孔，通過橫向鉆孔將地下水引入側溝內，溝壁孔應采用楔形，靠近側溝孔口為Ф80，靠近軌道側孔口為Ф50，并采用環(huán)氧水泥砂漿封堵，孔口段插入Ф50PVC排水管。橫向泄壓孔可根據(jù)現(xiàn)場排水量加密設置。

3）側溝豎向泄壓孔。與中心溝泄壓孔對應的側溝鉆設豎向Ф80泄壓孔，泄壓孔內插入Ф75排水鋼管，排水鋼管與孔壁采用錨固劑填充密實，鋼管頂部設擋水板，并固定在側溝壁。泄壓孔橫斷面布置見圖3。

圖3 泄壓孔橫斷面布置示意圖

4.2 軌道板加固 軌道板與填充層出現(xiàn)離縫時，采取植筋錨固注漿方式整治，確保軌道板整體穩(wěn)定，具體如下：

1）植筋錨固。對離縫區(qū)外5 m范圍內的軌道板進行錨固，錨固區(qū)每隔一根軌枕鉆設4根HRB400φ 25鋼筋，植筋鉆孔為φ32、深度760 mm；植筋長度700 mm，其中錨入仰拱填充層500 mm，軌道板內200 mm；完成后采用植筋膠對植入銷釘?shù)你@孔進行回填。每根植筋孔位置應根據(jù)軌道板配筋設計圖及現(xiàn)場鋼筋探測儀探測情況確認，原則上植筋距軌道板邊緣、裂縫位置凈間距不應小于250 mm。

2）灌漿加固。在注漿灌縫前，清理離縫內雜物并用高壓風吹干縫內水份，同時清除表面已破損的混凝土；完成后采用環(huán)氧堵漏灌漿材料對離縫灌漿修補加固。

4.3 軌道板裂紋修補 修補方法可分為表面封閉法、無壓注漿法、低壓注漿法三類；貴廣客專軌道板經植筋錨固注漿加固后，表面裂紋主要采用的是表面封閉法，涂層材料采用高聚合物乳液含量的聚合物水泥基材料，該方法具有工藝簡單、施工效率高等特點。

4.4 軌道精調精整 軌道測量小車采集線路兩側布設的CPⅢ精密控制網數(shù)據(jù)，測量出軌道高程、平面坐標與設計線位之間的絕對偏差量。通過對測量資料進行整理、分析，制定軌道精調精整方案，安排軌道精調。調整原則：先整體、后局部，先軌向、后軌距，調整后軌道靜態(tài)幾何尺寸滿足相關精度要求。

5 結束語

隧道內無砟軌道上拱病害預防及整治是一項長期的工作，受地質因素和運行條件影響，整治效果具有一定的局限性和時限性。隨著高鐵運營時間的不斷增加，各類病害還會不斷發(fā)展，必須加強動靜態(tài)檢查、分析，摸索規(guī)律，及時發(fā)現(xiàn)并整治；同時要保持排水系統(tǒng)暢通，定期對排水系統(tǒng)進行檢查、維護，減緩隧道襯砌背后水壓力強度，防止排水不暢造成隧道滲漏水和軌道上拱病害的發(fā)生。