地鐵隧道整體道床病害機理與防治方案分析

竇鵬

摘要：隨著我國經濟的快速發展和我國人口的不斷增長以及人口大量向城市轉移，鐵路建設及城軌交通建設正當蓬勃發展，使今后一段時間，成為無碴軌道技術在我國客運專線及城軌交通工程中大面積推廣的最佳時期。由于我國無碴軌道鋪設的數量少，時間短，設計、施工與運營經驗欠缺。

關鍵詞：地鐵隧道;整體道床;病害;

我國地鐵隧道的整體道床作為地鐵土建結構的重要組成部分，在列車長期振動、水文地質條件、施工質量和周邊工程活動等多種因素影響下，部分區段的道床與隧道的下部結構會逐步出現剝離、脫空;圍巖中的水通過結構裂縫從道床中滲出，而侵蝕道床的滲漏水促使道床與其下部結構間的混凝土經振動研磨而生成泥漿，并沉淀出細砂;在列車運行通過時，泥漿、細砂從道床、水溝面的各種縫隙中泛出，形成翻漿冒泥現象，最終造成整體道床脫空。這些道床病害不僅縮短了隧道結構的使用壽命，增加了養護成本，也給地鐵的正常運營帶來不利影響，病害嚴重的道床路段甚至會危及地鐵的行車安全。

一、整體道床常現的病害類型

從整體道床的結構看，其基礎梁上承受的是列車的反復作用，與有碴軌道相比結構簡單且穩定性好，就容易保持形狀，但是其剛度大彈性小，因此其結構上的鋼軌扣件和彈性墊層的性能要求較高。當道床地面出現不均勻的情況，在列車的作用下就會導致其出現不同程度的病害。綜合看，整體道床的病害有三種集中體現：一是混凝土結構出現的破損，導致結構下沉，軌道在列車垂直載荷的作用下發生了不同程度上的形變。軌道下沉形變是軌道吸收列車載荷的主要方式，軌道下沉應在一個合理的范圍內，如果軌道變形小在軌道承載列車的載荷大，將加快軌道部件的損傷，如果下沉變形大則容易導致軌道塑性變形，增加危險性與維護工作量，因此整體道床出現下沉變形量過大就成為了一種病害;二是道床基底滲水或地下水壓大導致基底面抬升而造成混凝土出現上拱變形進而破損或影響軌道幾何尺寸;三是道床混凝土與主體結果混凝土分離、道床排水溝開裂等病害使混凝土結構受地下水腐蝕而產生破壞。

二、整體道床病害機理分析

1.水文地質原因。地下水是造成隧道各種病害發生的主要誘導因素之一，也是造成道床翻漿冒泥和使整體道床破損的重要原因。地下水對道床起破壞作用的徑路主要為拱頂淋水與邊墻滲水。這兩種水通過隧道區間水溝排出洞外。地下水對道床破壞作用的主要形式為水流攜帶，即區間排水流入水溝破損部位，滲入溝底和道床底部，再從坡度下降方向的另一破損水溝處流出。有關研究表明：水在0.007mm寬的裂縫中，仍會產生0.10～0.04m/s的流速。水在道床和底板之間的細縫中流動，把混凝土中的部分Ca（OH）2帶走，這樣就破壞了水泥水化產物穩定存在的平衡條件，導致道床混凝土性能下降。運營時間越長，沖蝕時間越久，裂縫越寬，對道床的破壞也就越大。

2.工程施工原因。由于地鐵整體道床一般都采用素混凝土或鋼筋混凝土。其施工方法是將結構底板鑿毛后將混凝土與隧道洞體結構澆注在一起。故存在多個層面的結合，使整體性較差。這些層面也成了結構中的薄弱環節。一般要求對底板鑿毛面積在80%以上，對邊墻與道床接觸面鑿毛面積在70%以上。若施工中對接觸基面處理不到位，道床和結構底板間很容易形成縫隙，在其他因素作用下可能導致道床和結構底板的剝離甚至大面積的脫空。從而整體道床出現上下浮動致使道床橫向斷裂，兩側水溝與道床剝離而形成空隙、翻漿冒泥等病害。此外，道床澆筑施工時，基底積水、灌注工藝差、混凝土實際標號不足等也會使混凝土強度降低，使基底出現翻漿冒泥。

3.養護維修原因。整體道床是一種少維修結構，維護管理部門常以免維修結構對待而存在養護不及時現象。由于對排水設施未做到及時清理，泄水孔眼未及時疏通，使道床中心或兩邊的水溝堵塞、雜質淤積，造成排水系統不能正常發揮作用。一旦在整體道床發生輕微病害階段不能及時被發現與整治，就會使病害逐步擴大。

4.列車振動影響。由于長期受列車行駛動荷載作用，使道床上下振動而形成抽吸現象，造成通過水溝破損與道床裂縫處進入道床底部的水流在道床與底板間的空隙中反復潛蝕，帶走混凝土中的骨料，使空隙逐漸變大并惡化，從而形成更大的空隙，產生裂縫。

三、整體道床的病害防治措施

1.采用高彈性的扣件。扣件是鐵軌結構上的重要組成部件，在整體道床中，扣件的作用是提供必要的彈性并對此性能進行調整。采用高彈性扣件，就可以提高其變形量，改善整體道床對列車振動的適應能力，消除沉降變形量的影響范圍。在線路設計中應考慮采用以防止病害的出現和擴大。

2.合理設置排水設施。在治理病害的時候應重點控制地下水，降低其水位排干基底的積水對于治理病害十分重要。增加排水設施如中心水溝式及兩側水溝式是比較好的措施之一，排水溝設置必須有一定的縱向坡度及結構強度、厚度達標，防止開裂能有效的排除地下水，還應要求隧道有防治水害的綜合措施，保證隧道竣工后拱部不漏水，邊墻不滲水，整體道床不冒水，不積水。

3.整體道床翻修。這個治理方式就是將整個道床進行拆除，清理基底，應用高壓水和高壓風將基底沖洗干凈后重新對該段道床進行澆筑施工，如拆除后發現基礎的地質結構不良，還應對基礎進行處理加固，增設仰拱等保證其穩定。整體返修對整條線路的影響較大，主要是用于道床破損嚴重或者厚度不足、基地翻漿冒泥嚴重的地段，不適合既有運營線路。

4.錨桿錨固及注漿填充。

當隧道內基底水壓大，仰拱與道床結構間出現空鼓，翻漿冒泥嚴重或整體道床結構出現上拱病害時應采取對道床和底板錨桿錨固加注漿填充的處理方案，完成后根據現場情況，確定是否需要增加泄水孔。施工時首先對底板和道床進行錨桿錨固，使道床處于固定狀態以致于在填充注漿過程中不會發生隆起，然后進行注漿填充。通過注漿達到填充道床和底板間空隙，粘結道床和底板，防止滲水的目的。錨桿錨固即在發生病害路段中道床縱向兩側軌道間布設兩排錨桿，根據現場病害嚴重程度及地質條件選擇錨桿類型、長度、縱橫向間距及布置類型。主要施工工序如下：錨桿選擇---錨桿加工---鉆孔---清孔---錨桿安裝，并根據孔深、孔徑及錨桿直徑合理選用強度適合的錨固劑。注漿的技術就是利用液壓或者氣壓將泥漿壓入道床的內部，從而對縫隙進行填充，主要采用的是水泥漿或者化學漿，在壓力的作用下注入到空隙與裂縫中，漿液的作用就是填充、滲透、擠密等，排除縫隙中多余的水、空氣，甚至雜質等，經過一段時間的凝結后，漿液就會與原有的結構膠結形成一個整體，形成一個新的結構完整、強度大、具備防水性的符合基礎。這類方法主要是應用整體道床的結構基本完整，而底部存在較多的空隙，翻漿冒泥的情況嚴重的路段。通常采用的注漿材料粒徑小應小于縫隙尺寸的1/3-1/10，并保持適當的流動性，使之具備灌注填充的性能，同時凝固時間短并且凝固后有一定的強度與防水性能，甚至凝結后其強度大于混凝土。灌注泥漿的工藝如下：定位--打孔---檢驗--清理--下管---配泥漿---注漿---保持壓力---二次或者多次注漿---封口。施工中涉及的技術指標有：材料配合比、漿液溫度、灌注壓力、穩定壓力時間等。

總之，我們必須注意和加強質量控制，盡量避免類似質量的疾病，和跟蹤維護管理城市的軌道交通工程、賠償，除了傳統的方法，也應引進先進技術，采用新材料、新工藝等進行預防和控制，提高綜合素質，減少維護工作量，確保列車安全。

參考文獻：

[1] 易良萍，地鐵隧道整體道床病害機理及防治措施.2017.

[2] 鐘康存.淺談地鐵隧道整體道床病害機理與防治方案分析.2017

（作者單位：天津軌道交通運營集團有限公司）