北方高鐵隧道無砟軌道道床板混凝土裂縫成因分析及處理

王雪紅

（中交一公局， 北京 100000）

1 工程概況

張呼鐵路東起河北省張家口市張家口南站，西迄于呼和浩特市呼和浩特東站，全長286.773公里，設計時速250公里/小時，鐵路等級為客運專線。全線屬中溫帶亞干旱蒙東區，夏季短促而溫熱、晝熱夜涼，日溫差大，秋季較短，冬季漫長，寒冷而干燥，全年霜凍期長。年平均氣溫2.9～9.6℃，極端最高溫度33.2～40.3℃，極端最低溫度-25.4～-35.6℃。

標段內共9座隧道，全長11344米，隧道采用CRTSI型雙塊式無砟軌道，由鋼軌、扣件、SK-2雙塊式軌枕、道床板組成；軌道結構設置為：隧道內道床板采用連續澆筑，洞口195m范圍內道床板分段澆筑，每隔19.5m設置一伸縮縫，在隧道洞門與明洞分界處、明暗分界處、地層承載力顯著變化處設變形縫，變形縫處道床斷開設置伸縮縫，伸縮縫處設剪力筋；洞口 200米范圍內在調平層中植筋，道床板寬度為280cm，厚度為26cm；道床板采用C40鋼筋砼。先進行調平層施工，再進行無砟軌道道床板施工。各隧道無砟軌道道床板混凝土施工時段為2016年5月至2016年8月，2016年10月底，現場巡查時發現兩個隧道道床板混凝土表面存在裂紋。

2 裂縫調查及分布規律分析

2.1 裂縫調查

現場發現裂縫后，立即成立專家組，主要對裂縫的出現位置、寬度、長度、深度指標進行調查及檢測，以其中兩個隧道為例，經調查，隧道一（全長560米）共發現14處裂縫，隧道二（全長540米）共發現6處裂縫。

2.2 裂縫分布規律分析

經統計分析，發現裂縫分布具有如下規律：

1）、裂縫主要分布在洞口200m范圍以內：兩個隧道分別為79%與83%；

2）、裂縫主要分布在道床板上或道床板與調平層相連：兩個隧道達到75%，分別為45%與30%；

3）、裂縫寬度主要分布在0.2～0.5mm區間：兩個隧道達到90%；

4）、裂縫深度主要分布在60～90mm（含60mm）區間：兩個隧道達到70%；

5）、全線各隧道裂縫普遍存在，分布規律一致.

3 隧道裂縫成因分析

3.1 排除裂縫成因為地基沉降變形

地基沉降變形引起的裂縫是由于基礎豎向不均勻沉降，使結構內部產生附加應力，超出混凝土結構的抗拉能力時出現的裂縫。

3.1.1 道床板混凝土施工前隧道沉降變形觀測表明隧道沉降已穩定

經沉降變形監測，道床板混凝土施工前各隧道沉降已穩定，均已通過線下工程沉降變形分析第三方評估，隧道一最大沉降實測累計沉降值為1.28mm，隧道二最大沉降實測累計沉降值為1.66mm，具備鋼軌鎖定的技術條件。

3.1.2 道床板混凝土施工前調平層未發現裂縫

無砟軌道施工前，進行調平層（即第二次仰拱填充）砼施工時，現場已將第一次仰拱填充頂面采用銑刨機或高壓風水聯合沖洗干凈，未發現第一次仰拱填充（均已經歷 1～2年的沉降期）頂面有裂縫現象，如果基礎有沉降變形產生裂縫，應在第一次仰拱填充頂面即已出現。

3.1.3 已發現的裂縫無錯臺現象

因地基沉降變形引起的裂縫最為顯著的特點是裂縫存在錯臺現象，經現場調查，已發現的裂縫均無錯臺現象。

3.1.4 經監測，已有裂縫兩側無沉降差異現象選取現場4處典型裂縫對兩側進行沉降差異監測，裂縫兩側無沉降差異現象。

經分析，排除地基沉降變形原因。

3.2 環境溫度急劇變化引起的溫度裂縫（簡稱溫度裂縫）

調平層與無砟軌道道床板具體施工時段為2016年5月20日至7月20日，施工完成時現場未發現有裂縫（個別八字裂縫除外），直至10月底11月初才逐漸發現有裂縫出現，隨著溫度下降裂縫數量進一步變多。受天氣突然變冷、環境溫度急劇降低影響，混凝土表面因收縮變形而引起裂縫是本工程隧道無砟軌道道床板混凝土形成裂縫的最主要原因，這與本工程裂縫分布規律是吻合的，裂縫集中分布在洞口段、裂縫寬度小、深度淺，多分布在混凝土表層。

3.3 新舊混凝土不良黏結裂縫（簡稱不良黏結裂縫）

在雙塊式軌枕的側面及角部，常出現由于新舊混凝土黏結不良而引起的裂縫。裂縫形成時間為澆筑后幾個星期內，主要表現為軌枕角部的“八字”裂紋。這在隧道無砟軌道道床板施工初期時已有發現。

3 .4成因分析

綜上分析，排除裂縫是因地基沉降變形引起的，裂縫形成原因為：

1）、由于新舊混凝土不良黏結引起的不良黏結裂縫；

2）、受天氣變冷，外部環境溫度急劇降低影響，混凝土因收縮變形而引起的溫度裂縫為主要原因。

4 裂縫處理方案

參考現行《高速鐵路無砟軌道線路維修規則》（試行），結合我局及其它線施工經驗，制定如下處理方案：

先對裂縫進行一個冬季的監測，再根據裂縫具體情況，采取相應處理方法：

1）、對于寬度小于0.2mm的裂縫，采用表面封閉法，材料選用Ⅲ型聚合物水泥；

2）、對于寬度大于0.2mm的裂縫，采用低壓注漿法，材料選用低黏度環氧樹脂。

5 施工方法

5.1 修補材料

表面封閉法：涂層材料采用Ⅲ型聚合物水泥材料，底涂材料采用高聚合物乳液含量的聚合物水泥基材料；低壓注漿法：注漿采用低黏度環氧樹脂材料，封閉材料采用聚合物快硬水泥漿。

5.2 主要修補機具

鋼絲刷、真空吸塵器、熱風機、計量工具、攪拌工具、盛料容器、涂刷工具、注漿器、注漿嘴、打磨器等。

5.3 修補工藝

5.3.1 表面封閉法

（1）用鋼絲刷將裂縫表面兩側刷毛，用真空吸塵器清除灰塵等雜物，用熱風機將裂縫處明水吹干；（2）稱量并配置修補材料，用手持式攪拌機攪拌均勻；（3）沿裂縫表面涂刷一層底涂材料；（4）待底涂材料表干后，涂刷表面封閉用涂層材料，刷涂3遍以上，以涂層厚度達到300μm以上為宜。每遍涂刷都要等到上遍涂層材料表干后再涂，且兩次涂刷方向相互垂直；（5）在大風干燥等條件下適當采取薄膜覆蓋等方法養護，防止涂層材料失水過快導致涂層開裂；（6）施工適宜溫度5℃～30℃，雨雪天不得施工。

5.3.2 低壓注漿法

（1）用鋼絲刷清潔裂縫表面區域，用真空吸塵器清除周圍雜物；（2）采用封縫材料封閉裂縫，封閉過程中留出注漿孔和排氣孔；（3）通過注漿器向裂縫內注入修補材料，直至注滿為止；（4）當修補材料固化后，去除封縫材料，并將裂縫表面打磨平整；（5）在裂縫表面涂刷裂縫封閉材料，其修補材料及工藝與“表面封閉法”相同；（6）施工適宜溫度5℃～30℃，雨雪天不得施工。

6 結語

張呼鐵路作為內蒙古境內第一條高鐵，隧道無砟軌道道床板混凝土裂縫的出現，引起了參建各方高度重視，立即成立專家組，組織專業檢測隊伍對裂縫進行調查，根據裂縫分布規律，結合現場施工與工程所在地氣候情況，分析了裂縫形成原因，制定了合理的處理方案措施，經內外部專家評審后組織實施，現處理施工已完成，各階段驗收已完成，并作為先開通段已順利開通，這對今后北方高鐵隧道無砟軌道道床板混凝土施工具有指導、借鑒意義。