地铁运营线路道岔区整体道床沉降病害综合整治策略研究

张健强

（中铁第四勘察设计院集团有限公司，湖北 武汉 430063）

1 研究背景

随着城市轨道交通的快速建设，开通运营的地铁线路越来越多，地铁运营期的养护维修愈显重要。轨道整体道床因具有运行平稳、刚度均匀、疏散便利及维修量小等优点，在城市轨道交通中得到广泛应用。运营数据表明，轨道整体道床状况良好，但在线路主体结构变形、地下水冲刷、新老混凝土结合不牢以及部分线路道岔区段受长期列车运行振动的影响下，出现不同程度的轨道整体道床沉降病害[1]。道岔因其结构特性，对线路平顺性要求更高，加上道岔道床结构复杂、管线设备种类繁多等因素，道岔区整体道床沉降将会严重影响行车的舒适性和安全性，是威胁地铁安全运营的严重隐患之一[2]。

2 整体道床沉降病害整治常用方法

目前，国内各城市对运营线路轨道整体道床沉降病害的整治方法可分为道床翻修和注浆加固两大类[3]。

轨道整体道床翻修施工工期较长，施工组织复杂，维修成本较高，甚至可能需要列车中断运营，故较少采用。目前，整体道床沉降病害一般采用注浆加固法进行整治[4]，常用的注浆材料有EAA（乙烯丙烯酸共聚物）、树脂材料、聚氨酯材料、聚合物水泥砂浆等。

由于地铁列车行车密集、天窗时间短的特点，为确保地铁列车的安全运行，病害整治对施工的方案、工装、工艺及材料要求极高，很难进行重复施工，故上述病害整治方法需在土建结构变形收敛后进行。然而，某些地段在下部基础沉降过程中已然存在道岔区轨道几何形位超限情况，对列车运行形成安全威胁，轨道整体道床尚不能进行最终整治。为此，本文提出了地铁运营线路道岔区整体道床沉降综合治理方法，可对整体道床沉降病害发展全过程进行监测及整治处理。

3 道岔区整体道床沉降综合整治策略

道岔区整体道床沉降病害发展是一个长期的过程，首先应建立整体道床沉降监控平台，实时了解沉降动态。对于仍处于沉降期，但道岔区轨道几何形位已超限的情况，可通过设置弯折特制铁垫板调高扣件进行临时调整。同时，通过设置轨距拉杆钢架及钢制托梁进行临时加固，以保证道岔几何形位及道床强度满足行车安全要求。待沉降收敛后，根据道床病害情况，可分注浆修复、机械抬升+注浆修复、凿除岔枕重新浇筑混凝土平台等方法进行整治。为更直观显示综合治理方法，本文绘制了道岔区整体道床综合整治策略树图（见图1）。

图1 道岔区整体道床综合整治策略树图

3.1 道岔区整体道床沉降监控平台

在确定道岔区整体道床沉降区域后，为更全面反映沉降发展情况，在沉降区域及其前后一定长度范围内均应设置沉降观测点，利用视频监控系统、电子水准仪等设备实时监测钢轨、道床及土建结构的位移变化情况，建立道岔区整体道床沉降监控平台[5]。

监控平台可对不均匀沉降和整体沉降分别设置沉降阈值，当道床沉降量超过该值时，可及时对运营单位发出警报，提醒采取相应措施，如根据道床沉降值的危害程度，选取限速或停运等措施。

道岔区整体道床沉降监控平台还可长期使用，在病害整治后仍可监测其整治效果，保证道岔区安全服役。

3.2 道床沉降尚未稳定期间的临时调整措施

当道岔区整体道床沉降尚未稳定，而道岔区轨道几何形位超限时，需采取临时调整措施以确保行车安全。此时，常采用加塞调高垫板或设置加厚铁垫板的方式处理。地铁常用道岔的扣件调高量一般为+20mm左右，通过加塞调高垫板实现。当沉降量超过20mm时，仅用调高垫板已不能满足调整需求，需通过设置加厚铁垫板实现。但是，一方面，由于道岔区不同地段沉降值不一，铁垫板厚度要求不一，加厚铁垫板开模成本大；另一方面，加厚铁垫板将导致扣件螺钉长度增加，易出现剪切破坏，道岔结构稳定性变差。因此，本文提出设置弯折特制铁垫板的方式调高扣件（见图2），即将原道岔标准铁垫板焊接在弯折特制铁垫板上，承轨台部分螺栓孔与扣件钉孔距匹配一致，同时在承轨台两侧的弯折区域增设一定数量的螺栓孔，通过增加锚固螺栓来分摊因扣件调高引起的受力。弯折特制铁垫板下可根据需要填塞绝缘缓冲垫板，为铁垫板与混凝土道床之间提供缓冲，同时增加钢轨与道床之间的绝缘性，避免杂散电流泄漏。

图2 弯折特制铁垫板安装示意图

对沉降病害严重区段，为进一步加强轨道整体性及稳定性，避免道岔区轨道几何形位超限，还可以采取以下措施。

一是加强道岔区钢轨件的稳定性，对于沉降恶劣地段，通过加密设置轨距拉杆，并组成钢架，确保道岔区钢轨件的稳定性。

二是加强道岔整体道床及岔枕的整体性，在岔枕上或道床上设置钢制托梁（见图3），对道岔道床进行整体性加固。

图3 钢制托梁示意图

在沉降尚未稳定期间采取上述临时调整措施的同时，需实时关注监测数据，加密沉降病害地段的巡检次数，根据沉降变化情况及时调整道岔扣件的调高量。

3.3 道床沉降稳定后的永久整治措施

待下部基础沉降变形稳定后，根据轨道整体道床沉降病害现场具体情况及施工条件分类进行整治，整治措施主要有注浆修复、机械抬升+注浆修复、凿除岔枕重新浇筑混凝土平台等方法。

3.3.1 注浆修复

当道岔区道床与下部基础结构之间存在脱空问题时，可采用注浆修复的方法进行整治。注浆修复是指利用高压注浆设备将注浆材料经注浆孔注入脱空位置，对轨道整体道床进行抬升的整治方法。

考虑地铁运营线路天窗时间短、行车密集的特点，注浆材料应具备优良的渗透性、膨胀性、黏结性、耐久性以及较高的抗拉抗剪强度等特性，以满足列车运行安全的要求。常用的注浆材料有EAA（乙烯丙烯酸共聚物）、聚氨酯、环氧树脂、无机类水玻璃—水泥体系、硫铝酸盐体系等，可根据工程实际情况选用。

应结合道岔区道床结构尺寸和注浆材料扩展计算确定注浆孔的具体数量，注浆孔建议采用梅花形布置，分为填充孔和抬升孔两类。

在注浆前，应先对道床裂缝、道床水沟裂缝、道床伸缩缝等存在渗漏水问题处，进行封闭注浆处理，避免注浆时出现冒浆、串浆情况，确保最佳注浆加固效果。

在注浆过程中，一般先对线路最低点的抬升孔进行注浆，再对两侧的抬升孔进行注浆，然后按梅花形顺序对线路左右两侧填充孔进行注浆，最后对线路中间的填充孔进行隔孔注浆。同时，利用道岔区整体道床沉降监控平台对道岔区轨道几何形位、道床位移变化进行实时监控，以及时指导注浆量及注浆顺序的调整，确保注浆后道岔区轨道几何形位满足要求。

3.3.2 机械抬升+注浆修复

当道岔区道床与下部基础结构之间不存在脱空现象，直接注浆难以注入时，可先将道床抬升再进行注浆加固（见图4）。

图4 机械抬升+注浆修复示意图

在确定道床沉降病害范围后，拆除扣件及钢轨件，在道岔道床上植入吊装抬升锚固件，并在两侧连续安装一定数量的千斤顶，利用横梁与吊杆实现道床抬升。在道岔道床达到抬升高度后，对道床与下部基础间进行注浆，可根据工程实际情况选用注浆材料、制订注浆方案。

注浆结束后，及时对道床进行精调，确保道岔区轨道几何形位满足要求。

3.3.3 凿除岔枕重新浇筑混凝土平台

如果道岔区道床混凝土质量存在缺陷，或浇筑时下部基础面上的杂质、垃圾未及时清理，在长期列车运行振动下道床混凝土碎裂为粉末状，失去承载能力，将引发钢轨下沉等病害。此时，注浆材料难以充分扩散，不能使粉末状混凝土重新凝结达到原设计强度，故需凿除岔枕重新浇筑混凝土平台。

利用镶有金刚石的圆盘锯、绳锯或筒锯对准道岔区整体道床钢筋混凝土构件需要拆除的部位进行切割，直至结构底板。切割时采用水冷却方式，可有效降低切割设备温度、抑制粉尘及降低噪声。切割完成后，在钻孔处安装专用液压千斤顶，将道床块加压顶开，使其与结构底板完全分离，形成独立、体积较小的混凝土块。为便于道床混凝土块外运，可根据运输设备及距离情况，将道床切割为1.5～2.0m 长的小体积混凝土块。待旧道床清理完毕后，根据原设计方案重新浇筑混凝土平台。

上述方案一般施工工期较长，且需要暂停运营。若停运难度较大，可考虑采用钢支墩临时支撑，同时采取限速等措施，确保列车运营安全，此方案需根据工程情况进行具体的计算分析，本文仅提供思路，未做深入研究。

4 结论

本文提出了一种既有地铁道岔区整体道床沉降综合治理方法，根据不同沉降期的整体道床提出与之对应的处理方案，从而安全、高效地解决问题。主要结论如下。

一是建立整体道床沉降监控平台，可实时了解整体道床沉降动态，及时采取应对措施。

二是道床沉降尚未稳定期间可通过设置弯折特制铁垫板调高扣件，对沉降期间道岔几何形位进行临时调整，同时辅以轨距拉杆钢架、钢制托梁对钢轨及道床进行加固稳定，以确保行车安全。

三是道床沉降稳定后可根据问题类别及现场条件以注浆修复、机械抬升+注浆修复、凿除岔枕重新浇筑混凝土平台等方法进行道岔区道床沉降病害整治。