贵广客专隧道无砟轨道上拱病害成因分析及整治

李建辉

（南宁局集团有限公司桂林高铁工务段，高级工程师，广西 桂林）

南宁局集团有限公司管辖贵广客专正线410.627 km，轨道采用双块式无砟轨道，其中隧道101座，隧道累计长度209.403 km，占正线总长51%。隧道地质条件主要为喀斯特地貌，围岩大部分为Ⅲ、Ⅳ级。2016年以来，发生6次因轨道上拱病害导致列车限速运行，对行车秩序造成较大干扰。为此，通过对隧道内轨道板上拱病害的成因分析和准确研判，及时采取预防性整治措施，减少上拱病害发生，是确保高铁运输安全一个重要攻关课题。

1 上拱病害分类

全国运营铁路发生过多起无砟轨道上拱病害，根据分析，隧道内无砟轨道上拱表现方式的主要有冻胀上拱、温度应力变化上拱、水压力上拱等三类。

1.1 冻胀变化 冻土基础在严寒气候条件下发生冻胀，引起轨道上拱，主要发生在东北、西北等严寒冻土地区。

1.2 应力变化 受气温影响，轨道板内部应力出现变化，造成轨道上拱，主要发生在CRTSⅡ型板无砟轨道，我国京沪客专、沪昆客专都出现过温度应力变化上拱病害。

1.3 水压力变化 受强降雨、地下水等影响，在隧道衬砌后形成水压，对仰拱及填充层产生向上挤压力导致轨道上拱，主要发生在岩溶发育地段；贵广客专多数地段属于典型的喀斯特地貌岩溶发育地区。

2 上拱成因分析

贵广客专隧道出现的6次轨道板上拱病害都发生在强降雨期间或强降雨之后，24小时雨量最大达232 mm，最小为97 mm，且病害都处于岩溶地段。通过分析，贵广客专隧道轨道上拱主要是水压力造成。

2.1 地表水渗漏形成压力 受持续强降雨影响，隧道上方山体表层水量急剧增加，通过岩溶缝隙不断往下渗漏，在隧道衬砌周边形成积水囊，部分地下水从薄弱地段进入仰拱与填充层间，持续强降雨使地表水不断下渗补给，水位增高对底部仰拱填充层产生的向上压力不断加大，突破临界值后导致轨道板上拱，同时轨道板表面会出现裂缝、渗水等问题。在对隧道轨道板上拱地段进行钻孔泄压施工中，中心沟及边墙沟底部打穿孔后，围岩水以喷涌形式喷出，也验证了水压较大。隧道水压力示意如图1所示。

图1 隧道水压力示意图

2.2 隧道仰拱及衬砌承载力不足 建设期间施工单位没有严格按照设计标准、工艺施工，通过对隧道上拱病害地段进行钻孔取样验证，不同程度地存在仰拱厚度不足、碎石层不平整、仰拱与填充层间有杂质等问题，导致隧道仰拱及衬砌承载力不足，强水压不断的挤压，出现轨道板上拱。

2.3 排水设施堵塞加大压力 病害发生前降雨量普遍较大，现场检查隧道内横向泄水孔、纵向排水沟都不同程度地存在堵塞问题，山体内部渗水不能及时排出，增加了水压强度。

3 病害发展研判

隧道轨道板上拱病害发展是一个徐变过程，前期变化缓慢，隐蔽性强；在外部强水压力作用下，轨道结构容易产生突变上拱，危害性极大。为此，我们成立课题攻关组，对贵广客隧道轨道上拱病害发展过程各类检测数据进行综合分析，通过研究规律，能提前研判出轨道上拱病害，及时采预防性整治措施。

3.1 检测数据应用及特性 轨道板上拱病害发展过程中，动态、静态检测数据都会出现变化。

3.1.1 动态检测 高速铁路工务设备检修理念是“以动态为主，动态指导静态”，目前轨道不平顺动态检测有动检车、车载式线路检查仪、便携式线路检查仪、人工感觉等四种方式，动检车、车载式线路检查仪检测数据准确性相对较高，上拱病害发展过程分析主要依据这两种类型的检测数据。病害发展前期动检车检测波形图会产生徐变，进一步发展会出现动检车、车载式线路检查仪检查峰值Ⅰ、Ⅱ级及以上偏差。

3.1.2 静态检测 主要有相对测量、绝对测量、人工检查三种方式：

1）相对测量。利用0级轨道检查小车检查轨道几何尺寸，该测量方式主要是短波相对数据，检测的高低波长只有20 m，上拱前期轨道几何尺寸变化不大，难以判别轨道板是否上拱。

2）绝对测量。利用轨道测量小车采集线路两侧布设的CPⅢ精密控制网数据，测量出轨道高程、平面坐标与设计线位之间的绝对偏差量，直观显示轨道位移变量，能准确判别轨道板是否上拱。如：2017年5月我们对贵广客专胡山隧道下行线K 436+200至K 436+700轨道板疑似上拱地段的高程坐标进行绝对测量，比较直观地显示高程变化，K 436+361至K 436+568范围内高程坐标最大递增至8.3 mm，出现明显变化。如图2所示。

图2 贵广客专K436+200至K436+700高程坐标示意图

3）人工检查。主要检查钢轨、扣件、轨道板以及隧道衬砌等设备状况，上拱发展前期都会出现隧道衬砌、轨道板开裂等病害。

3.2上拱发展研判 轨道板上拱病害发展过程主要经历动检波形微变化、峰值Ⅰ或Ⅱ级偏差、峰值Ⅲ级及以上偏差三个阶段，出现峰值Ⅲ级及以上偏差时，已经影响行车安全；我们重点是加强第一、二阶段数据分析，提前研判，及时采取措施，即：对大量动态检测数据综合分析，梳理出疑似地点，通过现场静态检测，确定轨道板上拱地段，提前采取整治措施。

3.2.1 动态数据分析筛选 动检车检测波形图是分析轨道上拱的基础，同时结合其他动态检测数据，分析梳理出疑似上拱地点。

1）动检波形变化筛选。隧道轨道板上拱在形成病害前，变化比较缓慢，单次动检波形图很难判别轨道变化，但通过与半年及以上历史波形图对比分析，能准确地分析波形变化状况，确定疑似上拱地段。

2）综合数据变化筛选。针对动检车、车载式线路检查仪检查出现的重复Ⅰ或Ⅱ级偏差以及人工添乘检查不良病害，结合最近一次动检车检查波形图，判别属于单点峰值病害或成段波形变化。单点峰值病害不是轨道板上拱原因造成，整治简单；隧道内出现峰值病害且波形图出现成段变化的，可确定为疑似上拱地段。

3.2.2现场静态复核检测 根据动态检测数据分析筛选出的疑似上拱地段，现场对轨道绝对坐标进行静态精测，同时对轨道结构、隧道衬砌等设备进行全面检查，确定轨道板上拱地段；并根据绝对偏差量、隧道衬砌及轨道板出现的裂缝等病害情况，制定综合整治方案。

4 预防性整治措施

水压力引发的轨道板上拱，整治有效的方式是提前减压、疏通引排，并对轨道板与填充层分层离缝采取锚杆注浆进行固定，同时对轨道板裂纹采取封堵，保持轨道整体性。

4.1 钻孔泄水减压 主要适用于可溶岩、富水构造和防排水设施未按设计施工地段。

4.1.1 泄压钻孔深度

1）竖向泄压孔。硬质岩地段：应钻穿仰拱初支喷砼并伸入基岩200 m。软质岩地段：原则上不钻穿仰拱初支喷砼，若未钻穿仰拱初支喷砼前泄压孔已出现大量排水，则停止钻进；若泄压孔未出现大量排水，但根据衬砌渗漏水等情况判断水压明显较大时，泄压孔应继续钻穿仰拱初支喷砼并伸入基岩200 mm。

2）横向泄压孔。深度为钻穿衬砌及喷砼并入岩1.0 m。

4.1.2 钻孔减压具体措施

1）中心水沟竖向泄压孔。可溶岩地段每隔20 m钻设一个竖向Ф80泄压孔；富水构造段或防排水设施未按设计施工地段，每隔10 m钻设一个竖向Ф80泄压孔。泄压孔内插入Ф75排水钢管，排水钢管与孔壁采用锚固剂填充密实，钢管顶部设挡水板，并固定在中心水沟壁。

2）边墙横向泄压孔。在边墙施工缝两侧增设横向Ф50泄压孔，通过横向钻孔将地下水引入侧沟内，沟壁孔应采用楔形，靠近侧沟孔口为Ф80，靠近轨道侧孔口为Ф50，并采用环氧水泥砂浆封堵，孔口段插入Ф50PVC排水管。横向泄压孔可根据现场排水量加密设置。

3）侧沟竖向泄压孔。与中心沟泄压孔对应的侧沟钻设竖向Ф80泄压孔，泄压孔内插入Ф75排水钢管，排水钢管与孔壁采用锚固剂填充密实，钢管顶部设挡水板，并固定在侧沟壁。泄压孔横断面布置见图3。

图3 泄压孔横断面布置示意图

4.2 轨道板加固 轨道板与填充层出现离缝时，采取植筋锚固注浆方式整治，确保轨道板整体稳定，具体如下：

1）植筋锚固。对离缝区外5 m范围内的轨道板进行锚固，锚固区每隔一根轨枕钻设4根HRB400φ 25钢筋，植筋钻孔为φ32、深度760 mm；植筋长度700 mm，其中锚入仰拱填充层500 mm，轨道板内200 mm；完成后采用植筋胶对植入销钉的钻孔进行回填。每根植筋孔位置应根据轨道板配筋设计图及现场钢筋探测仪探测情况确认，原则上植筋距轨道板边缘、裂缝位置净间距不应小于250 mm。

2）灌浆加固。在注浆灌缝前，清理离缝内杂物并用高压风吹干缝内水份，同时清除表面已破损的混凝土；完成后采用环氧堵漏灌浆材料对离缝灌浆修补加固。

4.3 轨道板裂纹修补 修补方法可分为表面封闭法、无压注浆法、低压注浆法三类；贵广客专轨道板经植筋锚固注浆加固后，表面裂纹主要采用的是表面封闭法，涂层材料采用高聚合物乳液含量的聚合物水泥基材料，该方法具有工艺简单、施工效率高等特点。

4.4 轨道精调精整 轨道测量小车采集线路两侧布设的CPⅢ精密控制网数据，测量出轨道高程、平面坐标与设计线位之间的绝对偏差量。通过对测量资料进行整理、分析，制定轨道精调精整方案，安排轨道精调。调整原则：先整体、后局部，先轨向、后轨距，调整后轨道静态几何尺寸满足相关精度要求。

5 结束语

隧道内无砟轨道上拱病害预防及整治是一项长期的工作，受地质因素和运行条件影响，整治效果具有一定的局限性和时限性。随着高铁运营时间的不断增加，各类病害还会不断发展，必须加强动静态检查、分析，摸索规律，及时发现并整治；同时要保持排水系统畅通，定期对排水系统进行检查、维护，减缓隧道衬砌背后水压力强度，防止排水不畅造成隧道渗漏水和轨道上拱病害的发生。