城市轨道地下线道床综合治理技术及配套设施研究

王祥

摘要：道床病害治理常见于高速铁路，但随着国内城市轨道的日趋完善，部分城市地铁运营年限已达几十年，针对病害路段，地下线整体道床病害综合治理是必然的趋势，但相比高速铁路的整治施工，地铁运营线路有着时间紧、空间小的特点，对施工技术、方案及工监测配套设施的应用提出了更高的要求;在保证不中断运营前提下，进行道床病害治理成为了同类施工的创新。

关键词：地下线道床病害、关键技术、施工监测检测、不中斷运营

一、引言

在列车长期碾压振动及水蚀等因素作用下，轨枕与道床的各项技术参数已无法满足列车安全运行的要求：

1、水患病害严重，且侵蚀时间较长，轨枕和道床钢筋锈蚀、胀裂已导致轨枕挡肩碎裂和粉化失效、道床贯通裂缝等各类缺陷，严重削弱道床结构整体性和稳定性。

2、混凝土道床结构层的薄弱部位细微裂缝发育，已呈不断扩展裂缝趋势，局部混凝土出现结构性断裂，因水侵作用，道床与垫层之间、垫层与底板之间已存在大面积透水层，导致基底与道床混凝土脱空，道床存在结构性断裂与下沉风险，直接影响轨道几何形位，危及列车运行安全。

笔者参与天津地铁1号线道床空陷、裂缝破损、翻浆冒泥综合治理工程（西站至西北角区间）施工，对地下线整体道床综合治理形成了一套成熟、适应性强、便于操作的方案。

二、地下线道床病害

天津地铁1号线运营检测中发现，里程K8+252～K9+488区段（西站至西北角区间的上行与下行线路道床，长度1.236公里区段）的道床病害较为严重，主要表现为：

1、短轨枕破损、空陷、粉化严重

大部分短轨枕开裂、挡肩损坏严重，挡肩出现大面积破损、掉块，短轨枕内部钢筋锈蚀、混凝土剥落严重，西站紧邻岔区的轨枕出现大面积碎裂、混凝土粉化，已经丧失轨枕块支撑固定钢轨作用。

2、道床开裂、渗水、空陷严重

轨枕块附近道床局部开裂，贯通性裂缝发育，最大裂缝宽度约4毫米，超过养护维修标准0.5毫米的限值。渗水病害严重，水沟排水不畅，道床底部与水沟边角处严重开裂，存在明显的渗漏冒水现象，局部道床面及沟床内大量积水，部分短轨枕及扣件长期浸泡在水中，出现碎裂、粉化、掉块、锈蚀等现象。

三、道床病害整治思路

采用“排水沟整治疏浚+锚固道床+低压注浆（填充基底与道床脱空）+轨枕修复与更换+道床整修”的方式，实现道床病害的综合治理。

1、整修疏浚排水沟

在排水沟适当位置凿出若干一定深度的集水坑，并利用小型泵排水，在施工期间始终保持水位高度低于道床底部，施工结束封闭回填。

2、道床锚固

采用扩底型自锁机械锚杆将道床板与基底连成整体并施加预应力锚固，防止地下渗水和低压注浆使道床板上浮。

3、低压注浆

用探测仪进行道床脱空区域范围和深度的探测、标识，划分注浆区域。在道床表面选取若干合适灌注孔，往单个方向连续低压注浆，将聚合物水泥砂浆完全填充于道床脱空处和出水缝隙处，有效重新整合道床板与基底，达到有效整治翻浆冒水的效果。

4、轨枕修复与更换

轨枕伤损未达到严重伤损的，通过对裂缝和缺损修复以继续使用;达到严重伤损的应立即整治并有计划的更换，对于失效轨枕应进行凿除更换。

5、道床修整

先采用打磨机进行全面打磨修整，清除道床和轨枕表层积垢、浮沉、油腻等脏污，再填补道床表面缺棱掉角及凹陷等缺陷，最后在道床表面涂刷一层混凝土保护剂，以达到防水、保护层的作用，防护内部钢筋锈蚀，延长结构寿命。

四、关键技术

1、混凝土短轨枕修补

施工流程：拆卸扣件→凿除轨枕→清理→立模→浇筑→增设临时扣件→次日打磨修补。

第一个天窗点：先拆卸扣件，用小尖头锤将修补部份凿成麻面，直至露出混凝土基材，将修补区域内混凝土浮尘清理干净，并将周围的脏污油泥刷洗干净;在结合面上用抹刀树脂涂料，往返涂匀，以润湿破损面，保证填料与表面粘结良好;涂好底层后，使用轨枕修补模具立模，对缺损部位进行填补树脂砂浆。修补轨枕采用“隔三做一”的原则，确保轨道稳定性，保证修补部位在列车荷载作用下不发生变化。如遇挡肩全部修复的情况，轨道稳定性无法保持，则采用膨胀螺栓锚固DJK5-1扣件在道床上（或安装绝缘轨距拉杆），用于临时固定轨道。

第二个天窗点：待砂浆硬化后，将高出原混凝土面的修补料用打磨器进行打磨，再用角磨机细砂轮抛光;拆除临时扣件，装回原扣件，恢复线路。

在确保运营安全的情况下，通过轨枕修复模具、轨道固定工具、高性能树脂砂浆等材料机具的配合，实现混凝土短轨枕性能及外观的修复。

2、混凝土短轨枕更换

施工流程：凿除轨枕→清理→安装临时支撑架→次日置入新枕→立模浇筑。

第一个天窗点：对需要更换的轨枕四周使用探测仪定位钢筋位置并做好标记，避开钢筋标记开凿位置，相邻轨枕更换间隔应在2天以上，左右股轨枕同时更换时应相错开至少两块轨枕间距;利用水钻群钻作业车对轨枕四周混凝土进行整体开凿，开凿完毕拆卸部分扣件、利用压机抬起钢轨取出损坏轨枕，随后恢复扣件及钢轨，在钢轨下放置临时支撑架，用电钻在道床上钻孔，打入膨胀螺栓，使用膨胀螺栓固定临时支撑架，并调整好临时支撑架扣板位置，固定好钢轨。由于支撑架安装简便，可靠性高，必要时可在一处安放多个增加安全性。

第二个天窗点：拆卸临时支撑架，在开凿排水沟侧壁后，放置新轨枕，随后立模，用搅拌机现场搅拌树脂砂浆，搅拌完成后浇筑养护。2h后，树脂砂浆强度大于等于10Mpa后拆模。

3、道床锚杆钻孔加固

施工流程：确定孔位→钻直孔→底部扩孔→清孔→注浆→自锁锚杆安装→固化→安装垫板螺母→切除外漏锚杆→修补抹平。

首先，使用钢筋探测仪检测表面钢筋位置，避开道床板钢筋，标注出打孔区域，确定打孔位置;采用风镐在标注好的开孔区域，先使用切割机切槽后开凿，使用真空吸尘器将坑槽中灰渣清除干净，在避开道床板钢筋的原则下，确定好钻孔位置，利用直径38毫米水钻，钻孔至结构底板内300毫米处，大约处于道床承轨台面下900～1050毫米范围内;最后用直径30毫米专用扩孔钻扩孔，将孔底扩成直径C50毫米倒锥孔。随后向孔内注浆，插入自锁锚杆，浆液以稍微溢出孔口为宜，锚杆锚固完毕后，采用高强修补料抹平坑槽。

在对道床板底部灌注砂浆之前，采用扩底型自锁机械锚杆将道床板与基底连成整体，并施加预应力锚固，防止地下渗水和低压注浆时压力使道床板上浮，加固范围为灌注砂浆区域前后两侧各延长5米。

锚固区域分为道岔道床区和普通道床区两部分：

（1）普通道床区：按照伤损等级评定和处理原则，选择道床注浆区域。道床横向单排锚固4根，纵向锚固间距1.2米，横向布置在两轨枕中心线位置，加固范围为灌注砂浆区域前后两侧各延长5米;

（2）道岔道床区：横向单排锚固8根，纵向锚固间距1.2米，横向布置在两轨枕中心线位置，加固范围为灌注砂浆区域前后两侧各延长5米。

4、道床脱空部位注浆加固

施工流程：布设观测点→钻孔清孔→布设注浆嘴→注浆前试验→注浆→探测→打磨修补。

在锚杆加固施工完毕后，组织人员对施工现场进行调查，内容包括：裂缝的位置、数量、长度、宽度，确定伤损类型、等级和处理原则。使用探测仪对道床脱空位置、范围进行探测，确定注浆区域。道床注浆区域布设位移观测点，注浆时，控制注浆压力并实时监控测量，防止道床位移。

根据裂缝长度及宽度，按照伤损评定等级确定处理原则，对可见道床表面裂缝采用环氧树脂胶进行修补封堵;对0.2毫米以上的裂缝，采用低压注浆修补。

施工结束后，首先进行复测，随后探测脱空部位注浆情况，如需补注则继续注浆，持续测量;注浆完成后，清理注浆嘴，封堵注浆嘴遗留孔洞。

注浆前，进行水压试验和注浆试验：水压试验注浆压力小于0.2MPa，确定注浆区域大小和渗漏区域，并对渗漏区域进行封堵，只保留一个出浆口;注浆试验用秒表记录压入和流出时间，并以此来确定注浆量、注浆压力、检查管路设备运行情况，注浆压力不超过0.2MPa。

根据设计参数，锚杆为扩底型自锁机械锚杆，锚入深度为900毫米左右，设计拉拔力170kN，每根锚杆控制上扬水压力范围为1.2米宽，注浆压力定为不超过0.2MPa，则锚杆控制的纵向最大受载间距为1.42米。考虑道床轨枕块纵向间距600毫米，取锚杆纵向间距1.2米。

五、施工监测检测

根据要求进行既有轨道交通隧道断面布设和监测点布设。道床结构脱离区域，约50延米，具体里程为：DK8+403.0～DK8+403.2、DK8+410.0～DK8+410.2、DK8+450.4～DK8+454.2、DK8+461.4～DK8+461.6、DK8+428.1～DK8+428.3、DK8+433.4～DK8+433.6、DK8+439.2～DK8+440.5。

1、道床变形

根据布设点位安装静力水准仪，施工过程中实时监测道床竖向变形、位置及频率;传感器布设及设备见下图。

变形监测控制值见表1。

2、振动监测

对施工前、施工中列车运行引起沿线建筑物振动进行测量，为施工中控制振动及评判提供实测依据。监测范围主要为道床病害整治區域1236米，主要检测更换普通短轨枕和道岔短轨枕的区域，更换道岔短轨枕区域为敏感区，即主要监测断面。根据现场施工进度及施工区域适时调整测点位置及间距。

振动监测设备及测试频率见表2。

3、注浆完整性检测

待注浆完成以后，用地质雷达对道床结构脱离区域全部检测，并采用抽样钻孔进行验证。

4、横推试验

为检验环氧树脂砂浆对轨枕和道床裂缝的修补效果，需测试修补部位的横向抗剪强度。测试方案为现场测试，待树脂砂浆达到强度后，现场随机抽取9组进行检测试验。

六、结语

综上所述，为保证地铁线路的正常运营，提高线路质量和性能是关键，地铁线路改造、整治及维护过程中，各类综合治理技术获得了广泛的应用和提升。在不中断运营情况下，进行地下线道床综合整治，对施工技术的合理可行，施工方案的有效实施、施工设备的组织保障提出了更高的要求，也对城市轨道的正常运营起着至关重要的作用。

参考文献：

[1]、《混凝土结构工程施工质量验收规范》（GB50204-2015）;

[2]、《城市轨道交通结构检测监测技术标准》（DBJ50/T-271-2017）;

[3]、《城市区域环境振动测量方法》（GB10071-88）。