鐵路無砟軌道隧道區(qū)段軌下基礎(chǔ)沉降修復(fù)施工技術(shù)*

馮 浩，劉永剛

（中國鐵路蘭州局集團有限公司 蘭州高鐵基礎(chǔ)設(shè)施段，甘肅 蘭州 730050）

1 概述

高速鐵路是鐵路建設(shè)的主要發(fā)展方向，我國在近年來的高速鐵路建設(shè)中也得到了快速發(fā)展，如今我國高速鐵路運營里程已居世界第一位。在我國新建的高速鐵路中，主要采用無砟軌道的結(jié)構(gòu)形式。無砟軌道路基不均勻沉降會導(dǎo)致路基上無砟軌道線路發(fā)生偏移，嚴重影響列車行駛的安全性、舒適性和平順性，同時對整體道床板的耐久性造成顯著影響［1-4］。軌下基礎(chǔ)穩(wěn)定性對高速行車的影響非常顯著，軌下基礎(chǔ)的沉降問題已成為高速鐵路設(shè)計部門考慮的主要控制因素。

目前，對于無砟軌道軌下基礎(chǔ)沉降偏移的修復(fù)方法主要有以下兩種：一種是通過調(diào)整扣件系統(tǒng)來調(diào)整軌道高低和水平，但是這種調(diào)整修復(fù)方式的程度有限，當偏移量大于其調(diào)整范圍時扣件系統(tǒng)的作用將受到限制;另一種是基底注漿抬升糾偏，但是存在抬升糾偏量難控制、工程量較大等不足［5-7］。國內(nèi)學(xué)者對無砟軌道軌下基礎(chǔ)沉降整治進行了大量的研究，宋國亮［8］對CRTS-Ⅱ型板式無砟軌道端刺區(qū)沉降偏移病害進行整治修復(fù)方案對比，建議采用一種特制的結(jié)構(gòu)形式代替原整治方案。張家海［9］依托上海高鐵維修段CRTS-Ⅰ型板式無砟軌道維修試驗段，開展了抬升修復(fù)技術(shù)的研究，對比分析了“板下袋裝灌注快硬砂漿法”和“板下樹脂填充法”兩種修復(fù)整治方法。鄭新國、劉競等［10］通過大量室內(nèi)縮尺模型試驗等進行了系統(tǒng)研究，形成了無砟軌道結(jié)構(gòu)整體注漿抬升成套技術(shù)。

對于路基的沉降整治大多采用注漿法，而隧道區(qū)段的沉降問題卻沒有較好的整治方式，在實地調(diào)研過程中發(fā)現(xiàn)，在鐵路的個別隧道區(qū)段內(nèi)，由于防水或排水不利而導(dǎo)致水滲透到隧道仰拱層內(nèi)，在列車荷載的重復(fù)作用下，引起道床板的開裂、沉降和偏移。本論述針對某隧道基礎(chǔ)沉降段的軌道整治工程，分析探討了通過切割仰拱填充層進行道床板抬升和糾偏的施工整治方案。

2 工程概況

我國西部某高鐵自2017年7月9日線路開通運營后，某隧道出口段基礎(chǔ)產(chǎn)生不均勻沉降，導(dǎo)致軌道出現(xiàn)異常變形，變形段里程范圍：K1343+410～K1343+540（其中K1343+410～K1343+493.5段為隧道出口明洞）。

截止2020年8月21日，該段最大沉降量69.1 mm（上行）/63.2 mm（下行），峰值位置里程為K1343+493；平面最大軌向偏移量40.43 mm（上行）/31.7 mm（下行），峰值位置里程為K1343+493。結(jié)合沉降情況，采用的施工工藝進行沉降修復(fù)。

3 隧道切割仰拱填充層進行抬升糾偏施工工序

切割仰拱填充層抬升糾偏整治方案，是采取繩鋸切割將雙塊式無砟軌道與下部結(jié)構(gòu)分離，利用千斤頂?shù)确绞綄Φ来舶甯叱毯推矫嫖恢眠M行調(diào)整的病害整治方式。

3.1 施工實施前準備工作

實施前需采用全站儀對線路線形進行測量，采集軌道基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，并對扣件調(diào)整量進行詳細調(diào)查，確定抬升高度和糾偏量，根據(jù)現(xiàn)場工況環(huán)境和道床板幾何狀態(tài)調(diào)整數(shù)據(jù)最終確認整治范圍。

現(xiàn)場既有設(shè)備保護：將作業(yè)區(qū)段兩側(cè)隧道電纜槽側(cè)壁采用6 mm鋼板進行保護，防止施工時造成電纜槽內(nèi)設(shè)備損壞；鋼板采用5 cm深錨固螺栓固定在電纜槽側(cè)壁上，鋼板應(yīng)固定牢固、可靠，鉆孔時使用5 cm長鉆頭，防止鉆透電纜槽影響光電纜。

對整治區(qū)段外兩端沿線路縱向自軌道板向仰拱填充層內(nèi)各植10排連接鋼筋，用于加強仰拱填充層與軌道板的結(jié)合，保證整體性。錨固鋼筋間距約1.3 m，每間隔1個軌枕設(shè)置2根鋼筋，鉆孔直徑25 mm，鉆孔深度0.7 m，孔洞鉆好后，用風(fēng)槍將粉塵吹干凈，向孔內(nèi)注入植筋膠，植筋采用HRB500Ф20螺紋鋼筋，長度為0.6 m。鋼筋必須插到孔底，最后用高強灌漿料封口抹平。

3.2 繩鋸工作槽準備

鑿除道床板兩側(cè)仰拱填充層混凝土形成繩鋸工作槽，以便安裝切割縫鉆孔設(shè)備、繩鋸導(dǎo)輪、千斤頂、內(nèi)精調(diào)裝置和限位裝置；鑿除范圍30 cm深、80 cm寬，詳見圖1所示。

圖1 隧道段繩鋸工作槽鑿除示意圖（單位：mm）

混凝土鑿除先采用切割機沿道床板切割，然后采用風(fēng)鎬或電鎬將仰拱填充層混凝土鑿除，并裝袋運至洞外。

3.3 繩鋸工作孔鉆孔

根據(jù)繩鋸每個天窗切割工作效率，每隔4.2～6.5 m進行一個繩鋸工作孔鉆孔，用作繩鋸作業(yè)導(dǎo)向孔。繩鋸切割孔垂直于鋼軌，鉆孔頂部位于道床板與仰拱填充界面處，鉆孔直徑108 mm，橫向鉆通。鉆孔完成后，應(yīng)及時清理、收集鉆出的粉塵，防止污染現(xiàn)場環(huán)境，并應(yīng)采用玻璃膠或木塞對注漿孔進行臨時封閉，防止雨水及雜質(zhì)進入。

3.4 道床板限位與支撐

作業(yè)期間，整治區(qū)段內(nèi)，沿線路縱向每隔約3.25 m在道床板兩側(cè)各設(shè)置一處限位裝置，限位裝置采用外徑102 mm，壁厚4 mm鋼管加工，如圖2所示。每隔約6.5 m用16工字鋼進行加固。限位裝置可根據(jù)現(xiàn)場實際情況進行適當調(diào)整，但限位應(yīng)固定牢固、可靠，確保整個病害整治施工期間道床結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。

圖2 道床板限位示意圖（單位：mm）

3.5 道床板豎向切割

繩鋸在整治區(qū)間端頭兩個施工孔內(nèi)進行豎向切割，將整治區(qū)間內(nèi)道床板按整治范圍分離成獨立單元，割縫厚度30 mm。切割位置的道床板上方鋼軌，采用木制“U”型防護裝置進行防護。整治施工完成后，在切縫位置兩側(cè)安裝接地端子并進行連接，斷縫內(nèi)采用泡沫板，外側(cè)用有機硅酮進行封堵。

3.6 水平切割

繩鋸作業(yè)孔內(nèi)穿繩，采用繩鋸在切割孔內(nèi)沿軌道縱向水平切割，分離道床板與仰拱填充層形成約10 mm高離縫，如圖3所示。

圖3 隧道段水平切割示意圖（單位：mm）

水平切割后，道床板與底座板之間的縫隙采用灌注高強度砂漿支撐，以保證行車需求。天窗結(jié)束前道床板支撐：切割縫隙內(nèi)灌注高強度砂漿進行支撐，灌注前切割縫隙四周采用木模進行封閉，灌漿飽滿后拆除模板，灌注砂漿厚度可根據(jù)實際切割厚度調(diào)整；或者沒有條件滿足要求時，在每個軌枕下方采用楔形支撐塊支撐，支撐塊尺寸：300 mm×140 mm，高度可調(diào)，支撐塊間距1.3 m，支撐塊頂部設(shè)置同尺寸橡膠墊片。

3.7 頂升工作槽開挖

沿線路縱向間隔3.25 m設(shè)置一對頂升設(shè)備工作坑。開挖道床板兩側(cè)底部仰拱填充層，開挖尺寸0.2 m×0.2 m×0.2 m滿足千斤頂放置需要即可，并整平工作槽底部。

3.8 道床板抬升與糾偏

工作槽開挖整平結(jié)束后，采用50 T千斤頂進行道床板抬升與糾偏。首先對道床幾何狀態(tài)進行復(fù)測，確定最終的道床板抬升和糾偏量，做好支撐與限位。千斤頂沿線路縱向每隔3.25 m在道床板兩側(cè)各布置一處，千斤頂噸位不小于50T，配合安伯格軌道小車，利用千斤頂調(diào)整道床板至目標高程與目標平面，完成抬升及糾偏后，利用限位墩鎖死道床板，采取千斤頂對道床板進行豎向支撐每個千斤頂附近設(shè)置一個輔助支撐。頂升前要對抬升地段的鋼軌進行松懈扣件，卸壓。

抬升過程中應(yīng)對軌道高程及平面實時監(jiān)控，抬升后采用強度等級不低于C30的混凝土墊塊支撐，混凝土塊尺寸為300 mm×140 mm，厚度根據(jù)抬升量確定；并沿線路縱向兩個支撐千斤頂之間同時設(shè)置一處砂漿袋進行輔助支撐。抬升過程中應(yīng)對軌道高程及平面實時監(jiān)控。單次的最大糾偏量不超過5 mm，并且與兩側(cè)順接，達到當天目標糾偏量時，鎖定千斤頂，當天糾偏施工完成后，千斤頂應(yīng)保持持載狀態(tài)。當糾偏量達到目標糾偏量后，對于未達到目標抬升量的區(qū)段繼續(xù)進行抬升作業(yè)，抬升后進行完全填充，當抬升量達到目標抬升值并完成填充后，再逐個卸載千斤頂。

3.9 道床板灌漿

對切割形成的道床板離縫進行清洗，清洗完成后對于抬升高度大于20 mm的采用灌漿料恢復(fù)。

灌漿工藝：支立模板，模板距離道床板板邊約50 mm，并在道床板上設(shè)置檢查孔，孔徑50 mm，位于道床板的中線上，每間隔5 m設(shè)置一個。灌漿應(yīng)確保板底密實，灌漿面高出道床板底部不小于10 mm，道床板兩側(cè)及檢查孔內(nèi)應(yīng)同時觀測。

3.10 道床板植筋錨固

整治區(qū)段采用直徑為20 mm的鋼筋將道床板與仰拱填充層間錨固。錨固鋼筋間距約1.3 m，每間隔1個軌枕設(shè)置2根鋼筋，鉆孔直徑25 mm，鉆孔深度0.7 m，孔洞鉆好后，用風(fēng)槍將粉塵吹干凈，向孔內(nèi)注入粘接劑（植筋膠），植筋采用HRB500Ф20螺紋鋼筋，長度為0.6 m。鋼筋必須插到孔底，最后用高強灌漿料封口抹平。植筋布置如圖4所示。

圖4 整治后植筋布置圖（單位：mm）

3.11 仰拱填充層混凝土修復(fù)

將需要修復(fù)的部分用高壓風(fēng)槍清理干凈，防止混凝土修復(fù)時粘結(jié)不牢固。采用不低于C30的混凝土將隧道內(nèi)仰拱填充層恢復(fù)至原設(shè)計情況。

3.12 線路精調(diào)及列車運行條件

在抬升糾偏整治施工完成后，務(wù)必通過用專業(yè)測量設(shè)備對軌道幾何尺寸的測量復(fù)核，依據(jù)測量結(jié)果得出精調(diào)方案，然后通過對軌道扣件的平面以及高程進行精調(diào)使軌道結(jié)構(gòu)高程與線路線形達到目標狀態(tài)。整治施工作業(yè)結(jié)束后，按80 Km/h、120 Km/h、160 Km/h、200 Km/h，逐級提速至常速。提速期間，選擇一個斷面進行軌道結(jié)構(gòu)動態(tài)測試，軌道結(jié)構(gòu)狀態(tài)參數(shù)滿足要求后，方可逐級提速，直至恢復(fù)常速。

4 結(jié)束語

以我國西部地區(qū)某高鐵隧道區(qū)段軌下基礎(chǔ)沉降的整治施工為例，詳細介紹了通過切割隧道仰拱填充層來進行軌道的抬升與糾偏施工過程。該施工方案具有修復(fù)效果顯著的特點，是目前對于隧道區(qū)段內(nèi)無砟軌道糾偏抬升整治的一種快速高效的方法，在已開通運營的高速鐵路沉降修復(fù)領(lǐng)域應(yīng)用前景廣闊。