地铁隧道整体道床病害机理与防治方案分析

窦鹏

摘要：随着我国经济的快速发展和我国人口的不断增长以及人口大量向城市转移，铁路建设及城轨交通建设正当蓬勃发展，使今后一段时间，成为无碴轨道技术在我国客运专线及城轨交通工程中大面积推广的最佳时期。由于我国无碴轨道铺设的数量少，时间短，设计、施工与运营经验欠缺。

关键词：地铁隧道;整体道床;病害;

我国地铁隧道的整体道床作为地铁土建结构的重要组成部分，在列车长期振动、水文地质条件、施工质量和周边工程活动等多种因素影响下，部分区段的道床与隧道的下部结构会逐步出现剥离、脱空;围岩中的水通过结构裂缝从道床中渗出，而侵蚀道床的渗漏水促使道床与其下部结构间的混凝土经振动研磨而生成泥浆，并沉淀出细砂;在列车运行通过时，泥浆、细砂从道床、水沟面的各种缝隙中泛出，形成翻浆冒泥现象，最终造成整体道床脱空。这些道床病害不仅缩短了隧道结构的使用寿命，增加了养护成本，也给地铁的正常运营带来不利影响，病害严重的道床路段甚至会危及地铁的行车安全。

一、整体道床常现的病害类型

从整体道床的结构看，其基础梁上承受的是列车的反复作用，与有碴轨道相比结构简单且稳定性好，就容易保持形状，但是其刚度大弹性小，因此其结构上的钢轨扣件和弹性垫层的性能要求较高。当道床地面出现不均匀的情况，在列车的作用下就会导致其出现不同程度的病害。综合看，整体道床的病害有三种集中体现：一是混凝土结构出现的破损，导致结构下沉，轨道在列车垂直载荷的作用下发生了不同程度上的形变。轨道下沉形变是轨道吸收列车载荷的主要方式，轨道下沉应在一个合理的范围内，如果轨道变形小在轨道承载列车的载荷大，将加快轨道部件的损伤，如果下沉变形大则容易导致轨道塑性变形，增加危险性与维护工作量，因此整体道床出现下沉变形量过大就成为了一种病害;二是道床基底渗水或地下水压大导致基底面抬升而造成混凝土出现上拱变形进而破损或影响轨道几何尺寸;三是道床混凝土与主体结果混凝土分离、道床排水沟开裂等病害使混凝土结构受地下水腐蚀而产生破坏。

二、整体道床病害机理分析

1.水文地质原因。地下水是造成隧道各种病害发生的主要诱导因素之一，也是造成道床翻浆冒泥和使整体道床破损的重要原因。地下水对道床起破坏作用的径路主要为拱顶淋水与边墙渗水。这两种水通过隧道区间水沟排出洞外。地下水对道床破坏作用的主要形式为水流携带，即区间排水流入水沟破损部位，渗入沟底和道床底部，再从坡度下降方向的另一破损水沟处流出。有关研究表明：水在0.007mm宽的裂缝中，仍会产生0.10～0.04m/s的流速。水在道床和底板之间的细缝中流动，把混凝土中的部分Ca（OH）2带走，这样就破坏了水泥水化产物稳定存在的平衡条件，导致道床混凝土性能下降。运营时间越长，冲蚀时间越久，裂缝越宽，对道床的破坏也就越大。

2.工程施工原因。由于地铁整体道床一般都采用素混凝土或钢筋混凝土。其施工方法是将结构底板凿毛后将混凝土与隧道洞体结构浇注在一起。故存在多个层面的结合，使整体性较差。这些层面也成了结构中的薄弱环节。一般要求对底板凿毛面积在80%以上，对边墙与道床接触面凿毛面积在70%以上。若施工中对接触基面处理不到位，道床和结构底板间很容易形成缝隙，在其他因素作用下可能导致道床和结构底板的剥离甚至大面积的脱空。从而整体道床出现上下浮动致使道床横向断裂，两侧水沟与道床剥离而形成空隙、翻浆冒泥等病害。此外，道床浇筑施工时，基底积水、灌注工艺差、混凝土实际标号不足等也会使混凝土强度降低，使基底出现翻浆冒泥。

3.养护维修原因。整体道床是一种少维修结构，维护管理部门常以免维修结构对待而存在养护不及时现象。由于对排水设施未做到及时清理，泄水孔眼未及时疏通，使道床中心或两边的水沟堵塞、杂质淤积，造成排水系统不能正常发挥作用。一旦在整体道床发生轻微病害阶段不能及时被发现与整治，就会使病害逐步扩大。

4.列车振动影响。由于长期受列车行驶动荷载作用，使道床上下振动而形成抽吸现象，造成通过水沟破损与道床裂缝处进入道床底部的水流在道床与底板间的空隙中反复潜蚀，带走混凝土中的骨料，使空隙逐渐变大并恶化，从而形成更大的空隙，产生裂缝。

三、整体道床的病害防治措施

1.采用高弹性的扣件。扣件是铁轨结构上的重要组成部件，在整体道床中，扣件的作用是提供必要的弹性并对此性能进行调整。采用高弹性扣件，就可以提高其变形量，改善整体道床对列车振动的适应能力，消除沉降变形量的影响范围。在线路设计中应考虑采用以防止病害的出现和扩大。

2.合理设置排水设施。在治理病害的时候应重点控制地下水，降低其水位排干基底的積水对于治理病害十分重要。增加排水设施如中心水沟式及两侧水沟式是比较好的措施之一，排水沟设置必须有一定的纵向坡度及结构强度、厚度达标，防止开裂能有效的排除地下水，还应要求隧道有防治水害的综合措施，保证隧道竣工后拱部不漏水，边墙不渗水，整体道床不冒水，不积水。

3.整体道床翻修。这个治理方式就是将整个道床进行拆除，清理基底，应用高压水和高压风将基底冲洗干净后重新对该段道床进行浇筑施工，如拆除后发现基础的地质结构不良，还应对基础进行处理加固，增设仰拱等保证其稳定。整体返修对整条线路的影响较大，主要是用于道床破损严重或者厚度不足、基地翻浆冒泥严重的地段，不适合既有运营线路。

4.锚杆锚固及注浆填充。

当隧道内基底水压大，仰拱与道床结构间出现空鼓，翻浆冒泥严重或整体道床结构出现上拱病害时应采取对道床和底板锚杆锚固加注浆填充的处理方案，完成后根据现场情况，确定是否需要增加泄水孔。施工时首先对底板和道床进行锚杆锚固，使道床处于固定状态以致于在填充注浆过程中不会发生隆起，然后进行注浆填充。通过注浆达到填充道床和底板间空隙，粘结道床和底板，防止渗水的目的。锚杆锚固即在发生病害路段中道床纵向两侧轨道间布设两排锚杆，根据现场病害严重程度及地质条件选择锚杆类型、长度、纵横向间距及布置类型。主要施工工序如下：锚杆选择---锚杆加工---钻孔---清孔---锚杆安装，并根据孔深、孔径及锚杆直径合理选用强度适合的锚固剂。注浆的技术就是利用液压或者气压将泥浆压入道床的内部，从而对缝隙进行填充，主要采用的是水泥浆或者化学浆，在压力的作用下注入到空隙与裂缝中，浆液的作用就是填充、渗透、挤密等，排除缝隙中多余的水、空气，甚至杂质等，经过一段时间的凝结后，浆液就会与原有的结构胶结形成一个整体，形成一个新的结构完整、强度大、具备防水性的符合基础。这类方法主要是应用整体道床的结构基本完整，而底部存在较多的空隙，翻浆冒泥的情况严重的路段。通常采用的注浆材料粒径小应小于缝隙尺寸的1/3-1/10，并保持适当的流动性，使之具备灌注填充的性能，同时凝固时间短并且凝固后有一定的强度与防水性能，甚至凝结后其强度大于混凝土。灌注泥浆的工艺如下：定位--打孔---检验--清理--下管---配泥浆---注浆---保持压力---二次或者多次注浆---封口。施工中涉及的技术指标有：材料配合比、浆液温度、灌注压力、稳定压力时间等。

总之，我们必须注意和加强质量控制，尽量避免类似质量的疾病，和跟踪维护管理城市的轨道交通工程、赔偿，除了传统的方法，也应引进先进技术，采用新材料、新工艺等进行预防和控制，提高综合素质，减少维护工作量，确保列车安全。

参考文献：

[1] 易良萍，地铁隧道整体道床病害机理及防治措施.2017.

[2] 钟康存.浅谈地铁隧道整体道床病害机理与防治方案分析.2017

（作者单位：天津轨道交通运营集团有限公司）