地鐵運營線路道岔區整體道床沉降病害綜合整治策略研究

張健強

（中鐵第四勘察設計院集團有限公司，湖北 武漢 430063）

1 研究背景

隨著城市軌道交通的快速建設，開通運營的地鐵線路越來越多，地鐵運營期的養護維修愈顯重要。軌道整體道床因具有運行平穩、剛度均勻、疏散便利及維修量小等優點，在城市軌道交通中得到廣泛應用。運營數據表明，軌道整體道床狀況良好，但在線路主體結構變形、地下水沖刷、新老混凝土結合不牢以及部分線路道岔區段受長期列車運行振動的影響下，出現不同程度的軌道整體道床沉降病害[1]。道岔因其結構特性，對線路平順性要求更高，加上道岔道床結構復雜、管線設備種類繁多等因素，道岔區整體道床沉降將會嚴重影響行車的舒適性和安全性，是威脅地鐵安全運營的嚴重隱患之一[2]。

2 整體道床沉降病害整治常用方法

目前，國內各城市對運營線路軌道整體道床沉降病害的整治方法可分為道床翻修和注漿加固兩大類[3]。

軌道整體道床翻修施工工期較長，施工組織復雜，維修成本較高，甚至可能需要列車中斷運營，故較少采用。目前，整體道床沉降病害一般采用注漿加固法進行整治[4]，常用的注漿材料有EAA（乙烯丙烯酸共聚物）、樹脂材料、聚氨酯材料、聚合物水泥砂漿等。

由于地鐵列車行車密集、天窗時間短的特點，為確保地鐵列車的安全運行，病害整治對施工的方案、工裝、工藝及材料要求極高，很難進行重復施工，故上述病害整治方法需在土建結構變形收斂后進行。然而，某些地段在下部基礎沉降過程中已然存在道岔區軌道幾何形位超限情況，對列車運行形成安全威脅，軌道整體道床尚不能進行最終整治。為此，本文提出了地鐵運營線路道岔區整體道床沉降綜合治理方法，可對整體道床沉降病害發展全過程進行監測及整治處理。

3 道岔區整體道床沉降綜合整治策略

道岔區整體道床沉降病害發展是一個長期的過程，首先應建立整體道床沉降監控平臺，實時了解沉降動態。對于仍處于沉降期，但道岔區軌道幾何形位已超限的情況，可通過設置彎折特制鐵墊板調高扣件進行臨時調整。同時，通過設置軌距拉桿鋼架及鋼制托梁進行臨時加固，以保證道岔幾何形位及道床強度滿足行車安全要求。待沉降收斂后，根據道床病害情況，可分注漿修復、機械抬升+注漿修復、鑿除岔枕重新澆筑混凝土平臺等方法進行整治。為更直觀顯示綜合治理方法，本文繪制了道岔區整體道床綜合整治策略樹圖（見圖1）。

圖1 道岔區整體道床綜合整治策略樹圖

3.1 道岔區整體道床沉降監控平臺

在確定道岔區整體道床沉降區域后，為更全面反映沉降發展情況，在沉降區域及其前后一定長度范圍內均應設置沉降觀測點，利用視頻監控系統、電子水準儀等設備實時監測鋼軌、道床及土建結構的位移變化情況，建立道岔區整體道床沉降監控平臺[5]。

監控平臺可對不均勻沉降和整體沉降分別設置沉降閾值，當道床沉降量超過該值時，可及時對運營單位發出警報，提醒采取相應措施，如根據道床沉降值的危害程度，選取限速或停運等措施。

道岔區整體道床沉降監控平臺還可長期使用，在病害整治后仍可監測其整治效果，保證道岔區安全服役。

3.2 道床沉降尚未穩定期間的臨時調整措施

當道岔區整體道床沉降尚未穩定，而道岔區軌道幾何形位超限時，需采取臨時調整措施以確保行車安全。此時，常采用加塞調高墊板或設置加厚鐵墊板的方式處理。地鐵常用道岔的扣件調高量一般為+20mm左右，通過加塞調高墊板實現。當沉降量超過20mm時，僅用調高墊板已不能滿足調整需求，需通過設置加厚鐵墊板實現。但是，一方面，由于道岔區不同地段沉降值不一，鐵墊板厚度要求不一，加厚鐵墊板開模成本大；另一方面，加厚鐵墊板將導致扣件螺釘長度增加，易出現剪切破壞，道岔結構穩定性變差。因此，本文提出設置彎折特制鐵墊板的方式調高扣件（見圖2），即將原道岔標準鐵墊板焊接在彎折特制鐵墊板上，承軌臺部分螺栓孔與扣件釘孔距匹配一致，同時在承軌臺兩側的彎折區域增設一定數量的螺栓孔，通過增加錨固螺栓來分攤因扣件調高引起的受力。彎折特制鐵墊板下可根據需要填塞絕緣緩沖墊板，為鐵墊板與混凝土道床之間提供緩沖，同時增加鋼軌與道床之間的絕緣性，避免雜散電流泄漏。

圖2 彎折特制鐵墊板安裝示意圖

對沉降病害嚴重區段，為進一步加強軌道整體性及穩定性，避免道岔區軌道幾何形位超限，還可以采取以下措施。

一是加強道岔區鋼軌件的穩定性，對于沉降惡劣地段，通過加密設置軌距拉桿，并組成鋼架，確保道岔區鋼軌件的穩定性。

二是加強道岔整體道床及岔枕的整體性，在岔枕上或道床上設置鋼制托梁（見圖3），對道岔道床進行整體性加固。

圖3 鋼制托梁示意圖

在沉降尚未穩定期間采取上述臨時調整措施的同時，需實時關注監測數據，加密沉降病害地段的巡檢次數，根據沉降變化情況及時調整道岔扣件的調高量。

3.3 道床沉降穩定后的永久整治措施

待下部基礎沉降變形穩定后，根據軌道整體道床沉降病害現場具體情況及施工條件分類進行整治，整治措施主要有注漿修復、機械抬升+注漿修復、鑿除岔枕重新澆筑混凝土平臺等方法。

3.3.1 注漿修復

當道岔區道床與下部基礎結構之間存在脫空問題時，可采用注漿修復的方法進行整治。注漿修復是指利用高壓注漿設備將注漿材料經注漿孔注入脫空位置，對軌道整體道床進行抬升的整治方法。

考慮地鐵運營線路天窗時間短、行車密集的特點，注漿材料應具備優良的滲透性、膨脹性、黏結性、耐久性以及較高的抗拉抗剪強度等特性，以滿足列車運行安全的要求。常用的注漿材料有EAA（乙烯丙烯酸共聚物）、聚氨酯、環氧樹脂、無機類水玻璃—水泥體系、硫鋁酸鹽體系等，可根據工程實際情況選用。

應結合道岔區道床結構尺寸和注漿材料擴展計算確定注漿孔的具體數量，注漿孔建議采用梅花形布置，分為填充孔和抬升孔兩類。

在注漿前，應先對道床裂縫、道床水溝裂縫、道床伸縮縫等存在滲漏水問題處，進行封閉注漿處理，避免注漿時出現冒漿、串漿情況，確保最佳注漿加固效果。

在注漿過程中，一般先對線路最低點的抬升孔進行注漿，再對兩側的抬升孔進行注漿，然后按梅花形順序對線路左右兩側填充孔進行注漿，最后對線路中間的填充孔進行隔孔注漿。同時，利用道岔區整體道床沉降監控平臺對道岔區軌道幾何形位、道床位移變化進行實時監控，以及時指導注漿量及注漿順序的調整，確保注漿后道岔區軌道幾何形位滿足要求。

3.3.2 機械抬升+注漿修復

當道岔區道床與下部基礎結構之間不存在脫空現象，直接注漿難以注入時，可先將道床抬升再進行注漿加固（見圖4）。

圖4 機械抬升+注漿修復示意圖

在確定道床沉降病害范圍后，拆除扣件及鋼軌件，在道岔道床上植入吊裝抬升錨固件，并在兩側連續安裝一定數量的千斤頂，利用橫梁與吊桿實現道床抬升。在道岔道床達到抬升高度后，對道床與下部基礎間進行注漿，可根據工程實際情況選用注漿材料、制訂注漿方案。

注漿結束后，及時對道床進行精調，確保道岔區軌道幾何形位滿足要求。

3.3.3 鑿除岔枕重新澆筑混凝土平臺

如果道岔區道床混凝土質量存在缺陷，或澆筑時下部基礎面上的雜質、垃圾未及時清理，在長期列車運行振動下道床混凝土碎裂為粉末狀，失去承載能力，將引發鋼軌下沉等病害。此時，注漿材料難以充分擴散，不能使粉末狀混凝土重新凝結達到原設計強度，故需鑿除岔枕重新澆筑混凝土平臺。

利用鑲有金剛石的圓盤鋸、繩鋸或筒鋸對準道岔區整體道床鋼筋混凝土構件需要拆除的部位進行切割，直至結構底板。切割時采用水冷卻方式，可有效降低切割設備溫度、抑制粉塵及降低噪聲。切割完成后，在鉆孔處安裝專用液壓千斤頂，將道床塊加壓頂開，使其與結構底板完全分離，形成獨立、體積較小的混凝土塊。為便于道床混凝土塊外運，可根據運輸設備及距離情況，將道床切割為1.5～2.0m 長的小體積混凝土塊。待舊道床清理完畢后，根據原設計方案重新澆筑混凝土平臺。

上述方案一般施工工期較長，且需要暫停運營。若停運難度較大，可考慮采用鋼支墩臨時支撐，同時采取限速等措施，確保列車運營安全，此方案需根據工程情況進行具體的計算分析，本文僅提供思路，未做深入研究。

4 結論

本文提出了一種既有地鐵道岔區整體道床沉降綜合治理方法，根據不同沉降期的整體道床提出與之對應的處理方案，從而安全、高效地解決問題。主要結論如下。

一是建立整體道床沉降監控平臺，可實時了解整體道床沉降動態，及時采取應對措施。

二是道床沉降尚未穩定期間可通過設置彎折特制鐵墊板調高扣件，對沉降期間道岔幾何形位進行臨時調整，同時輔以軌距拉桿鋼架、鋼制托梁對鋼軌及道床進行加固穩定，以確保行車安全。

三是道床沉降穩定后可根據問題類別及現場條件以注漿修復、機械抬升+注漿修復、鑿除岔枕重新澆筑混凝土平臺等方法進行道岔區道床沉降病害整治。