整体道床二次浇筑破损分析及新线介入建议

李艳祥 周 宏

(南京地铁运营有限责任公司工务分公司，江苏 南京 210000)

整体道床作为地铁系统土建结构的重要组成部分，对道床的整体性有比较高的要求。但是在施工建造期由于施工工期、施工安排等的不合理，经常造成道床的二次浇筑问题，如图1所示。新旧交界面处理不当，造成道床的整体性不够，新旧接缝处存在孔隙，在道床上表现为脱空。同时由于区间排水沟的破损或者主体结构的裂缝，造成地下水的渗入，在列车的往复运行作用下，促使道床内部新旧交界面产生振动破损，长时间的振动造成混凝土被逐渐的研磨成泥浆、砂子与石子，从道床、结构面的各种缝隙返出，长而久之会造成整体道床大规模的脱空破损。道床的脱空破损不仅缩短了结构体系的使用寿命，增加了养护成本，也给地铁的正常运营带来不利影响，甚至有安全隐患[1-4]。因此，研究整体道床新旧交界面的脱空破损机理及其预防措施，具有重要的工程意义和应用价值。

1 基本假定

由于机车、轨道、道床、基底的相互作用，道床整体的受力模式比较复杂，本文为了研究方便，对一些不确定的受力模型及传递路径做以下基本假定：

1)假定钢轨、扣件、轨枕作为一个整体，起到荷载传递的媒介作用，不考虑机车的横向作用对道床产生的作用效应。

2)假定作用于道床上的摩擦力由道床整体传递，对于道床的脱空面或者道床与基底的交界面的摩擦力传递由接触面的摩阻力进行。

2 道床破损分析

对于道床脱空部分，如图2所示，由于物理交界面的形成，在道床发生脱空部分形成应力的重新分布，根据基本假定可知，钢轨整体传递来的摩擦力则由未破损的上部结构与上下部结构间交界面的摩擦力共同承担，则道床的受力形式为F=F1+ΔF，即：

(1)

其中，f为考虑机车荷载压重影响的混凝土体积摩擦系数，N/m3；A=f(B′,L′)为考虑道床宽度B′和道床块长度L′的面积函数，m2；h1为未破损道床的高度，m；F′为考虑机车荷载压重影响的混凝土面积摩擦系数，N/m2；A′=f(B′,L′)为道床脱空面处脱空宽度B′与长度L′的面积函数，m2。

为了发挥道床的正常承载力，则：

(2)

其中，系数f,A,h1,F′,A′的含义同式(1)；M为机车在各种工况下传递到道床的最大摩擦力，N。

根据式(2)，可以推知在道床内必然存在一个临界面Al使得摩擦力M与抗力F达到极限平衡状态，如式(3)：

(3)

其中，系数f,A,F′,M的含义同式(2)；hl为未发生道床破坏部分的临界高度，m；Al为道床发生脱空时的临界面，m2。

根据式(3)，代入相关数据及边界条件，可以得到Al与hl相关的理论解答或者解析解答，本文不做深入探讨。当道床二次浇筑的高度h1小于发生破损的临界高度hl时，况且在浸水状态下临界脱空面上下的摩阻力系数F′必然减小，为了保证F=M，则必然会扩大Al，当F′达到最小值min{F′}，此时道床脱空面Al达到最大值max{Al}，如图3所示。

这样，在道床逐渐脱空破损的过程中，原脱空面与max{Al}面之间的混凝土被逐渐的分解成泥浆、砂子与石子，在列车来回往复的运动中，被逐渐的从道床内部带出，散落于道床两侧的水沟，造成道床内部脱空破坏，如图4所示。

3 整体道床新线介入的建议

根据前面的破损机理分析，道床的二次浇筑会增加道床脱空破损的风险，从建设的源头杜绝道床的二次浇筑问题是行之有效且成果显著的方法。这时候在施工建设期，运营单位的现场介入就显得特别的必要和迫切，基于目前建设期的运营单位新线介入的一些问题，为了更好的发挥设备的耐久性，提出一些看法与建议：

1)目前的轨道道床结构的施工建造与后期维养的问题。目前的轨道道床结构的施工建造是由轨道专业的铺轨单位进行，而道床结构的后期维养却由运营公司的土建专业进行，这样道床结构的施工建造与后期维养之间有所脱节，交接不够充分。建议在轨道道床施工建造的新线介入时，运营公司土建专业做新线介入的整体把控，参与到轨道道床结构施工建造的新线介入之中。

2)由地铁建设单位对轨道专业的铺轨单位进行要求，明确每次道床段的浇筑必须一次性完成，严禁出现道床的二次浇筑问题。

3)运营公司土建专业介入人员要时时做好轨道道床结构设备的现场情况统计，并进行设备台账的填写，一旦发现这种情况要及时填写台账，并尽量的要求施工单位整改，不能整改的要做好设备台账的记录，并在运营维护期加强观察与维护。