地鐵運營期隧道整體道床脫空治理技術(shù)研究

沈祿源

（廈門軌道建設(shè)發(fā)展集團有限公司，福建廈門 361000）

0 引言

目前，我國城市規(guī)模逐漸擴大，地鐵在交通中的地位作用日益突出，并進入了集中、快速和規(guī)模發(fā)展時期，成為城鎮(zhèn)化建設(shè)的必要元素[1]。地鐵運營里程的增加，也帶來了后期運營與維護問題。如何保證地鐵運營安全，做好后期的設(shè)施維護工作，是目前亟待解決的問題。某城市地鐵2 號線于2019年正式開通，運營至2022年已近3年，檢查發(fā)現(xiàn)該線某地下二層島式站臺車站上行區(qū)間進站處出現(xiàn)道床脫空，區(qū)間為礦山法修筑馬蹄形斷面隧道，道床形式為一般整體道床[2]，如圖1 所示。

圖1 隧道直線段整體道床剖面圖（單位：mm）

本文以上述地鐵區(qū)間為例，分析其隧道整體道床脫空問題，并深入剖析其問題出現(xiàn)的原因，提出相應(yīng)的治理技術(shù)和措施。

1 工程概況

該礦山法區(qū)間上行人防門前后K35+944 處道床變形縫出現(xiàn)滲水，并泛出白色結(jié)晶物，變形縫位置的道床底部存在一處空洞，道床兩側(cè)水溝開裂，開裂處可用手插入觸探道床底部。用錘擊檢查K35+944—K35+948 處道床聲音異常，長度約4m，判定該處存在道床脫空，經(jīng)測量脫空量最大處約為9cm，道床底部脫空后在列車振動影響下，相鄰軌枕間產(chǎn)生細小裂紋，與脫空部位相鄰的其他道床板狀況良好[3]，如圖2所示。

圖2 道床脫空現(xiàn)狀照片

2 整體道床脫空原因分析

2.1 水文地質(zhì)原因

經(jīng)查閱相關(guān)勘察資料，殘積土及全、強風(fēng)化花崗巖該段分布廣泛，在有外界擾動時，其具有遇水軟化、崩解，強度急劇降低的特點，工程性能較差，對整體隧道滲水及道床穩(wěn)定有一定影響，如圖3 所示。

圖3 隧道地質(zhì)縱斷面圖（單位：m）

2.2 結(jié)構(gòu)設(shè)計原因

隧道道床整體結(jié)構(gòu)與排水結(jié)構(gòu)設(shè)計為二次結(jié)構(gòu)，與施工主體分開澆筑，使得主體結(jié)構(gòu)、整體道床、排水溝之間存在施工縫。在熱脹冷縮及車輛行駛荷載的作用下，道床與排水溝之間產(chǎn)生的分離，水溝內(nèi)水進入分離縫隙，經(jīng)過車輛反復(fù)碾壓，縫隙增大，形成道床脫空。

2.3 施工原因

一是道床伸滲水位置出現(xiàn)在區(qū)間隧道結(jié)構(gòu)變形縫處，可判斷為隧道仰供變形縫防水構(gòu)造在質(zhì)保期內(nèi)失效，導(dǎo)致外部水侵入隧道結(jié)構(gòu)內(nèi)[4]。地下水在壓力作用下進入道床和仰供之間縫隙竄流，經(jīng)列車行走荷載影響，反復(fù)沖刷道床底面，逐步形成道床脫落。

二是其他施工工藝控制不到位引發(fā)道床脫空，如：道床整體澆筑前，道床底板的積水、垃圾未沖洗干凈；混凝土灌注工藝差，實際標(biāo)號不足；局部道床厚度不夠；混凝土養(yǎng)護不良存在內(nèi)部空隙等導(dǎo)致造成底板與仰拱之間出現(xiàn)了剝離[5]。

三是外部施工原因，經(jīng)調(diào)查，在該案例中，道床脫空位置無相關(guān)地鐵保護區(qū)范圍內(nèi)的施工，且定期結(jié)構(gòu)監(jiān)測數(shù)據(jù)正常，故不考慮外部施工影響。

2.4 運營原因

在運營期形成道床脫空前，運營人員未及時發(fā)現(xiàn)已發(fā)生的輕微病害，或發(fā)現(xiàn)后未及時整治導(dǎo)致病害逐步擴大，也是引起道床脫空的因素，如：水溝積水未及時清理；水溝破裂未及時修復(fù)；道床下冒水冒泥未及時發(fā)現(xiàn)修復(fù)等。

3 脫空病害整治方案

為恢復(fù)道床的穩(wěn)固狀態(tài)，防止脫空病害繼續(xù)發(fā)展，此次利用每日凌晨列車停運檢修時間對該病害進行整治，采取了如下措施。

3.1 治水

3.1.1 修筑擋、排水系統(tǒng)

在脫空處兩端水溝內(nèi)臨時修筑4 處擋水檻，結(jié)合φ50mm 排水管，順著原排水溝坡度進行引流，并將圍蔽水溝內(nèi)的水不定期抽干，確保水溝上游水源通過排水管流入下游水溝，為后期注漿預(yù)留干燥的作業(yè)面，見圖4。

圖4 修筑擋、排水系統(tǒng)圖（單位：mm）

3.1.2 開設(shè)泄水孔

由于無法精確判定水源壓力，需先對道床冒水處進行打孔泄壓。如圖5 所示，在兩側(cè)水溝開設(shè)泄水孔，孔徑φ40mm，開設(shè)深度約230mm，穿透回填層，為仰拱處外部水源留有排水流通路。排水管采用PVC 管，在上部增加彎頭，防止水壓太大，噴射至隧道頂部接觸網(wǎng)。埋入泄水孔管深度為150mm，防止注漿時堵塞其水流通路造成道床隆起。該項目在道床兩側(cè)水溝內(nèi)共設(shè)置4 個泄水孔，在平面內(nèi)矩形布置，間距2000mm，泄水孔可作為注漿時觀察點。在泄壓前應(yīng)設(shè)結(jié)構(gòu)監(jiān)測點，采集監(jiān)測數(shù)據(jù)，以進行泄壓前后道床高程對比分析，為后續(xù)注漿提供依據(jù)。

圖5 開設(shè)泄水孔及注漿孔示意圖（單位：mm）

3.1.3 注漿止水

如圖5，在道床上開設(shè)注漿孔，孔徑φ14mm，間距700mm，鋼軌邊的注漿孔與鋼軌間距100～200mm，孔深350～400mm。從道床中部向水溝兩側(cè)開始注入改性環(huán)氧樹脂，注漿壓力為0.5～1MPa。注漿過程中應(yīng)遵循由遠離變形縫向變形縫方向推進，先中間后兩側(cè)的順序開展注漿作業(yè)。注漿過程中，需通過觀察孔查看溢漿情況判斷填充飽滿度，當(dāng)觀察孔溢出純環(huán)氧及水流動變緩，注漿壓力達到1MPa 前停止注漿。當(dāng)注漿至結(jié)構(gòu)變形縫處時，需采用柔性改性環(huán)氧樹脂材料，針對該變形縫位置進行防水補強，見圖6。

圖6 注漿通道示意圖

注漿須全程進行結(jié)構(gòu)監(jiān)測，發(fā)現(xiàn)數(shù)值增加，立即暫停注漿并釋放注漿壓力，待數(shù)據(jù)穩(wěn)定后開設(shè)其他孔位進行注漿，若壓力無法下降，需另開泄壓孔。

3.2 清理混凝土

將仰拱的滲漏水止住后，可先對道床嚴重脫空破損段兩側(cè)破損的水溝結(jié)構(gòu)進行鑿除，將脫空處的離縫露出，并將鑿除后的混凝土塊運出軌行區(qū)。然后，在道床中部開設(shè)清洗孔（ 孔徑φ80mm，間距600～800mm。開孔前，應(yīng)對擬開孔位置采用鋼筋掃描儀進行掃描，避開鋼筋），連通至道床脫空底部的離縫空間（具體孔深需根據(jù)現(xiàn)場實際情況進行調(diào)整）[6]。采用高壓水注入孔洞對道床離縫空間進行沖洗清潔，沖洗過程中采取往一個方向逐個孔洞沖洗的方式。沖洗結(jié)束后，清理沖出的泥沙、石子等雜物，并抽排積水，最后采用高壓風(fēng)吹孔，將孔道內(nèi)積水吹出，保證孔內(nèi)干燥、無雜物，沖洗孔可作為修復(fù)砂漿灌填孔[7]。

3.3 灌漿

灌漿前，應(yīng)先對灌漿料（此次采用混凝土專用修復(fù)高強速凝砂漿）進行試驗，確定其凝結(jié)時間及各時間段性能。現(xiàn)場先將軌道下膠墊拆除，并上好彈條（可提升道床脫空離縫空間），再采用高強速凝砂漿通過沖洗孔進行灌注。灌注過程中，留好試塊，采用振搗器對灌入砂漿進行振搗，此時灌漿料會從道床脫空離縫中流出，待灌漿料流速減緩，同步將兩側(cè)水溝開鑿空間進行填筑，直至孔洞內(nèi)砂漿液面不再下降為止（此時離縫與水溝已澆筑為整體）。待填筑料初凝后，再墊入軌下膠墊，調(diào)整軌距軌向，上好彈條，為第二天運營做好準備。灌漿過程中，應(yīng)全程進行道床沉降監(jiān)測，防止灌漿過程中，道床過高或過低。

3.4 植筋

如圖7，在道床上開鑿φ32mm 的錨固孔（開孔前，應(yīng)對擬開孔位置采用鋼筋掃描儀進行掃描，盡量避開枕木及道床鋼筋），開鑿深度以貫入填充層310mm 為準，即開孔深度620mm。開孔完成后，采用鼓風(fēng)機吹干孔壁，再灌入植筋膠，插入公稱直徑25mm的螺紋鋼筋（HRB400，二級鋼筋），鋼筋長度600mm，錨固孔表面剩余20mm 用修復(fù)砂漿抹平。

圖7 開設(shè)植筋位置示意圖（單位：mm）

3.5 二次灌漿

在道床面垂直向下開設(shè)注漿孔，灌注改性環(huán)氧樹脂，以填充修復(fù)砂漿固結(jié)體與道床底面間的空隙及相鄰軌枕間裂縫。如圖8 所示，注漿孔采取梅花形布設(shè)，橫向間距50cm，縱向間距595mm。注漿孔孔徑為φ14mm，孔深400mm。注漿過程中應(yīng)遵循向一個方向推進，先中間后兩側(cè)的順序開展注漿作業(yè)，注漿壓力為0.5～1MPa，過程中需進行結(jié)構(gòu)監(jiān)測，避免超高。

圖8 注漿孔位示意圖及照片（單位：mm）

3.6 水溝防水

施作水溝防水層前，應(yīng)采用砂漿對水溝進行找坡，確保治理區(qū)域有足夠的排水坡度。找坡完成后，對防水基面進行清潔、干燥，再進行至少2 遍的防水涂料涂刷，前后涂刷方向應(yīng)垂直，防水涂料可采用水泥基滲透結(jié)晶型防水涂料。

3.7 探地雷達檢查

為檢查道床脫空治理效果，可針對治理段進行雷達掃描，該項目經(jīng)地質(zhì)雷達掃描檢測，及對數(shù)據(jù)的處理分析，得出探測區(qū)域雷達反射波圖譜整體能量分布均勻未發(fā)現(xiàn)異常的波形突變，道床與隧道的密實度為密實。

4 結(jié)語

比照其他城市的地鐵設(shè)施，道床脫空問題時有發(fā)生，但通過采取相關(guān)措施及時治理，可規(guī)避對行車、客運服務(wù)造成的影響。該項目自2022年1月完成施工至2022年12月已1年，未再發(fā)生道床脫空相關(guān)問題，取得較好的效果，此研究可為城市地鐵類似道床脫空病害治理提供參考。