水壓誘發運營高鐵隧道區間無砟軌道上拱整治技術

樊 燕

(中鐵十八局集團有限公司西南區域安全質量督導組，四川 成都 610200)

1 無砟軌道上拱現象發生

貴廣高鐵全長857 km，設計時速250 km，預留提速條件，2014年12月26日開通運營。2015年7月4日凌晨5時，列車運行至高天隧道DK273+032～DK273+076段時，發現輕微晃車，并伴隨有涌水、軌道輕微變形現象，即限單線通行。經檢測，軌面高程變化最大值為：上行線23.5 mm，下行線18.7 mm。經相關單位共同努力搶修，于7月5日凌晨5時55分恢復雙線行車，限速通過。因此，對引發此類病害的成因進行分析及采取預防措施很有必要。

2 病害形態

軌道上拱的病害形態主要體現為無砟軌道道床板與仰拱填充剝離隆起，進行CP測量，線路右側軌面出現23.5 mm上拱，上拱段落長41 m；線路左側軌面出現18.5 mm上拱，上拱段落長44 m，DK273+061處道床上拱值最大，該處約5 m范圍內道床板與隧道仰拱脫離，可見縫高約5 mm，導致軌道軌距、水平、扭曲、高低、軌向、軌距變化率、復合不平順等指標不滿足要求。在DK273+059處右線上拱高度23 mm，道床板出現裂紋，裂紋為微張型，在上拱段及臨近軌道變形段中心水溝出現冒水，流水渾濁，襯砌施工縫多處滲水。

3 上拱原因分析

近幾年，全國運營鐵路發生過多起無砟軌道上拱病害， 根據相關資料分析，隧道內無砟軌道上拱表現方式主要有凍脹上拱、溫度應力變化上拱、水壓力上拱等三類。高天隧道軌道上拱發生在強降雨之后，且病害處于巖溶地段，通過分析高天隧道軌道上拱主要是水壓力造成。

(1)地質因素：該隧道軌道上拱段穿過貫洞1#、2#斷層破碎帶，埋深約135 m，巖性以灰巖為主，局部為泥灰巖。前期勘探鉆孔揭示D2K273+022附近隧道基底下7.6 m附近通過一暗河，洞高1.5 m，孔口可聽見流水聲，雨后水位高出洞身范圍。在隧道勘測過程中并未揭示有暗河存在，巖溶的發育地點、形態是極其復雜的，沒有規律性[1]。同時由于隧道施工過程中，原有巖溶水或溶隙水通道被破壞[2]，改變了地下水的承壓狀態，邊墻及中心水溝均出現不同程度的滲水及涌水現象，在后期施工泄壓孔過程中，水均成噴射狀。

(2)設計因素：高天隧道設計上，沒有采用分段設計、整體排水能力不足。另外，不容忽視的是巖溶隧道排水管管口經過日積月累淤積大量白色碳酸鈣晶體(見圖1、圖2)，造成已按設計施工的隧道排水系統不通暢，這一點設計措施考慮不充分。筆者認為巖溶地區采用整體道床的高鐵隧道排水管淤積問題，必須盡快引起設計單位和運營單位高度重視，否則將有可能出現大面積更嚴重的水害。

(3)施工工藝因素：①仰拱基底不密實，主要體現在仰拱施工之前基底未完全清理干凈。②止水帶在施工中安裝不規范或被破壞，降低止水效果。③排水盲管堵塞[3]。

(4)地表積水：①受持續降雨影響，地表水量增加。②由于原始地貌破壞，導致大面積匯水，地表水

通過巖溶裂隙不斷往下滲漏，補給地下水，導致地下水位不斷增高，水壓增大。

4 整治方案

4.1 排水降壓

排水降壓主要分為二襯背后和仰拱基底水壓力的釋放[4]。

(1)二襯背后水壓力釋放，主要措施為在隧道兩側邊墻上增加泄水孔，泄水孔設置位于電力電纜槽底部(主要考慮既有線施工及后期運營安全，嚴禁在邊墻上增加PVC管引排措施)，具體如圖3所示。孔徑50 cm，仰角5°，入巖深度0.5 m，間距3 m，根據現場情況可適當加密，采用取芯鉆機施工[5]。

圖3 邊墻泄水孔斷面圖

(2)仰拱基底水壓力釋放，主要措施為在隧道左右線道床板與隧道溝槽壁之間以及中心水溝中設置泄水孔(見圖4)，泄水孔縱向成孔間距1.67 m，孔徑?100 mm，入巖深度0.5 m。鉆孔完成并疏通后，插入?89 mm排水鋼管，排水鋼管入巖部分設置?30 mm泄水孔，泄水孔外包裹2層不銹鋼濾網。由于考慮一旦出現軌道上拱，要保證列車的正常運營，屬于應急搶險，所注漿液不能堵塞排水孔，所以施工步驟會稍有調整。泄水孔施工分兩步：第1步在注漿之前，作用是為軌道盡快恢復所施作；第2步為永久泄水孔施工[5]。

圖4 豎向泄水孔布置(單位：cm)

4.2 注漿加固

注漿加固包括隧底注漿和仰拱填充與軌道板之間離縫封閉，漿液分別采用雙液漿和單液漿。漿液配合比：雙液漿水灰比為0.7∶1，水玻璃波美度20～25，水泥采用42.5硅酸鹽水泥；單液漿水灰比為0.4∶1，水泥采用42.5硫鋁酸鹽水泥。在中心水溝兩側新增注漿孔，孔深3 m，道床板與水溝電纜槽間注漿孔深2.5 m，注漿孔設置后分階段進行注漿。最后分兩次對DK273+060前后5 m范圍內道床板與仰拱填充面間離縫壓注雙液漿，將離縫填充密實。

4.3 道床錨固

為防止道床上拱段以后隧底巖溶水排泄不暢可能再次引起底板上拱，并加強仰拱填充與仰拱的連接，防止道床繼續上拱，仰拱填充頂面打設錨桿。錨桿孔采用?80 mm和?50 mm兩種型式，錨桿采用?25 mm砂漿錨桿，如遇坍孔無法成孔時錨桿調整為?32 mm自進式錨桿，錨桿長5 m[6]。錨桿施作如圖5所示。

圖5 錨固斷面圖

4.4 橫向泄水孔施工

為防止隧道左、右線道床板與隧道溝槽壁間泄水侵泡道床板，在軌道上拱段及前后延伸約30 m范圍內，在填充內設置?100 mm排水孔，把水引至中心水溝內，間距10 m，根據現場可適當加密。在進水端頭處設置集水井，尺寸60 m×40 m×20 m(長×寬×深)，集水井口采用濾網封閉。

因此，行動可以定義為有序對<輸入狀態，輸出狀態> 。在計算機科學中比較關注的是程序，下面只給出一個簡單的擴充形式。輸入狀態，輸出狀態

4.5 監控量測

注漿時，從軌面高程變化、注漿壓力及溢漿情況等三個方面進行控制，保證最大上拱度始終控制在2 mm以內。

整治后做好相關監測工作：一是對整治質量的驗證，采用陸地聲納法；二是委托第三方監測單位進行沉降觀測；三是運營單位對軌道幾何尺寸的觀測[7]。監測點布置見圖6。

圖6 監控量測點平面布置圖

4.6 恢復原始地貌

為防止地表水再次積聚，及時對被破壞的地表進行填埋，對裸露地表進行平整、復墾、恢復原始地貌。

5 水害整治效果分析

(1)整治過程中，出水孔數量呈減少趨勢,邊墻泄水孔僅有個別孔有少量水流出，中心水溝泄水孔水量及水壓已很小，且均為清水。

(2)根據注漿量統計，注漿量較大的孔分別集中于D3K273+020～025和D3K273+038～045兩段內，與設計顯示的溶洞位置高度吻合，實際注漿效果也比較明顯。

(3)據陸地聲納檢測初步結果顯示：此次水害整治范圍內，仰拱以下或襯砌背后1 m范圍內有7個0.4～0.9 m的溶洞，襯砌背后及仰拱以下小型空洞6個，其中≥0.5 m但<1.0 m的有3個，<0.5 m的有3個。隧道基底以下1 m內未發現較大范圍空洞和不密實的情況。

(4)工務監測顯示：整治期間軌道水平、軌距無明顯變化。100 m TQI數據：水平最大由6.3 mm下降到2.3 mm；高低由-5.4 mm下降到2.3 mm；三角坑由-4.9 mm下降到-1.8 mm。

(5)整治后第三方對水害地段進行沉降監測，設置14個監測點，通過1 a多的觀測各點沉降及各斷面不均勻沉降基本無變化。

(6)鐵路局在上下行軌道兩側布設4套自動化沉降監控系統，每套系統設置6個監測點，共24個測點，通過4個月的監測數據分析，各點各月的沉降變化幅度均滿足要求。

由工程實踐可以看出：高天隧道水害整治方案可行，道床結構基本穩定，線路幾何狀態良好。整治效果明顯，達到了預期目標。

6 軌道板上拱防治建議

(1)施工中排水管的設置不應僅局限于設計，若施工中地質出水量大應增加泄水管。

(2)加強過程控制確保仰拱及填充厚度、密實度，后期多上檢測設備，尤其是富水地段，采取注漿等措施，務必確保密實。加強防排水的施工質量控制，嚴格檢查止水帶、防水板的安裝是否規范。

(3)建議仰拱標高不要一次施作到設計標高，最好預留30～40 cm，便于后期無砟軌道質量控制。

(4)富水地段無砟軌道施工之前設置橫向排水管(PVC或鍍鋅鋼管)將側溝水引至中心水溝，避免大面積積水，侵泡道床板。

(5)中心水溝增設豎向泄水孔，邊墻增設橫向泄水孔。

(6)無砟軌道與填充面之間連接，如有條件可預留接茬鋼筋，對軌道板進行加固。

(7)運營單位加強對巖溶發育、地表破壞嚴重、二襯滲水嚴重、仰拱反水嚴重地段的監測。

(8)全面掌握地表的地形地貌，避免人為的破壞。

7 結束語

由于水壓力導致高天隧道無砟軌道上拱，在整治施工中，通過采取排水降壓、注漿加固、道床錨固、布置永久泄壓孔、監控測量等控制措施，效果明顯。整治完成后，隧道及軌道結構處于良好工作狀態，隧道穩定性及列車運行安全性與舒適性滿足要求。