貴廣客專隧道無砟軌道上拱病害成因分析及整治

李建輝

（南寧局集團有限公司桂林高鐵工務段，高級工程師，廣西 桂林）

南寧局集團有限公司管轄貴廣客專正線410.627 km，軌道采用雙塊式無砟軌道，其中隧道101座，隧道累計長度209.403 km，占正線總長51%。隧道地質條件主要為喀斯特地貌，圍巖大部分為Ⅲ、Ⅳ級。2016年以來，發生6次因軌道上拱病害導致列車限速運行，對行車秩序造成較大干擾。為此，通過對隧道內軌道板上拱病害的成因分析和準確研判，及時采取預防性整治措施，減少上拱病害發生，是確保高鐵運輸安全一個重要攻關課題。

1 上拱病害分類

全國運營鐵路發生過多起無砟軌道上拱病害，根據分析，隧道內無砟軌道上拱表現方式的主要有凍脹上拱、溫度應力變化上拱、水壓力上拱等三類。

1.1 凍脹變化 凍土基礎在嚴寒氣候條件下發生凍脹，引起軌道上拱，主要發生在東北、西北等嚴寒凍土地區。

1.2 應力變化 受氣溫影響，軌道板內部應力出現變化，造成軌道上拱，主要發生在CRTSⅡ型板無砟軌道，我國京滬客專、滬昆客專都出現過溫度應力變化上拱病害。

1.3 水壓力變化 受強降雨、地下水等影響，在隧道襯砌后形成水壓，對仰拱及填充層產生向上擠壓力導致軌道上拱，主要發生在巖溶發育地段；貴廣客專多數地段屬于典型的喀斯特地貌巖溶發育地區。

2 上拱成因分析

貴廣客專隧道出現的6次軌道板上拱病害都發生在強降雨期間或強降雨之后，24小時雨量最大達232 mm，最小為97 mm，且病害都處于巖溶地段。通過分析，貴廣客專隧道軌道上拱主要是水壓力造成。

2.1 地表水滲漏形成壓力 受持續強降雨影響，隧道上方山體表層水量急劇增加，通過巖溶縫隙不斷往下滲漏，在隧道襯砌周邊形成積水囊，部分地下水從薄弱地段進入仰拱與填充層間，持續強降雨使地表水不斷下滲補給，水位增高對底部仰拱填充層產生的向上壓力不斷加大，突破臨界值后導致軌道板上拱，同時軌道板表面會出現裂縫、滲水等問題。在對隧道軌道板上拱地段進行鉆孔泄壓施工中，中心溝及邊墻溝底部打穿孔后，圍巖水以噴涌形式噴出，也驗證了水壓較大。隧道水壓力示意如圖1所示。

圖1 隧道水壓力示意圖

2.2 隧道仰拱及襯砌承載力不足 建設期間施工單位沒有嚴格按照設計標準、工藝施工，通過對隧道上拱病害地段進行鉆孔取樣驗證，不同程度地存在仰拱厚度不足、碎石層不平整、仰拱與填充層間有雜質等問題，導致隧道仰拱及襯砌承載力不足，強水壓不斷的擠壓，出現軌道板上拱。

2.3 排水設施堵塞加大壓力 病害發生前降雨量普遍較大，現場檢查隧道內橫向泄水孔、縱向排水溝都不同程度地存在堵塞問題，山體內部滲水不能及時排出，增加了水壓強度。

3 病害發展研判

隧道軌道板上拱病害發展是一個徐變過程，前期變化緩慢，隱蔽性強；在外部強水壓力作用下，軌道結構容易產生突變上拱，危害性極大。為此，我們成立課題攻關組，對貴廣客隧道軌道上拱病害發展過程各類檢測數據進行綜合分析，通過研究規律，能提前研判出軌道上拱病害，及時采預防性整治措施。

3.1 檢測數據應用及特性 軌道板上拱病害發展過程中，動態、靜態檢測數據都會出現變化。

3.1.1 動態檢測 高速鐵路工務設備檢修理念是“以動態為主，動態指導靜態”，目前軌道不平順動態檢測有動檢車、車載式線路檢查儀、便攜式線路檢查儀、人工感覺等四種方式，動檢車、車載式線路檢查儀檢測數據準確性相對較高，上拱病害發展過程分析主要依據這兩種類型的檢測數據。病害發展前期動檢車檢測波形圖會產生徐變，進一步發展會出現動檢車、車載式線路檢查儀檢查峰值Ⅰ、Ⅱ級及以上偏差。

3.1.2 靜態檢測 主要有相對測量、絕對測量、人工檢查三種方式：

1）相對測量。利用0級軌道檢查小車檢查軌道幾何尺寸，該測量方式主要是短波相對數據，檢測的高低波長只有20 m，上拱前期軌道幾何尺寸變化不大，難以判別軌道板是否上拱。

2）絕對測量。利用軌道測量小車采集線路兩側布設的CPⅢ精密控制網數據，測量出軌道高程、平面坐標與設計線位之間的絕對偏差量，直觀顯示軌道位移變量，能準確判別軌道板是否上拱。如：2017年5月我們對貴廣客專胡山隧道下行線K 436+200至K 436+700軌道板疑似上拱地段的高程坐標進行絕對測量，比較直觀地顯示高程變化，K 436+361至K 436+568范圍內高程坐標最大遞增至8.3 mm，出現明顯變化。如圖2所示。

圖2 貴廣客專K436+200至K436+700高程坐標示意圖

3）人工檢查。主要檢查鋼軌、扣件、軌道板以及隧道襯砌等設備狀況，上拱發展前期都會出現隧道襯砌、軌道板開裂等病害。

3.2上拱發展研判 軌道板上拱病害發展過程主要經歷動檢波形微變化、峰值Ⅰ或Ⅱ級偏差、峰值Ⅲ級及以上偏差三個階段，出現峰值Ⅲ級及以上偏差時，已經影響行車安全；我們重點是加強第一、二階段數據分析，提前研判，及時采取措施，即：對大量動態檢測數據綜合分析，梳理出疑似地點，通過現場靜態檢測，確定軌道板上拱地段，提前采取整治措施。

3.2.1 動態數據分析篩選 動檢車檢測波形圖是分析軌道上拱的基礎，同時結合其他動態檢測數據，分析梳理出疑似上拱地點。

1）動檢波形變化篩選。隧道軌道板上拱在形成病害前，變化比較緩慢，單次動檢波形圖很難判別軌道變化，但通過與半年及以上歷史波形圖對比分析，能準確地分析波形變化狀況，確定疑似上拱地段。

2）綜合數據變化篩選。針對動檢車、車載式線路檢查儀檢查出現的重復Ⅰ或Ⅱ級偏差以及人工添乘檢查不良病害，結合最近一次動檢車檢查波形圖，判別屬于單點峰值病害或成段波形變化。單點峰值病害不是軌道板上拱原因造成，整治簡單；隧道內出現峰值病害且波形圖出現成段變化的，可確定為疑似上拱地段。

3.2.2現場靜態復核檢測 根據動態檢測數據分析篩選出的疑似上拱地段，現場對軌道絕對坐標進行靜態精測，同時對軌道結構、隧道襯砌等設備進行全面檢查，確定軌道板上拱地段；并根據絕對偏差量、隧道襯砌及軌道板出現的裂縫等病害情況，制定綜合整治方案。

4 預防性整治措施

水壓力引發的軌道板上拱，整治有效的方式是提前減壓、疏通引排，并對軌道板與填充層分層離縫采取錨桿注漿進行固定，同時對軌道板裂紋采取封堵，保持軌道整體性。

4.1 鉆孔泄水減壓 主要適用于可溶巖、富水構造和防排水設施未按設計施工地段。

4.1.1 泄壓鉆孔深度

1）豎向泄壓孔。硬質巖地段：應鉆穿仰拱初支噴砼并伸入基巖200 m。軟質巖地段：原則上不鉆穿仰拱初支噴砼，若未鉆穿仰拱初支噴砼前泄壓孔已出現大量排水，則停止鉆進；若泄壓孔未出現大量排水，但根據襯砌滲漏水等情況判斷水壓明顯較大時，泄壓孔應繼續鉆穿仰拱初支噴砼并伸入基巖200 mm。

2）橫向泄壓孔。深度為鉆穿襯砌及噴砼并入巖1.0 m。

4.1.2 鉆孔減壓具體措施

1）中心水溝豎向泄壓孔。可溶巖地段每隔20 m鉆設一個豎向Ф80泄壓孔；富水構造段或防排水設施未按設計施工地段，每隔10 m鉆設一個豎向Ф80泄壓孔。泄壓孔內插入Ф75排水鋼管，排水鋼管與孔壁采用錨固劑填充密實，鋼管頂部設擋水板，并固定在中心水溝壁。

2）邊墻橫向泄壓孔。在邊墻施工縫兩側增設橫向Ф50泄壓孔，通過橫向鉆孔將地下水引入側溝內，溝壁孔應采用楔形，靠近側溝孔口為Ф80，靠近軌道側孔口為Ф50，并采用環氧水泥砂漿封堵，孔口段插入Ф50PVC排水管。橫向泄壓孔可根據現場排水量加密設置。

3）側溝豎向泄壓孔。與中心溝泄壓孔對應的側溝鉆設豎向Ф80泄壓孔，泄壓孔內插入Ф75排水鋼管，排水鋼管與孔壁采用錨固劑填充密實，鋼管頂部設擋水板，并固定在側溝壁。泄壓孔橫斷面布置見圖3。

圖3 泄壓孔橫斷面布置示意圖

4.2 軌道板加固 軌道板與填充層出現離縫時，采取植筋錨固注漿方式整治，確保軌道板整體穩定，具體如下：

1）植筋錨固。對離縫區外5 m范圍內的軌道板進行錨固，錨固區每隔一根軌枕鉆設4根HRB400φ 25鋼筋，植筋鉆孔為φ32、深度760 mm；植筋長度700 mm，其中錨入仰拱填充層500 mm，軌道板內200 mm；完成后采用植筋膠對植入銷釘的鉆孔進行回填。每根植筋孔位置應根據軌道板配筋設計圖及現場鋼筋探測儀探測情況確認，原則上植筋距軌道板邊緣、裂縫位置凈間距不應小于250 mm。

2）灌漿加固。在注漿灌縫前，清理離縫內雜物并用高壓風吹干縫內水份，同時清除表面已破損的混凝土；完成后采用環氧堵漏灌漿材料對離縫灌漿修補加固。

4.3 軌道板裂紋修補 修補方法可分為表面封閉法、無壓注漿法、低壓注漿法三類；貴廣客專軌道板經植筋錨固注漿加固后，表面裂紋主要采用的是表面封閉法，涂層材料采用高聚合物乳液含量的聚合物水泥基材料，該方法具有工藝簡單、施工效率高等特點。

4.4 軌道精調精整 軌道測量小車采集線路兩側布設的CPⅢ精密控制網數據，測量出軌道高程、平面坐標與設計線位之間的絕對偏差量。通過對測量資料進行整理、分析，制定軌道精調精整方案，安排軌道精調。調整原則：先整體、后局部，先軌向、后軌距，調整后軌道靜態幾何尺寸滿足相關精度要求。

5 結束語

隧道內無砟軌道上拱病害預防及整治是一項長期的工作，受地質因素和運行條件影響，整治效果具有一定的局限性和時限性。隨著高鐵運營時間的不斷增加，各類病害還會不斷發展，必須加強動靜態檢查、分析，摸索規律，及時發現并整治；同時要保持排水系統暢通，定期對排水系統進行檢查、維護，減緩隧道襯砌背后水壓力強度，防止排水不暢造成隧道滲漏水和軌道上拱病害的發生。