馬凌宇

(呼和浩特鐵路局，內(nèi)蒙古呼和浩特010057)

京包線旗下營隧道基底結(jié)構(gòu)病害整治對策探討

馬凌宇

(呼和浩特鐵路局，內(nèi)蒙古呼和浩特010057)

針對京包鐵路旗下營隧道存在的基底下沉與翻漿冒泥等，分析了基底病害類型及成因機理，確定了基底結(jié)構(gòu)病害整治的總體思路，采用了鉆探與物探相結(jié)合的基底病害檢測手段，在掌握隧道基底現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上，提出了可改善隧道基底結(jié)構(gòu)受力性能的錨固樁結(jié)合灌注高分子樹脂材料的病害加固處理措施，對既有鐵路隧道基底結(jié)構(gòu)的病害處理具有借鑒意義。

基底結(jié)構(gòu) 鉆探 物探 病害整治 對策

1 隧道概況

京包線大同至包頭段旗下營隧道，位于內(nèi)蒙古自治區(qū)旗下營鎮(zhèn)民族車站附近，1959年開工，1983年建成，2007年隧道落底改建為電氣化鐵路隧道。旗下營隧道為兩座單線隧道，上行線(右線)隧道起訖里程為K612+425—K614+033，總長1 608 m，坡度為7.3‰，6.2‰的下坡;下行線(左線)隧道起訖里程為K612+ 475—K614+043，總長1 568 m，坡度為7.3‰的下坡。左右線隧道均位于直線上，線間距為18 m，兩線間設(shè)有5個橫通道。

旗下營隧道地處中低山，山體總體東陡西緩，進口自然坡度35°～45°，出口自然坡度15°～20°，植被不發(fā)育，梁頂?shù)匦屋^為平緩，部分辟為墓地、林地。

根據(jù)既有勘測資料及現(xiàn)場調(diào)查，隧道圍巖為Ⅱ，Ⅲ級，屬大理巖、花崗片麻巖。隧道地表水不發(fā)育，各溝內(nèi)夏秋季節(jié)無水流，僅當降水時有水流?；鶐r裂隙水主要受大氣降水補給，水量一般，但長期的滲透對隧道穩(wěn)定性有一定的影響。

2 病害情況

2.1 表觀特征

調(diào)研表明，旗下營隧道存在不同程度的病害，主要表觀特征為水溝蓋板和擋砟墻有明顯的下沉痕跡，線路標高變化較快，列車通過時有不同程度的振動。工務(wù)部門主要采取及時添加道砟與墊高軌道等方式控制基底下沉。該隧道病害主要表現(xiàn)為:

1)動變形過大。K612+400—K612+630區(qū)段線路晃動嚴重，不得不限速45 km/h運行。上行K612+ 585處萬噸大列通過時鋼軌上下晃動幅度為15 mm。

2)積水嚴重。K612+565—K612+625隧道鋪底混凝土頂部與道床底部有不同深度的積水，并且道床底部有20 mm厚的類似巖漿淤泥，積水最大深度達130 mm，位于K612+575—K612+610。

3)隧道底板斷裂。檢查隧道內(nèi)設(shè)備時發(fā)現(xiàn)在K612+815等多處存在隧道底板斷裂現(xiàn)象。

4)基底脫空。排水溝疏通后發(fā)現(xiàn)，底板混凝土與圍巖脫離，排水溝堵塞，淤積嚴重。K612+620，K612 +615，K612+585處由排水溝側(cè)墻擠出類似巖漿淤泥，同時在側(cè)墻(向道床方向)挖出了河卵石和碎石子。

2.2 成因分析

1)地下水的影響

地下水對基底結(jié)構(gòu)的影響主要有以下幾個方面:①軟化作用，地下水對隧道圍巖具有軟化作用，導(dǎo)致圍巖承載力降低;②潛蝕作用，地下水潛蝕作用下，圍巖與底板混凝土交界處小顆粒被地下水帶走，導(dǎo)致基底結(jié)構(gòu)出現(xiàn)吊空現(xiàn)象;③水壓作用，列車通過時和通過后的正負水壓對結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的反復(fù)抽吸作用導(dǎo)致并加劇基底結(jié)構(gòu)劈裂與擴展;④翻漿冒泥，基底結(jié)構(gòu)開裂后，地下水的存在容易出現(xiàn)類似巖漿的翻漿冒泥。

2)循環(huán)荷載與振動的影響

列車的循環(huán)荷載與振動對基底結(jié)構(gòu)病害的影響主要有以下幾個方面:①沖擊作用，基底結(jié)構(gòu)動應(yīng)力分布不均衡產(chǎn)生的較大彎拉應(yīng)力，致使基底開裂破壞;②振動作用，列車的反復(fù)振動會加速隧道基底結(jié)構(gòu)裂縫的擴展，引起并加劇隧道基底混凝土斷裂破壞;③疲勞作用，隧道基底結(jié)構(gòu)在長期循環(huán)荷載作用下，必然會逐步產(chǎn)生疲勞破壞;④擾動圍巖，基底圍巖在受壓、卸壓、振動、沖擊下破碎、粉化甚至漿化，惡化了結(jié)構(gòu)受力狀態(tài)，加劇了地下水的影響。

3)隧道底部存在缺陷

受修建時期設(shè)計標準和施工技術(shù)條件的限制，隧道底部存在缺陷，主要表現(xiàn)在:①底板結(jié)構(gòu)厚度不足，鉆探表明，基底結(jié)構(gòu)混凝土厚度多數(shù)存在不足;②基底虛渣，基底施工時受環(huán)境限制，巖面高低不平，松散渣石厚薄不勻，虛渣未清理干凈，模板不平整，造成圍巖與混凝土之間吊空，粘結(jié)不良;③基底結(jié)構(gòu)完整性差，施工時交替進行，不成整體，接縫處易開裂。

2.3 物探檢測

通過探地雷達結(jié)合鉆探手段對旗下營隧道基底結(jié)構(gòu)病害區(qū)段進行檢測。主要檢測內(nèi)容包括:隧道基底結(jié)構(gòu)完整性;隧道基底吊空、回填不實以及厚度不足等;隧道底部異常地質(zhì)性質(zhì)、規(guī)模和分布。結(jié)果表明:旗下營隧道基底主要病害為基底結(jié)構(gòu)破損與脫空，上行隧道基底存在98處不同程度的破損，總長度約為512 m，下行隧道基底存在39處基底破損情況，總長度約為356 m。該類病害異常在雷達剖面上表現(xiàn)為，同相軸錯斷、彎曲，反射零亂，在存在高吸收物質(zhì)時雷達波反射回來的能量較弱等特點。

3 隧道基底病害整治措施

依據(jù)原有設(shè)計、施工、養(yǎng)護維修等資料，通過隧道基底檢測得出基底不同缺陷和病害產(chǎn)生原因及其分布、尺寸、規(guī)模等，結(jié)合線路天窗時間與作業(yè)空間等特點，提出經(jīng)濟合理的基底強化整治措施。隧道基底結(jié)構(gòu)的強化措施主要有基底結(jié)構(gòu)加固或置換、基底圍巖加固以及疏導(dǎo)排水。

針對京包線旗下營隧道基底下沉及翻漿冒泥病害，綜合考慮天窗時間短、限速條件苛刻、操作空間有限等限制，建議使用施工工藝較為簡單的“基底錨注一體化”整治方案。

3.1 “錨固樁+注漿”加固方案

旗下營隧道基底結(jié)構(gòu)存在一層不低于50 cm的完整性較好的鋼筋混凝土層，通過錨固樁把底板結(jié)構(gòu)與承載能力較好的圍巖錨固形成一個整體結(jié)構(gòu)，協(xié)同受力。通過在底板注漿提高基底結(jié)構(gòu)破碎狀態(tài)下的綜合整治效果。

采用漲殼式預(yù)應(yīng)力錨桿:①樁徑d=40 mm;②樁長L=底板厚度+嵌巖深度=1.2 m;③嵌巖深度不小于0.6 m;④樁間距a按承載力計算且結(jié)果滿足a＞ 3d。錨樁平面布置如圖1所示。

圖1 錨樁平面布置示意

注膠采用TKSGT高分子樹脂材料，其作用:①能夠在淤泥中反應(yīng)，并能把水擠走，防止基底翻漿冒泥;②固結(jié)虛渣，填充基底空洞，改善基底結(jié)構(gòu)整體性，提高其承載能力，防止基底下沉。注膠材料特性:①黏度低，能很好地滲入細小裂縫中;②膠結(jié)能力強，能與地層形成很強的粘合;③憎水，能在水中反應(yīng)，生成物不溶于水;④速凝，2 min初凝，30 min強度達到50 MPa;⑤環(huán)保，不變質(zhì)、不老化、無污染。

現(xiàn)場注漿加固施工工藝流程如圖2所示。主要技術(shù)參數(shù)包括材料配合比、漿體溫度、注漿壓力和穩(wěn)壓時間等，這些參數(shù)需要根據(jù)現(xiàn)場實際情況和所用注漿材料綜合考慮。3.2加固效果

圖2 現(xiàn)場注漿流程

通過列車載荷作用下軌道結(jié)構(gòu)動變形測試和注漿前后物探云圖變化情況，來評價旗下營隧道病害整治的加固效果。

1)動變形分析

動變形可反映隧道基底結(jié)構(gòu)的使用狀態(tài)，其值過大易造成基底結(jié)構(gòu)累計變形，增大維修工作量，影響行車安全。旗下營隧道基底加固前后軌道結(jié)構(gòu)動變形的對比如圖3所示。

測試位置加固前軌道板有脫空現(xiàn)象，處于病害狀態(tài)，列車經(jīng)過時產(chǎn)生的動變形較大，造成脫空縫隙處積水上涌，并有噴涌現(xiàn)象。加固后軌道板與基巖的脫空裂縫處被注入了加固材料，使縫隙里的水被擠出。由圖3可看出:加固前，貨車通過時道床板的動變形最大達到1.02 mm;加固后，貨車通過時道床板的動變形減少為0.41 mm?？梢娀准庸堂黠@地改善了列車通過時的動力響應(yīng)。

2)物探測試

地質(zhì)雷達檢測發(fā)現(xiàn)，隧道加固前部分區(qū)段存在基底不密實、脫空及破碎斷裂現(xiàn)象。加固區(qū)段病害見表1，加固前后地質(zhì)雷達檢測反射圖見圖4。

圖3 貨車通過時基底加固前后軌道結(jié)構(gòu)動變形對比

表1 旗下營隧道內(nèi)主要病害

圖4 加固前后地質(zhì)雷達檢測反射圖

由圖4可見，加固后病害大小和深度都明顯縮短，除個別區(qū)段仍然存在結(jié)構(gòu)不密實、破損及脫空現(xiàn)象外，隧道基底結(jié)構(gòu)的整體密實狀況得到明顯改善，說明加固措施發(fā)揮了較好作用。

4 結(jié)論與建議

本文對京包線旗下營隧道多年運營后基底結(jié)構(gòu)出現(xiàn)的病害成因進行分析，并對其加固對策進行了探討。明確了隧道病害整治思路，提出了隧道基底結(jié)構(gòu)病害量化檢測方法。根據(jù)基底結(jié)構(gòu)病害類型提出了“錨固樁+注漿”的整治對策，加固前后貨車作用下基底結(jié)構(gòu)動變形與地質(zhì)雷達探測結(jié)果對比分析表明，采用“基底錨注一體化”加固方案對旗下營隧道基底病害整治效果良好。

［1］王哲龍，王起才，馬麗娜.探地雷達在隧道病害檢測中的應(yīng)用［J］.水利與建筑工程學(xué)報，2009，7(4):123-125.

［2］曾水長.既有鐵路隧道病害整治［J］.鐵道建筑，2009(8): 40-41.

［3］牛亞彬，張千里，馬偉斌.重載鐵路隧道病害產(chǎn)生機理及治理措施［J］.鐵道建筑，2012(7):34-37.

［4］卓益平.某隧道病害原因分析及整治加固技術(shù)［J］.公路交通技術(shù)，2010(8):114-116.

［5］賴金星，張騫，董自超.梁家山隧道病害成因綜合勘察分析與處治措施［J］.工程勘察，2010(7):27-29.

［6］田英，劉楠.大秦鐵路隧道基底病害整治方法探討［J］.鐵道建筑，2014(11):87-89.

［7］孟憲洪.重載鐵路隧道隧底翻漿冒泥整治技術(shù)研究［J］.鐵道建筑，2014(6):69-71.

［8］劉杰，程遠水，姚建平.綜合物探技術(shù)在石膏巖巖溶路基探測中的應(yīng)用［J］.鐵道建筑，2015(1):63-66.

［9］傅文志.營業(yè)線隧道基床病害整治辦法探討［D］.四川:西南交通大學(xué)，2010.

［10］馬偉斌，史存林，張千里.循環(huán)載荷作用下基床力學(xué)特性對道床影響的動態(tài)模型試驗研究［J］.鐵道學(xué)報，2006(8): 102-108.

(責(zé)任審編李付軍)

TU375.4

A

10.3969/j.issn.1003-1995.2015.02.21

1003-1995(2015)02-0076-03

2014-07-20;

2014-08-30

鐵道部科技研究開發(fā)計劃項目(2012G011-B)

馬凌宇(1982—)，男，甘肅渭源人，工程師。