軟土地層軌道結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化及建議

鐘智豐

摘 要：地鐵隧道穿越軟土地層容易導(dǎo)致隧道產(chǎn)生較大的工后沉降，不僅影響軌道結(jié)構(gòu)整體穩(wěn)定性，同時帶來許多病害，影響軌道結(jié)構(gòu)的使用壽命。本文分析了隧道沉降產(chǎn)生的原因、隧道病害的種類和危害，從道床強度、排水、扣件調(diào)高及防止道床剝離等方面對軌道結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計，提出可行性方案，從而減少軟土地層帶來的隧道病害對軌道結(jié)構(gòu)的不利影響，保證線路運營的平順性、安全性。

關(guān)鍵詞：軟土地層；隧道沉降；軌道病害；優(yōu)化設(shè)計

1 概述

近幾年，地鐵作為城市軌道交通的重要組成部分，在各大城市的交通運輸中所占比重越來越大。盾構(gòu)作為地鐵建設(shè)的主要施工方法之一，經(jīng)常穿越軟土地層，土層含水量高、強度低，同時軟土還有低滲透性、觸變性和流變性等不良特點，對隧道結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性極為不利。線路運營后，在列車不斷的振動作用影響下，軟土地層的強度也不斷降低，長時間作用下將發(fā)生固結(jié)沉降，引起隧道結(jié)構(gòu)的沉降變形，而上部的軌道結(jié)構(gòu)也隨之變形，從而加劇了軌道不平順，直接影響道床的使用壽命，同時影響行車安全性及舒適性等。此外，由于隧道建設(shè)破壞了原有地下水流規(guī)律，軟土地層中的部分地下水流入隧道內(nèi)，腐蝕軌道結(jié)構(gòu)，影響軌道部件的使用性能。有效處理軟土地層對軌道結(jié)構(gòu)的影響，保障地鐵安全有效的運營，是目前迫切需要解決的一道難題。

2 隧道病害影響分析

軟土地層隧道的主要病害有隧道壁滲漏水、結(jié)構(gòu)裂縫及隧道不均勻沉降變形等，從而導(dǎo)致道床與隧道管片剝離以及道床裂縫。除此之外，結(jié)構(gòu)滲漏水還會通過裂縫腐蝕道床結(jié)構(gòu)內(nèi)的鋼筋，破壞道床結(jié)構(gòu)的耐久性，影響線路的穩(wěn)定性、平順性等，直接影響行車安全。隧道內(nèi)的主要病害有以下幾點：

2.1結(jié)構(gòu)滲漏水

主要發(fā)生在結(jié)構(gòu)縫、管片縫隙及道床與隧道壁接縫處等。結(jié)構(gòu)滲漏水夾帶著泥沙等流入隧道，進(jìn)入道床范圍，阻塞排水溝，導(dǎo)致排水不暢或道床、轉(zhuǎn)轍機坑積水等。（圖1，2）

2.2 結(jié)構(gòu)裂縫

在隧道管片的制作、運輸及拼裝過程中，由于其生產(chǎn)工藝、運輸存儲、施工操作的影響，管片難免存在局部碎裂缺角、拼裝不到位等缺陷。這些缺陷會造成隧道結(jié)構(gòu)開裂，加劇地下水的滲漏，從而加劇軌道結(jié)構(gòu)病害的產(chǎn)生。

2.3 隧道不均勻沉降變形

隧道不均勻沉降會使隧道結(jié)構(gòu)產(chǎn)生彎曲變形，導(dǎo)致盾構(gòu)管片縫張開、地下水滲漏加劇，造成整體道床和隧道管片的剝離及開裂，破壞軌道結(jié)構(gòu)。尤其是在隧道差異沉降較大及小半徑曲線地段，更容易出現(xiàn)整體道床與管片剝離的現(xiàn)象，影響整體道床的耐久性和穩(wěn)定性。

3 軌道結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計

軟土地層隧道病害產(chǎn)生機理及原因錯綜復(fù)雜，為了減少隧道病害對軌道結(jié)構(gòu)的影響，保證列車運行的平穩(wěn)性和安全性，需要對軌道結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計。主要可以從以下幾個方面進(jìn)行。

3.1 采用高強度整體道床

軌道結(jié)構(gòu)應(yīng)采用整體性更強、剛度更大的長枕式整體道床，有利于減輕隧道仰拱的變形；同時采用較高等級的混凝土和道床鋼筋，增強整體道床的強度、耐久性等。

3.2 采用大調(diào)高量的扣件

軌道結(jié)構(gòu)設(shè)計時優(yōu)先采用大調(diào)高量的扣件，隧道發(fā)生沉降后，可通過更換墊板、增加調(diào)高墊板等措施，在一定程度上抵銷道床沉降對軌道平順性產(chǎn)生的影響。

3.3 道床排水溝優(yōu)化設(shè)計

目前地下線整體道床設(shè)計通常的做法是設(shè)置雙側(cè)水溝，有利于截排隧道邊墻滲漏水、道床沖洗水及消防廢水等；在滿足整體道床強度要求的前提下，可增大道床排水溝的截面積，同時采用半圓形水溝代替矩形水溝，方便養(yǎng)護(hù)及清淤；適當(dāng)增加小半徑曲線地段道床內(nèi)側(cè)排水溝的尺寸，有利于曲線地段的道床排水。

3.4 道床預(yù)埋注漿管

利用管片和道床上預(yù)留的注漿孔，通過注漿管向隧道管片外壁噴注水泥砂漿，加固隧道下部土體，可有效解決隧道差異沉降引發(fā)的道床結(jié)構(gòu)沉降；也可通過在道床上預(yù)埋注漿管往道床與管片間噴注混凝土，解決道床與隧道管片剝離的問題。

圖3 道床預(yù)埋注漿管

3.5 岔區(qū)預(yù)留集水井

地下線道岔區(qū)轉(zhuǎn)轍機坑附近結(jié)構(gòu)滲水等通常流入機坑后很難自然排出，長時間的積水將影響轉(zhuǎn)轍設(shè)備的正常使用。為避免岔區(qū)積水對設(shè)備產(chǎn)生影響，可在原有的道床排水系統(tǒng)上進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計，使道床水溝與轉(zhuǎn)轍機溝槽隔離，并在道岔轉(zhuǎn)轍機坑附近預(yù)留集水井，通過排水溝連通轉(zhuǎn)轍機坑，使機坑內(nèi)積水排入集水井中。同時在集水井內(nèi)設(shè)置小型潛水泵，將水排入道床水溝。