鐵路隧道道床病害問題整治技術(shù)研究

劉成杰

（蘭新鐵路甘青有限公司，甘肅 蘭州730000）

1 概述

近年來，我國鐵路建設(shè)蓬勃發(fā)展，鐵路項目建成開通運營后，因水文變化、施工不到位、材料質(zhì)量等各種因素，隧道道床病害一直是難以避免的問題，給鐵路運營帶來很大的安全隱患。技術(shù)人員和建設(shè)管理者需要增強對造成病害問題原因的研判，及時采取切實有效的針對性整治措施，以期達到長久的整治效果，確保鐵路運營安全。

2 工程概況

毛羽山隧道位于青藏高原東北緣復(fù)雜特殊的地質(zhì)構(gòu)造環(huán)境帶，地震活動頻繁，地應(yīng)力極高，圍巖主要為三疊系炭質(zhì)板巖，極其破碎，成洞困難，是典型的軟巖大變形隧道，全隧于2016年順利貫通。線路運營一年后在工務(wù)巡檢過程中發(fā)現(xiàn)該隧道共4段道床板空吊離峰，過車時翻漿冒泥，道床板離縫段未發(fā)現(xiàn)上拱現(xiàn)象，病害段落長度共計50m。

胡麻嶺隧道全長13.61km，隧道穿越水庫和河流，其中3.25km穿越第三系飽和富水粉細砂地層，施工過程中，圍巖受施工擾動的影響，液化十分嚴重，突水涌砂等安全隱患突顯，全遂于2017年6月正式貫通。線路運營半年后在巡檢中發(fā)現(xiàn)一處兩組軌枕間道床冒水冒泥。

3 毛羽山隧道道床板離縫及滲漏水整治措施

3.1 鉆孔泄水

根據(jù)現(xiàn)場情況，采用距道床板兩側(cè)各10cm處鉆孔安裝中φ30鋼管進行排水泄壓，鉆孔深至仰拱初支下方5～10cm，鋼管長度1.9～1.95m，每組鋼管縱向間距2m。如圖1所示。

圖1 隧道道床排水泄壓示意圖

3.2 注漿加固及排水

根據(jù)現(xiàn)場情況，為防止注漿過程中道床板隆起，采用交叉注漿，注漿孔對側(cè)孔作為排水及泄壓孔：其中①、③、⑤、⑦、⑨、②′、④′、⑥′、⑧′、⑩′號為注漿孔，注漿壓力不應(yīng)大于0.5MP；②、④、⑥、⑧、⑩、①′、③′、⑤′、⑦′、⑨′號為泄壓排水孔，并將水引至墊層兩側(cè)排水槽內(nèi)。如圖2所示。

圖2 注漿及泄壓排水孔示意圖

3.3 道床板離縫植筋錨固及要求

1）首先對道床板與隧道仰拱離縫區(qū)段相鄰但未離縫區(qū)段采用植筋錨固處理，進行層間加固，防止離縫現(xiàn)象進一步發(fā)展。

2）植筋按每排4根，每兩根軌枕間植一排，共計6排（如圖3所示），植筋采用HRB400級Φ20鋼筋，鉆孔直徑25mm。鋼筋長380mm（其中植入支承層部分200mm，道床板部分180mm），鉆孔內(nèi)植筋長度范圍采用植筋膠填充，道床板上部約80mm范圍采用無收縮砂漿回填。如圖4所示。

圖3 植筋平面圖

圖4 植筋膠性能參數(shù)

3）采用高壓水槍對道床板離縫區(qū)域底板淤泥、石屑等雜物進行沖洗，確保板底清潔、無雜物。

4）采用風(fēng)機將底板水分吹干，確保板底干燥。

5）采用低粘度灌漿樹脂對道床板與支承層離縫進行粘接，并對道床板與支承層離縫區(qū)段采用上文所述植筋方案進行錨固。

4 胡麻嶺隧道道床病害整治

4.1 現(xiàn)場情況

在巡查時發(fā)現(xiàn)胡麻嶺隧道兩組軌枕間道床冒水冒泥，約有5m段落的道砟被冒出的泥漿污染。經(jīng)現(xiàn)場排查，發(fā)現(xiàn)該段落道砟表層20cm內(nèi)沉積泥沙，道砟下方為積水。現(xiàn)場觀察該段上下游中心檢查井均有流水聲，判斷中心水溝排水通暢，可以排除因中心水溝淤堵造成滲水。在K89+621左側(cè)襯砌環(huán)向施工縫左右兩側(cè)約30cm各施作一個低位泄水孔，孔徑Φ65mm，孔底穿透襯砌背后防水層，泄水孔施工完畢后均有水流出，冒水部位水量有所減??；同時在K89+619、K89+621隧道中線仰拱填充面位置各施作一Φ65垂直引水孔，將水引至中心水管。進一步對處理方案進行研討，在襯砌左側(cè)邊墻施作低位泄水孔3個，孔徑Φ65mm，孔底穿透襯砌背后防水層；同時更換K89+620左線受污染的道砟，更換時發(fā)現(xiàn)軌枕間有兩處出水點：一處尺寸為40cm×3cm（長×寬），整體呈弧形，帶沙明顯；一處尺寸為5cm×3cm，無明顯帶沙跡象；結(jié)合出水點分布情況，在出水點至垂直引水孔間埋設(shè)PVC管（Φ50、Φ80各兩根），分兩層布設(shè)，引水管固定好后回填道砟并搗固。

4.2 原設(shè)計情況

1）地質(zhì)情況。冒泥段埋深約為90m，隧道開挖施工時普遍滲水，擾動后呈散沙狀，穩(wěn)定性極差，為Ⅵ級圍巖。

2）支護參數(shù)。該段采用九部雙側(cè)壁工法開挖，初支全環(huán)噴射C30早高強混凝土，厚度33cm，全環(huán)設(shè)工25a鋼架，0.5m/榀；仰拱填充采用C20混凝土；襯砌采用C40鋼筋混凝土，拱墻、仰拱厚60cm；初期支護背后回填采用Φ42小導(dǎo)管注漿。

3）主要降水措施。（1）洞內(nèi)降水：在洞內(nèi)輕型井點降水的基礎(chǔ)上，設(shè)置了重力式真空深井降水，井深15m，單側(cè)間距6m，雙側(cè)縱向布置；（2）地表降水：井徑300mm,單側(cè)間距20m，兩側(cè)交錯布置。施工時根據(jù)現(xiàn)場相鄰段開挖揭示的情況進行了適當調(diào)整，距冒泥處較近的有兩座地表深井，井深115～120m。

4）基底處理措施?；撞捎?0cm級配碎石換填。

4.3 整治措施

結(jié)合現(xiàn)場情況，病害點前后10m范圍進行處理。

4.3.1 疏通引排

1）疏通該段所處的兩檢查井間的側(cè)溝及中心水溝；

2）進一步查找冒水冒泥點，發(fā)現(xiàn)后及時記錄，做好標記；對冒水冒泥點填塞無紡布，防止泥沙流失，同時通過垂直引水孔將水就近引入中心水管，必要時可采取抽排等方式；并下鑿出水點處混凝土進一步探明其發(fā)展形態(tài)。

4.3.2 邊墻泄水

1）左右兩側(cè)邊墻設(shè)泄水孔，單側(cè)縱向間距2m，兩側(cè)交錯布置。在水溝電纜槽蓋板頂面以上20cm（凈距）高度開孔（孔徑Φ120mm），泄水孔坡度不小于2%，孔底穿透襯砌背后防水層，孔內(nèi)安裝Φ100mmPVC管，PVC管一端伸入至孔底，另一端外露襯砌表面10cm。PVC管與孔壁之間的孔隙采用801膠拌制的聚合物砂漿填充密實。如圖5所示。

圖5 泄水孔示意圖（單位：mm）

2）在電纜槽蓋板及電纜槽與水溝之間的側(cè)壁上開孔，穿入Φ110mmPVC管，PVC管一端將Φ100mm-PVC引水管套入并固定，套入長度不小于5cm，另一端伸入排水側(cè)溝，開孔大小根據(jù)實際情況確定，需滿足Φ110mmPVC管安裝及更換作業(yè)空間要求。

4.3.3 注漿加固

1）施作探孔，檢查隧道底部圍巖及地下水分布情況，探孔兼作注漿孔，探孔施作完畢后及時注漿封閉。

2）每個斷面設(shè)6個注漿孔（含探孔），斷面縱向間距2m，其中仰拱設(shè)垂直注漿孔，每個斷面設(shè)4孔（含探孔），孔徑Φ50mm，孔底為內(nèi)軌頂面以下6m位置，具體位置為：中心水溝附近左、右側(cè)各一孔，與中心水溝外壁凈距20cm，左、右線軌枕靠邊墻側(cè)端頭與水溝電纜槽側(cè)壁之間各一孔，與軌枕端頭凈距10cm；邊墻設(shè)注漿孔，每個斷面2孔，孔深5m，孔徑Φ50mm，開孔位置為兩側(cè)水溝蓋板頂面上10cm與水平面夾角53°。

邊墻注漿孔、仰拱注漿孔（含探孔）孔內(nèi)通長設(shè)Φ42鋼花管，鋼花管孔口至隧道初期支護結(jié)構(gòu)外側(cè)1m范圍內(nèi)不設(shè)溢漿孔，漿液采用快硬硫鋁酸鹽水泥單液漿，水泥強度等級 42.5，水灰比 0.8∶1～1∶1，注漿壓力0.3MPa。滲水冒泥部位設(shè)排水孔，位置根據(jù)現(xiàn)場情況確定，參數(shù)同仰拱垂直注漿孔，鋼管通長包裹無紡布。注漿順序為先仰拱后邊墻，仰拱注漿時以注滲水冒泥部位的泄水孔為中心，由外向內(nèi)，最后注滲水冒泥部位的泄水孔。

3）先施作探孔，施作后及時注漿，其他注漿孔待查明冒水冒泥部位及地下水分布形態(tài)后根據(jù)情況進行調(diào)整。如圖6,圖7所示。

圖6 注漿孔、泄水孔布置圖（單位：cm）

圖7 仰拱注漿孔及探孔平面布置圖（單位：m）

4.3.4 監(jiān)控量測

施工過程中對20m有影響段進行監(jiān)控量測，監(jiān)測斷面縱向間距4.8m，每個監(jiān)測斷面設(shè)8個監(jiān)測點，監(jiān)控量測點位置如下：左線軌枕兩端頭各一個，左側(cè)靠線路側(cè)水溝側(cè)壁頂部一個，左側(cè)邊墻水溝蓋板頂面以上5cm處一個，右線監(jiān)控量測點位置與左線相同，共8個，監(jiān)測頻率1次/d。監(jiān)測內(nèi)容為高程及平面位置變化。注漿施工過程中需持續(xù)監(jiān)測。

5 整治施工注意事項

1)打排水泄水孔時如果出現(xiàn)噴射水柱情況，暫用水溝蓋板遮蓋，卸壓后引排，避免接觸網(wǎng)斷電事故。

2)施工過程中應(yīng)注意成品保護，防止鉆孔等操作對鋼軌等軌道部件及軌旁設(shè)備造成二次傷損。

3)對道床板與仰拱回填層離縫段道床板下雜質(zhì)采用高壓水槍進行清理，并采用風(fēng)機將清理后的道床板底部吹干，確保注漿粘接效果。

4)施工過程經(jīng)建立測量控制體系，尤其對鋼軌、道床板進行加強觀測，每次天窗施工完成后及時復(fù)測線路幾何尺寸，避免施工作業(yè)對線路平順性造成較大影響。

5)嚴格控制注漿壓力，防止壓力過大導(dǎo)致仰拱隆起。

6)施工過程中加強監(jiān)控量測工作,如有異常，立即采取相應(yīng)措施處理。

7)正式施工前，應(yīng)制定嚴格的施工組織計劃，將施工任務(wù)詳細分解成若干步驟，并與工務(wù)部門進行充分對接，確保天窗點結(jié)束前能將線路恢復(fù)，盡量避免對線路正常運營的干擾。

8)天窗點結(jié)束前，應(yīng)回填施工過程中所扒開的道砟，并搗固密實，且應(yīng)對線路中線位置、軌道幾何形位進行測量，在滿足規(guī)范要求后方可允許列車通過，必要時應(yīng)采取限速措施。

6 結(jié)語

泄壓排水和注漿加固是隧道道床病害問題整治過程中比較常用兩種基本方式，但我們在具體病害整治中，一定要結(jié)合隧道地質(zhì)等原設(shè)計情況深入分析造成病害的原因，針對性制定整治措施。本文中出現(xiàn)病害問題的兩座隧道，一座為典型的高低應(yīng)力隧道，另一座為典型的軟弱圍巖隧道，通過采取以上整治措施，病害問題得到了有效治理，并經(jīng)過一年多的觀察，整治段落運營情況良好。希望上述整治措施，能為類似鐵路隧道病害問題整治提供可借鑒之處。