某长大隧道整体道床下沉段线路平顺性整治研究

张 龙 王星博 蒙海明

（中国铁路兰州局集团有限公司兰州西工务段，甘肃 兰州 730050）

0 引言

整体道床具有平顺度高、整体性好、耐久性好、服务周期长、少维修等特点，但对施工工艺要求严格，一旦出现病害难以整治和修复。整体道床病害又进一步导致线路状态产生变化，严重病害甚至危及行车安全。

针对铁路隧道整体道床整治技术，相关单位与学者已经开展了一些研究，北京铁路局[1]采用整体翻修的方式整治道床下沉。西安铁路局工务部门[2]对小棕溪隧道内的整体道床下沉采用地质雷达法和室内试验分析其原因，在整体道床下部灌注TGRM 水泥加固，整治效果较好。马超峰[3]对针对唐呼线济宁隧道病害提出了“道床锚固+细颗粒固结+合理排水”的综合整治方案，实施后可行有效。张俊俭等[4]以太岚线柏崖头隧道整体道床病害整治为背景，提出了解除边界约束、修补裂缝以及“上挑下顶”的隧道内整体道床抬升技术。

某货运专线长大隧道部分自开通运营以来，部分区段出现整体道床下沉、翻浆冒泥等病害，严重地段道床沉降已超出扣件调整范围。该文通过对该隧道整体道床病害情况调查，分析病害原因，提出整治措施，并对整治后线路状态进行评价。

1 工程概况

1.1 地质水文条件

隧道全长12km，隧道除进口端位于砂质黄土层中外，大多位于混合岩、花岗岩、片岩及砂岩夹砾岩层中，隧道最大埋深340m。隧道内水源主要是接受大气降水及地表水补给的基岩裂隙水及地下水渗水。

1.2 主体及轨道结构

隧道衬砌为复合式衬砌，初期支护采用锚喷支护，喷混凝土采用湿喷工艺，模筑衬砌厚度按地质状况和围岩类别为300mm～500mm，采用C30 或C35 防水混凝土，个别化学侵蚀环境地段采用C45、C50 钢筋混凝土。线路为P60（U75V）无缝线路，轨枕采用SK-2 型双块式轨枕，轨枕间距650mm。道床板采用现浇C40 钢筋混凝土结构，宽度2.8m，轨下截面厚258mm，直线地段道床板顶面设置2%的横向人字形排水坡。

1.3 病害情况

经现场调查，病害主要以翻浆冒泥、道床下沉及隧道边墙渗水为主，其中翻浆冒泥29 处，共计310m，均存在道床底板翻浆冒泥，3 处同时存在积水。道床下沉7 处，共计100m，最大沉降40mm。边墙渗水均为不间断渗水，渗水宽度不一。

1.4 轨道平顺性状态

整体道床翻浆冒泥、下沉等病害的出现与发展对线路的直接影响表现为平顺性下降，即动轨道质量指数TQI不良与高低、轨向、水平、三角坑、轨距等线路静态几何尺寸指标的下降。

该隧道2020 年上行动态TQI值较下行变化较大，最大8.94mm、最小6.93mm，平均8.67mm 超过目标管理值1.67mm（目标管理值7），左右高低值较大，是影响TQI值变化的主要因素，变化趋势如图1 所示。

图1 2020 年隧道上行TQI 变化趋势

轨道静态监测数据主要以轨道检查仪每月检查数据为主，可知2020 年上行超作业验收病害月均总数为305处，主要由高低、水平、三角坑病害组成且变化趋势及病害构成与动态数据基本吻合，三项平均每月病害数分别为132、84、40 处，病害数多，线路状态较差，病害变化如图2 所示。

图2 2020 年隧道上行静态病害数变化趋势

2 病害原因分析

通过现场调查及查询资料，分析病害原因如下：1）该隧道为货运专线，货车轴重较大，对轨道结构的整体性、稳定性及耐久性影响较大。整体道床与仰拱填充在列车荷载的长期作用下黏结不紧密，层间易出现分离缝隙。2）隧道整体采用钢筋混凝土结构，其施工方法是将道床支撑层凿毛后与隧道仰拱填充浇筑在一起。存在多个层面的结合，整体性不强。部分地段道床接触面处理不到位，道床与仰拱填充间易形成缝隙，在渗水与列车荷载的双重作用下导致道床与底部剥离，中间形成泥沙层冒出至轨道板，从而整体道床出现下沉、翻浆冒泥等病害。3）水是造成隧道内各种病害发生的主要诱因之一。原山体地下水渗流场因隧道的修建而改变，隧道周边的地下水开始集中向隧道方向排泄。隧道底部受地下水长时间浸泡，承载力逐步下降，在动荷载长期作用下，在防水薄弱处出现下沉等病害。渗水流入水沟破损部位、沟底和道床底部，在道床和仰拱填充间的缝隙中流动。在列车的动荷载作用下加速仰拱填充与轨道板流蚀，而微粒或泥状物被流水携带至表面，使道床底空隙加大，进一步导致道床翻浆冒泥与道床沉降。

综合以上内容进行分析，因施工改变地下水渗流状态，使水集中流至隧道方向，基底长期浸泡承载力下降，是道床下沉的重要因素；地下水在列车长期作用下道床与仰拱填充间缝隙中渗水加速流动，冲蚀道床底部也是隧道整体道床下沉的重要原因。

3 整体道床病害整治措施

针对病害概括及病害原因，采取的措施是对整体道床抬升恢复线路高程、注浆密实加固道床基础、轨道精调作业恢复线路平顺性、衬砌漏水处进行高压注浆及凿槽引排渗水。

整体道床抬升：使用专用设备将高聚物发泡注浆材料混合注入道床基础下，通过高聚物发泡材料发泡膨胀产生抬升力使原结构恢复到垫板可调范围，同时均匀抬升原结构不会出现受力不均情况。钻孔深度达到回填层为准，一般孔深确定在1.2m，每隔1.5m 打一空，孔位以梅花桩形式布置。高聚物发泡材料为A、B 组合材料，该材料膨胀2 ～15 倍，初始反应时间5s～20s，10s～35s 后反应停止，15min 后强度可达到90%。

施工工序如下：1）钻孔。采用手持电锤进行钻孔，钻孔完成后应及时清理收集钻出粉尘，防止污染现场环境，并采用木塞对注浆孔进行临时封闭，防止水及杂质进入；2）安装注浆管。先将注浆孔周围清理干净，将注浆管插入注浆孔中，用大力钳夹住注浆管的外观，然后用扳手拧注浆管上部的螺母，使外管挤压橡胶管使橡胶管产生膨胀，从而封堵注浆孔，防止浆液沿着注浆管外壁上冒，注浆过程采用分次注入。3）注浆作业。注浆前，将注浆抬升区内轨下的调高垫板拆除，并将扣件重新拧紧。单次最大抬升量8mm，当抬升量超过8mm 时，应进行多次抬升。根据作业区段各点的拟抬升量确定注浆顺序及单次抬升高度，抬升高度应考虑注浆材料的膨胀性能，预留5mm 左右的抬升量。4）施工中监控：采用1 台精密电子水准仪对左右股高程监控，并安排专人对注浆点周围轨道结构进行观察。5）注浆管拆除及封堵：在注浆完成后，采用快速扳手迅速松开注浆管上紧固螺母，使注浆管的橡胶管自由伸展，然后用两把大力钳夹住注浆管用力拔出。顺坡段落线路经复测满足要求后，应对注浆孔进行封堵。

注浆填充加固：平行于轨道在两侧水沟边梅花形打设注浆孔（填充层表面），孔径φ42mm，注浆孔深1 m～2.2 m。压浆材料采用TGRM 特种灌浆材料，具有抗渗性、可灌性、凝结时间可调性、易操作性的突出特点，比一般水泥更细、流动度大。浆液配比∶水灰比=0.35 ∶1～0.4 ∶1，注浆压力：0.2MPa～0.6MPa。钻孔应避开基础内钢筋及从基础下通过的电缆、排水管等设备，压浆时须严格控制注浆压力，并设专人监控线路，确保线路不会因压浆而抬高，注意观察浆液的窜空跑浆情况并及时封堵。

轨道精调：根据轨道检查仪采集的数据进行全面分析，采用“先整体、后局部，先高低、后水平，先轨向、后轨距”及“削峰填谷”的方式确定总体调整方案逐枕木制定精调方案，优化扣件组合方式，使轨道平面、高程等几何尺寸趋于理论设计位置。

精调工序：1）根据调整量表准备各类调整件，备有余量；2）将调整量全部在轨脚进行初标识；3）对基准轨利用弦线进行核对后将正确的轨向调整量标识于挡肩，高低调整量标识于轨顶上；4）对非基准轨用道尺对轨距和水平调整量进行核对后，将正确的轨距调整量标识于挡肩上，水平调整量标识于轨顶上；5）按照“摆（调整件）、松（螺栓）、拆（扣件）、顶（钢轨）、清（杂物）、装（调整件）、紧（螺栓）、查（扭矩）、记（台账）”九个步骤更换扣件；更换扣件时，每次连续松开不宜超过5 个扣件；6）作业完毕后用轨检小车对调整后的轨道进行静态复测和验收。

高压注浆及凿槽引排：高压注浆钻孔间距视具体情况而定，一般为5cm～30cm（裂缝同向），钻孔深度约为结构物厚度一半。钻孔采用直径14mm 的特制钻头，钻孔穿过裂缝并与裂缝断面成45 °～70 °。采用水溶液聚氨酯化学灌浆材料，该材料遇水后自行分散、乳化、发泡，立即进行化学反应，形成不透水的弹性胶状固结体。对单点、股流、射水等水量较大的渗漏处，根据现场实际渗漏位置确定引排位置，成槽后通过纵向排水盲管将水引至侧沟，埋管后先用遇水膨胀橡胶止水条嵌缝，然后再封填堵漏材料，最后用防水砂浆填缝。

4 治理效果评价

对该隧道上下行K42+200-K45+500 进行道床注浆抬升加固及边墙渗水整治，结合天窗同步进行轨道精调。通过上行K42+200-K45+500 段动态轨检车及静态轨道检查仪数据分析，对整治效果进行评价。

上行K42+000-K46+000 段2021 年1—9月与2019 年同期TQI 对例如图3 所示，2021年1—6 月大于2020 年同期，变化范围在8.86～10.11mm。整治结束后T值下降明显，对比2020 年同期最大下降2.66mm，7—10 月均保持在（6.5±0.2mm）内，均已小于目标管理值。

图3 上行K42+000-K46+000 段整治前后TQI 对比

静态数据主要选取上行K42+200-K45+500段2021 年6—10 月与2020 年同期即整治前后轨道检查仪几何尺寸超作业验收病害数来评价整治效果上行病害总数下降219 处，主要由道床沉降、翻浆引起的高低、水平、三角坑病害数下降较多，分别下降93、66、29 处。轨向、轨距病害也有所减少，总体病害下降明显，具体如图4 所示。

图4 上行K42+200-K45+500 段整治前后静态病害变化情况

5 结论

西部地区某长大隧道整体道床沉降、翻浆病害的主要原因是施工改变地下水渗流状态，使水集中流至隧道方向，基底长期浸泡承载力下降；地下水在列车长期作用下道床与仰拱填充间缝隙中渗水加速流动，冲蚀道床底部使之空隙加大。

基于该隧道线路平顺性不良及整体道床病害原因分析，可采用整体道床抬升、注浆密实加固、轨道精调、高压注浆及凿槽引排等综合处理措施。

整治施工结束后，通过动态与静态检查相结合方式进行检测，结果表明：上下行轨检TQI值下降明显，均已达到目标管理值值，趋势稳定；静态轨道检查仪监测几何尺寸病害数下降明显，线路状态较整治前改善，整治效果良好。

由于渗水携带作用，会造成道床底部的流蚀，进一步导致翻浆下沉，渗水长期作用会使隧道基底承载力下降、沉降增大。无论是新建隧道还是既有隧道线路，都应重视隧道内渗水、地下水的处理，制定防渗、排水设施方案、施工质量控制及维护。