某長大隧道整體道床下沉段線路平順性整治研究

張 龍 王星博 蒙海明

（中國鐵路蘭州局集團有限公司蘭州西工務段，甘肅 蘭州 730050）

0 引言

整體道床具有平順度高、整體性好、耐久性好、服務周期長、少維修等特點，但對施工工藝要求嚴格，一旦出現病害難以整治和修復。整體道床病害又進一步導致線路狀態產生變化，嚴重病害甚至危及行車安全。

針對鐵路隧道整體道床整治技術，相關單位與學者已經開展了一些研究，北京鐵路局[1]采用整體翻修的方式整治道床下沉。西安鐵路局工務部門[2]對小棕溪隧道內的整體道床下沉采用地質雷達法和室內試驗分析其原因，在整體道床下部灌注TGRM 水泥加固，整治效果較好。馬超峰[3]對針對唐呼線濟寧隧道病害提出了“道床錨固+細顆粒固結+合理排水”的綜合整治方案，實施后可行有效。張俊儉等[4]以太嵐線柏崖頭隧道整體道床病害整治為背景，提出了解除邊界約束、修補裂縫以及“上挑下頂”的隧道內整體道床抬升技術。

某貨運專線長大隧道部分自開通運營以來，部分區段出現整體道床下沉、翻漿冒泥等病害，嚴重地段道床沉降已超出扣件調整范圍。該文通過對該隧道整體道床病害情況調查，分析病害原因，提出整治措施，并對整治后線路狀態進行評價。

1 工程概況

1.1 地質水文條件

隧道全長12km，隧道除進口端位于砂質黃土層中外，大多位于混合巖、花崗巖、片巖及砂巖夾礫巖層中，隧道最大埋深340m。隧道內水源主要是接受大氣降水及地表水補給的基巖裂隙水及地下水滲水。

1.2 主體及軌道結構

隧道襯砌為復合式襯砌，初期支護采用錨噴支護，噴混凝土采用濕噴工藝，模筑襯砌厚度按地質狀況和圍巖類別為300mm～500mm，采用C30 或C35 防水混凝土，個別化學侵蝕環境地段采用C45、C50 鋼筋混凝土。線路為P60（U75V）無縫線路，軌枕采用SK-2 型雙塊式軌枕，軌枕間距650mm。道床板采用現澆C40 鋼筋混凝土結構，寬度2.8m，軌下截面厚258mm，直線地段道床板頂面設置2%的橫向人字形排水坡。

1.3 病害情況

經現場調查，病害主要以翻漿冒泥、道床下沉及隧道邊墻滲水為主，其中翻漿冒泥29 處，共計310m，均存在道床底板翻漿冒泥，3 處同時存在積水。道床下沉7 處，共計100m，最大沉降40mm。邊墻滲水均為不間斷滲水，滲水寬度不一。

1.4 軌道平順性狀態

整體道床翻漿冒泥、下沉等病害的出現與發展對線路的直接影響表現為平順性下降，即動軌道質量指數TQI不良與高低、軌向、水平、三角坑、軌距等線路靜態幾何尺寸指標的下降。

該隧道2020 年上行動態TQI值較下行變化較大，最大8.94mm、最小6.93mm，平均8.67mm 超過目標管理值1.67mm（目標管理值7），左右高低值較大，是影響TQI值變化的主要因素，變化趨勢如圖1 所示。

圖1 2020 年隧道上行TQI 變化趨勢

軌道靜態監測數據主要以軌道檢查儀每月檢查數據為主，可知2020 年上行超作業驗收病害月均總數為305處，主要由高低、水平、三角坑病害組成且變化趨勢及病害構成與動態數據基本吻合，三項平均每月病害數分別為132、84、40 處，病害數多，線路狀態較差，病害變化如圖2 所示。

圖2 2020 年隧道上行靜態病害數變化趨勢

2 病害原因分析

通過現場調查及查詢資料，分析病害原因如下：1）該隧道為貨運專線，貨車軸重較大，對軌道結構的整體性、穩定性及耐久性影響較大。整體道床與仰拱填充在列車荷載的長期作用下黏結不緊密，層間易出現分離縫隙。2）隧道整體采用鋼筋混凝土結構，其施工方法是將道床支撐層鑿毛后與隧道仰拱填充澆筑在一起。存在多個層面的結合，整體性不強。部分地段道床接觸面處理不到位，道床與仰拱填充間易形成縫隙，在滲水與列車荷載的雙重作用下導致道床與底部剝離，中間形成泥沙層冒出至軌道板，從而整體道床出現下沉、翻漿冒泥等病害。3）水是造成隧道內各種病害發生的主要誘因之一。原山體地下水滲流場因隧道的修建而改變，隧道周邊的地下水開始集中向隧道方向排泄。隧道底部受地下水長時間浸泡，承載力逐步下降，在動荷載長期作用下，在防水薄弱處出現下沉等病害。滲水流入水溝破損部位、溝底和道床底部，在道床和仰拱填充間的縫隙中流動。在列車的動荷載作用下加速仰拱填充與軌道板流蝕，而微粒或泥狀物被流水攜帶至表面，使道床底空隙加大，進一步導致道床翻漿冒泥與道床沉降。

綜合以上內容進行分析，因施工改變地下水滲流狀態，使水集中流至隧道方向，基底長期浸泡承載力下降，是道床下沉的重要因素；地下水在列車長期作用下道床與仰拱填充間縫隙中滲水加速流動，沖蝕道床底部也是隧道整體道床下沉的重要原因。

3 整體道床病害整治措施

針對病害概括及病害原因，采取的措施是對整體道床抬升恢復線路高程、注漿密實加固道床基礎、軌道精調作業恢復線路平順性、襯砌漏水處進行高壓注漿及鑿槽引排滲水。

整體道床抬升：使用專用設備將高聚物發泡注漿材料混合注入道床基礎下，通過高聚物發泡材料發泡膨脹產生抬升力使原結構恢復到墊板可調范圍，同時均勻抬升原結構不會出現受力不均情況。鉆孔深度達到回填層為準，一般孔深確定在1.2m，每隔1.5m 打一空，孔位以梅花樁形式布置。高聚物發泡材料為A、B 組合材料，該材料膨脹2 ～15 倍，初始反應時間5s～20s，10s～35s 后反應停止，15min 后強度可達到90%。

施工工序如下：1）鉆孔。采用手持電錘進行鉆孔，鉆孔完成后應及時清理收集鉆出粉塵，防止污染現場環境，并采用木塞對注漿孔進行臨時封閉，防止水及雜質進入；2）安裝注漿管。先將注漿孔周圍清理干凈，將注漿管插入注漿孔中，用大力鉗夾住注漿管的外觀，然后用扳手擰注漿管上部的螺母，使外管擠壓橡膠管使橡膠管產生膨脹，從而封堵注漿孔，防止漿液沿著注漿管外壁上冒，注漿過程采用分次注入。3）注漿作業。注漿前，將注漿抬升區內軌下的調高墊板拆除，并將扣件重新擰緊。單次最大抬升量8mm，當抬升量超過8mm 時，應進行多次抬升。根據作業區段各點的擬抬升量確定注漿順序及單次抬升高度，抬升高度應考慮注漿材料的膨脹性能，預留5mm 左右的抬升量。4）施工中監控：采用1 臺精密電子水準儀對左右股高程監控，并安排專人對注漿點周圍軌道結構進行觀察。5）注漿管拆除及封堵：在注漿完成后，采用快速扳手迅速松開注漿管上緊固螺母，使注漿管的橡膠管自由伸展，然后用兩把大力鉗夾住注漿管用力拔出。順坡段落線路經復測滿足要求后，應對注漿孔進行封堵。

注漿填充加固：平行于軌道在兩側水溝邊梅花形打設注漿孔（填充層表面），孔徑φ42mm，注漿孔深1 m～2.2 m。壓漿材料采用TGRM 特種灌漿材料，具有抗滲性、可灌性、凝結時間可調性、易操作性的突出特點，比一般水泥更細、流動度大。漿液配比∶水灰比=0.35 ∶1～0.4 ∶1，注漿壓力：0.2MPa～0.6MPa。鉆孔應避開基礎內鋼筋及從基礎下通過的電纜、排水管等設備，壓漿時須嚴格控制注漿壓力，并設專人監控線路，確保線路不會因壓漿而抬高，注意觀察漿液的竄空跑漿情況并及時封堵。

軌道精調：根據軌道檢查儀采集的數據進行全面分析，采用“先整體、后局部，先高低、后水平，先軌向、后軌距”及“削峰填谷”的方式確定總體調整方案逐枕木制定精調方案，優化扣件組合方式，使軌道平面、高程等幾何尺寸趨于理論設計位置。

精調工序：1）根據調整量表準備各類調整件，備有余量；2）將調整量全部在軌腳進行初標識；3）對基準軌利用弦線進行核對后將正確的軌向調整量標識于擋肩，高低調整量標識于軌頂上；4）對非基準軌用道尺對軌距和水平調整量進行核對后，將正確的軌距調整量標識于擋肩上，水平調整量標識于軌頂上；5）按照“擺（調整件）、松（螺栓）、拆（扣件）、頂（鋼軌）、清（雜物）、裝（調整件）、緊（螺栓）、查（扭矩）、記（臺賬）”九個步驟更換扣件；更換扣件時，每次連續松開不宜超過5 個扣件；6）作業完畢后用軌檢小車對調整后的軌道進行靜態復測和驗收。

高壓注漿及鑿槽引排：高壓注漿鉆孔間距視具體情況而定，一般為5cm～30cm（裂縫同向），鉆孔深度約為結構物厚度一半。鉆孔采用直徑14mm 的特制鉆頭，鉆孔穿過裂縫并與裂縫斷面成45 °～70 °。采用水溶液聚氨酯化學灌漿材料，該材料遇水后自行分散、乳化、發泡，立即進行化學反應，形成不透水的彈性膠狀固結體。對單點、股流、射水等水量較大的滲漏處，根據現場實際滲漏位置確定引排位置，成槽后通過縱向排水盲管將水引至側溝，埋管后先用遇水膨脹橡膠止水條嵌縫，然后再封填堵漏材料，最后用防水砂漿填縫。

4 治理效果評價

對該隧道上下行K42+200-K45+500 進行道床注漿抬升加固及邊墻滲水整治，結合天窗同步進行軌道精調。通過上行K42+200-K45+500 段動態軌檢車及靜態軌道檢查儀數據分析，對整治效果進行評價。

上行K42+000-K46+000 段2021 年1—9月與2019 年同期TQI 對例如圖3 所示，2021年1—6 月大于2020 年同期，變化范圍在8.86～10.11mm。整治結束后T值下降明顯，對比2020 年同期最大下降2.66mm，7—10 月均保持在（6.5±0.2mm）內，均已小于目標管理值。

圖3 上行K42+000-K46+000 段整治前后TQI 對比

靜態數據主要選取上行K42+200-K45+500段2021 年6—10 月與2020 年同期即整治前后軌道檢查儀幾何尺寸超作業驗收病害數來評價整治效果上行病害總數下降219 處，主要由道床沉降、翻漿引起的高低、水平、三角坑病害數下降較多，分別下降93、66、29 處。軌向、軌距病害也有所減少，總體病害下降明顯，具體如圖4 所示。

圖4 上行K42+200-K45+500 段整治前后靜態病害變化情況

5 結論

西部地區某長大隧道整體道床沉降、翻漿病害的主要原因是施工改變地下水滲流狀態，使水集中流至隧道方向，基底長期浸泡承載力下降；地下水在列車長期作用下道床與仰拱填充間縫隙中滲水加速流動，沖蝕道床底部使之空隙加大。

基于該隧道線路平順性不良及整體道床病害原因分析，可采用整體道床抬升、注漿密實加固、軌道精調、高壓注漿及鑿槽引排等綜合處理措施。

整治施工結束后，通過動態與靜態檢查相結合方式進行檢測，結果表明：上下行軌檢TQI值下降明顯，均已達到目標管理值值，趨勢穩定；靜態軌道檢查儀監測幾何尺寸病害數下降明顯，線路狀態較整治前改善，整治效果良好。

由于滲水攜帶作用，會造成道床底部的流蝕，進一步導致翻漿下沉，滲水長期作用會使隧道基底承載力下降、沉降增大。無論是新建隧道還是既有隧道線路，都應重視隧道內滲水、地下水的處理，制定防滲、排水設施方案、施工質量控制及維護。