地鐵隧道整體道床病害機(jī)理與防治方案分析

竇鵬

摘要：隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展和我國(guó)人口的不斷增長(zhǎng)以及人口大量向城市轉(zhuǎn)移，鐵路建設(shè)及城軌交通建設(shè)正當(dāng)蓬勃發(fā)展，使今后一段時(shí)間，成為無(wú)碴軌道技術(shù)在我國(guó)客運(yùn)專線及城軌交通工程中大面積推廣的最佳時(shí)期。由于我國(guó)無(wú)碴軌道鋪設(shè)的數(shù)量少，時(shí)間短，設(shè)計(jì)、施工與運(yùn)營(yíng)經(jīng)驗(yàn)欠缺。

關(guān)鍵詞：地鐵隧道;整體道床;病害;

我國(guó)地鐵隧道的整體道床作為地鐵土建結(jié)構(gòu)的重要組成部分，在列車長(zhǎng)期振動(dòng)、水文地質(zhì)條件、施工質(zhì)量和周邊工程活動(dòng)等多種因素影響下，部分區(qū)段的道床與隧道的下部結(jié)構(gòu)會(huì)逐步出現(xiàn)剝離、脫空;圍巖中的水通過(guò)結(jié)構(gòu)裂縫從道床中滲出，而侵蝕道床的滲漏水促使道床與其下部結(jié)構(gòu)間的混凝土經(jīng)振動(dòng)研磨而生成泥漿，并沉淀出細(xì)砂;在列車運(yùn)行通過(guò)時(shí)，泥漿、細(xì)砂從道床、水溝面的各種縫隙中泛出，形成翻漿冒泥現(xiàn)象，最終造成整體道床脫空。這些道床病害不僅縮短了隧道結(jié)構(gòu)的使用壽命，增加了養(yǎng)護(hù)成本，也給地鐵的正常運(yùn)營(yíng)帶來(lái)不利影響，病害嚴(yán)重的道床路段甚至?xí)＜暗罔F的行車安全。

一、整體道床?，F(xiàn)的病害類型

從整體道床的結(jié)構(gòu)看，其基礎(chǔ)梁上承受的是列車的反復(fù)作用，與有碴軌道相比結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單且穩(wěn)定性好，就容易保持形狀，但是其剛度大彈性小，因此其結(jié)構(gòu)上的鋼軌扣件和彈性墊層的性能要求較高。當(dāng)?shù)来驳孛娉霈F(xiàn)不均勻的情況，在列車的作用下就會(huì)導(dǎo)致其出現(xiàn)不同程度的病害。綜合看，整體道床的病害有三種集中體現(xiàn)：一是混凝土結(jié)構(gòu)出現(xiàn)的破損，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)下沉，軌道在列車垂直載荷的作用下發(fā)生了不同程度上的形變。軌道下沉形變是軌道吸收列車載荷的主要方式，軌道下沉應(yīng)在一個(gè)合理的范圍內(nèi)，如果軌道變形小在軌道承載列車的載荷大，將加快軌道部件的損傷，如果下沉變形大則容易導(dǎo)致軌道塑性變形，增加危險(xiǎn)性與維護(hù)工作量，因此整體道床出現(xiàn)下沉變形量過(guò)大就成為了一種病害;二是道床基底滲水或地下水壓大導(dǎo)致基底面抬升而造成混凝土出現(xiàn)上拱變形進(jìn)而破損或影響軌道幾何尺寸;三是道床混凝土與主體結(jié)果混凝土分離、道床排水溝開(kāi)裂等病害使混凝土結(jié)構(gòu)受地下水腐蝕而產(chǎn)生破壞。

二、整體道床病害機(jī)理分析

1.水文地質(zhì)原因。地下水是造成隧道各種病害發(fā)生的主要誘導(dǎo)因素之一，也是造成道床翻漿冒泥和使整體道床破損的重要原因。地下水對(duì)道床起破壞作用的徑路主要為拱頂淋水與邊墻滲水。這兩種水通過(guò)隧道區(qū)間水溝排出洞外。地下水對(duì)道床破壞作用的主要形式為水流攜帶，即區(qū)間排水流入水溝破損部位，滲入溝底和道床底部，再?gòu)钠露认陆捣较虻牧硪黄茡p水溝處流出。有關(guān)研究表明：水在0.007mm寬的裂縫中，仍會(huì)產(chǎn)生0.10～0.04m/s的流速。水在道床和底板之間的細(xì)縫中流動(dòng)，把混凝土中的部分Ca（OH）2帶走，這樣就破壞了水泥水化產(chǎn)物穩(wěn)定存在的平衡條件，導(dǎo)致道床混凝土性能下降。運(yùn)營(yíng)時(shí)間越長(zhǎng)，沖蝕時(shí)間越久，裂縫越寬，對(duì)道床的破壞也就越大。

2.工程施工原因。由于地鐵整體道床一般都采用素混凝土或鋼筋混凝土。其施工方法是將結(jié)構(gòu)底板鑿毛后將混凝土與隧道洞體結(jié)構(gòu)澆注在一起。故存在多個(gè)層面的結(jié)合，使整體性較差。這些層面也成了結(jié)構(gòu)中的薄弱環(huán)節(jié)。一般要求對(duì)底板鑿毛面積在80%以上，對(duì)邊墻與道床接觸面鑿毛面積在70%以上。若施工中對(duì)接觸基面處理不到位，道床和結(jié)構(gòu)底板間很容易形成縫隙，在其他因素作用下可能導(dǎo)致道床和結(jié)構(gòu)底板的剝離甚至大面積的脫空。從而整體道床出現(xiàn)上下浮動(dòng)致使道床橫向斷裂，兩側(cè)水溝與道床剝離而形成空隙、翻漿冒泥等病害。此外，道床澆筑施工時(shí)，基底積水、灌注工藝差、混凝土實(shí)際標(biāo)號(hào)不足等也會(huì)使混凝土強(qiáng)度降低，使基底出現(xiàn)翻漿冒泥。

3.養(yǎng)護(hù)維修原因。整體道床是一種少維修結(jié)構(gòu)，維護(hù)管理部門(mén)常以免維修結(jié)構(gòu)對(duì)待而存在養(yǎng)護(hù)不及時(shí)現(xiàn)象。由于對(duì)排水設(shè)施未做到及時(shí)清理，泄水孔眼未及時(shí)疏通，使道床中心或兩邊的水溝堵塞、雜質(zhì)淤積，造成排水系統(tǒng)不能正常發(fā)揮作用。一旦在整體道床發(fā)生輕微病害階段不能及時(shí)被發(fā)現(xiàn)與整治，就會(huì)使病害逐步擴(kuò)大。

4.列車振動(dòng)影響。由于長(zhǎng)期受列車行駛動(dòng)荷載作用，使道床上下振動(dòng)而形成抽吸現(xiàn)象，造成通過(guò)水溝破損與道床裂縫處進(jìn)入道床底部的水流在道床與底板間的空隙中反復(fù)潛蝕，帶走混凝土中的骨料，使空隙逐漸變大并惡化，從而形成更大的空隙，產(chǎn)生裂縫。

三、整體道床的病害防治措施

1.采用高彈性的扣件。扣件是鐵軌結(jié)構(gòu)上的重要組成部件，在整體道床中，扣件的作用是提供必要的彈性并對(duì)此性能進(jìn)行調(diào)整。采用高彈性扣件，就可以提高其變形量，改善整體道床對(duì)列車振動(dòng)的適應(yīng)能力，消除沉降變形量的影響范圍。在線路設(shè)計(jì)中應(yīng)考慮采用以防止病害的出現(xiàn)和擴(kuò)大。

2.合理設(shè)置排水設(shè)施。在治理病害的時(shí)候應(yīng)重點(diǎn)控制地下水，降低其水位排干基底的積水對(duì)于治理病害十分重要。增加排水設(shè)施如中心水溝式及兩側(cè)水溝式是比較好的措施之一，排水溝設(shè)置必須有一定的縱向坡度及結(jié)構(gòu)強(qiáng)度、厚度達(dá)標(biāo)，防止開(kāi)裂能有效的排除地下水，還應(yīng)要求隧道有防治水害的綜合措施，保證隧道竣工后拱部不漏水，邊墻不滲水，整體道床不冒水，不積水。

3.整體道床翻修。這個(gè)治理方式就是將整個(gè)道床進(jìn)行拆除，清理基底，應(yīng)用高壓水和高壓風(fēng)將基底沖洗干凈后重新對(duì)該段道床進(jìn)行澆筑施工，如拆除后發(fā)現(xiàn)基礎(chǔ)的地質(zhì)結(jié)構(gòu)不良，還應(yīng)對(duì)基礎(chǔ)進(jìn)行處理加固，增設(shè)仰拱等保證其穩(wěn)定。整體返修對(duì)整條線路的影響較大，主要是用于道床破損嚴(yán)重或者厚度不足、基地翻漿冒泥嚴(yán)重的地段，不適合既有運(yùn)營(yíng)線路。

4.錨桿錨固及注漿填充。

當(dāng)隧道內(nèi)基底水壓大，仰拱與道床結(jié)構(gòu)間出現(xiàn)空鼓，翻漿冒泥嚴(yán)重或整體道床結(jié)構(gòu)出現(xiàn)上拱病害時(shí)應(yīng)采取對(duì)道床和底板錨桿錨固加注漿填充的處理方案，完成后根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況，確定是否需要增加泄水孔。施工時(shí)首先對(duì)底板和道床進(jìn)行錨桿錨固，使道床處于固定狀態(tài)以致于在填充注漿過(guò)程中不會(huì)發(fā)生隆起，然后進(jìn)行注漿填充。通過(guò)注漿達(dá)到填充道床和底板間空隙，粘結(jié)道床和底板，防止?jié)B水的目的。錨桿錨固即在發(fā)生病害路段中道床縱向兩側(cè)軌道間布設(shè)兩排錨桿，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)病害嚴(yán)重程度及地質(zhì)條件選擇錨桿類型、長(zhǎng)度、縱橫向間距及布置類型。主要施工工序如下：錨桿選擇---錨桿加工---鉆孔---清孔---錨桿安裝，并根據(jù)孔深、孔徑及錨桿直徑合理選用強(qiáng)度適合的錨固劑。注漿的技術(shù)就是利用液壓或者氣壓將泥漿壓入道床的內(nèi)部，從而對(duì)縫隙進(jìn)行填充，主要采用的是水泥漿或者化學(xué)漿，在壓力的作用下注入到空隙與裂縫中，漿液的作用就是填充、滲透、擠密等，排除縫隙中多余的水、空氣，甚至雜質(zhì)等，經(jīng)過(guò)一段時(shí)間的凝結(jié)后，漿液就會(huì)與原有的結(jié)構(gòu)膠結(jié)形成一個(gè)整體，形成一個(gè)新的結(jié)構(gòu)完整、強(qiáng)度大、具備防水性的符合基礎(chǔ)。這類方法主要是應(yīng)用整體道床的結(jié)構(gòu)基本完整，而底部存在較多的空隙，翻漿冒泥的情況嚴(yán)重的路段。通常采用的注漿材料粒徑小應(yīng)小于縫隙尺寸的1/3-1/10，并保持適當(dāng)?shù)牧鲃?dòng)性，使之具備灌注填充的性能，同時(shí)凝固時(shí)間短并且凝固后有一定的強(qiáng)度與防水性能，甚至凝結(jié)后其強(qiáng)度大于混凝土。灌注泥漿的工藝如下：定位--打孔---檢驗(yàn)--清理--下管---配泥漿---注漿---保持壓力---二次或者多次注漿---封口。施工中涉及的技術(shù)指標(biāo)有：材料配合比、漿液溫度、灌注壓力、穩(wěn)定壓力時(shí)間等。

總之，我們必須注意和加強(qiáng)質(zhì)量控制，盡量避免類似質(zhì)量的疾病，和跟蹤維護(hù)管理城市的軌道交通工程、賠償，除了傳統(tǒng)的方法，也應(yīng)引進(jìn)先進(jìn)技術(shù)，采用新材料、新工藝等進(jìn)行預(yù)防和控制，提高綜合素質(zhì)，減少維護(hù)工作量，確保列車安全。

參考文獻(xiàn)：

[1] 易良萍，地鐵隧道整體道床病害機(jī)理及防治措施.2017.

[2] 鐘康存.淺談地鐵隧道整體道床病害機(jī)理與防治方案分析.2017

（作者單位：天津軌道交通運(yùn)營(yíng)集團(tuán)有限公司）