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        運(yùn)營(yíng)客專(zhuān)隧道內(nèi)無(wú)砟軌道病害快速整治技術(shù)

        2019-03-26 08:11:32馬瑞華
        鐵道建筑技術(shù) 2019年11期
        關(guān)鍵詞:離縫床板整治

        馬瑞華

        (中鐵十七局集團(tuán)有限公司 山西太原 030006)

        1 病害情況

        山東青榮客專(zhuān)于家夼隧道,進(jìn)口里程為K272+069,出口里程為K274+566,全長(zhǎng)2 497 m。隧道內(nèi)采用CRTSⅠ型雙塊式無(wú)砟軌道結(jié)構(gòu),軌道結(jié)構(gòu)高度515 mm,道床板為縱向連續(xù)鋼筋混凝土結(jié)構(gòu),直接在經(jīng)拉毛處理的隧道仰拱填充層上構(gòu)筑[1],采用C40混凝土,寬度2 800 mm、厚度260 mm;道床板在變形縫處斷開(kāi)并設(shè)置伸縮縫。

        在天窗點(diǎn)內(nèi)作業(yè)檢查發(fā)現(xiàn),隧道上行線(xiàn)仰拱填充層與道床板離縫積水,軌道高程變化最大值達(dá)-5 mm(低于設(shè)計(jì)軌面高程5 mm),段落長(zhǎng)度達(dá)6 m。為此,對(duì)該段線(xiàn)路限速80 km/h通行。

        (1)道床板離縫

        軌道結(jié)構(gòu)道床板與仰拱填充間存在離縫,離縫間充水,現(xiàn)場(chǎng)可見(jiàn)粗骨料擠出及水流沖擊痕跡,其中上行線(xiàn)K273+660處最為嚴(yán)重,離縫高度最大達(dá)60 mm,伸入軌道板140 mm,呈楔形狀。道床板與填充層間離縫見(jiàn)圖1。

        圖1 道床板離縫并有碎石擠出

        (2)填充層表面積水K273+600~K273+750區(qū)段線(xiàn)間及線(xiàn)路與溝槽間積水淤積嚴(yán)重,中心水溝淤堵,仰拱

        填充層表面排水不良。積水情況見(jiàn)圖2。

        圖2 填充層表面積水

        (3)道床板裂縫

        K273+643~K273+691段共查出11條道床板裂縫,裂縫最大寬度2 mm。道床板裂縫統(tǒng)計(jì)見(jiàn)表1。

        表1 道床板裂縫統(tǒng)計(jì)

        2 病害產(chǎn)生機(jī)理分析

        利用地質(zhì)雷達(dá)配合基底鉆孔對(duì)基底結(jié)構(gòu)密實(shí)情況進(jìn)行了檢測(cè)[2],分別在兩側(cè)道床板與側(cè)溝間、兩道心和兩線(xiàn)間靠道床板側(cè)各布置2條測(cè)線(xiàn)。現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)見(jiàn)圖3。

        圖3 現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)

        現(xiàn)場(chǎng)踏勘和鉆孔取芯情況顯示,在K273+600~K273+750里程范圍內(nèi),主要表現(xiàn)為線(xiàn)間及無(wú)砟軌道與溝槽間積水,無(wú)砟軌道道床板與仰拱填充層間離縫、脫空、縫間充水并有粗細(xì)骨料擠出,道床板開(kāi)裂,仰拱與仰拱填充間存在不密實(shí)層,排水系統(tǒng)局部擁堵、失效。針對(duì)該病害,對(duì)病害形成機(jī)理進(jìn)行綜合分析研究。

        2.1 排水系統(tǒng)局部失效

        隧道道床排水?dāng)嗝嫒鐖D4所示。

        圖4 隧道道床排水?dāng)嗝?/p>

        (1)病害地段中心排水管檢查井淤積,橫向?qū)艹隹诘陀谥行呐潘苤行模ㄋ嬉韵拢?/p>

        (2)側(cè)溝溝底淤積物較多,堵塞了向中心排水管排水的導(dǎo)水管。

        (3)填充層線(xiàn)間及道床板與側(cè)溝間半圓排水槽不規(guī)則、排水通道不通暢[3]。

        2.2 承壓水滲入

        該隧道為半包防水,即:(1)拱部及邊墻采用復(fù)合式防水板、環(huán)向排水盲管,縱向排水盲管將拱墻部的水排入側(cè)溝并進(jìn)行地下水限排。(2)病害段位于富水地段,在仰拱底部和邊墻部位存在承壓水,水頭高于邊墻底部縱向排水盲管的承壓水可通過(guò)盲管排放至隧道側(cè)溝內(nèi),水頭低于隧道邊墻底縱向排水盲管的承壓水將賦存于隧底無(wú)法排放。(3)底部承壓地下水可沿環(huán)向施工縫或仰拱填充的薄弱環(huán)節(jié)向上滲入。

        2.3 列車(chē)動(dòng)載反復(fù)作用

        在填充層表面積水的情況下,填充層與無(wú)砟軌道道床板間的空隙形成水囊,在列車(chē)動(dòng)載及水壓力的劈裂雙重作用下裂縫不斷擴(kuò)展導(dǎo)致水囊不斷擴(kuò)大[4],在沖擊水流作用下,粗、細(xì)骨料相繼擠出形成離縫并不斷擴(kuò)展。

        3 病害整治技術(shù)

        3.1 整治方案原則制定

        運(yùn)營(yíng)客運(yùn)專(zhuān)線(xiàn)隧道整治具有天窗時(shí)間短、安全要求嚴(yán)、質(zhì)量要求高、操作空間小等特點(diǎn)[5]。整治工作是一項(xiàng)復(fù)雜的系統(tǒng)工程,必須堅(jiān)持以下原則:

        (1)針對(duì)隧道病害現(xiàn)狀,在對(duì)道床板離縫、脫空病害整治的基礎(chǔ)上[6],綜合考慮排水功能恢復(fù)、道床板裂縫修補(bǔ),并進(jìn)行隧底錨固注漿處理,做到標(biāo)本兼治、綜合治理。

        (2)整治方案制定時(shí),綜合考慮施工環(huán)境、天窗時(shí)間等客觀(guān)因素,優(yōu)化整治方案,不影響線(xiàn)路正常運(yùn)營(yíng)。

        (3)在整治過(guò)程中需隨時(shí)注意軌道的狀態(tài),增加監(jiān)控量測(cè)工作,若出現(xiàn)較大變化,需及時(shí)調(diào)整施工,確保安全。

        (4)由于隧道施工的復(fù)雜性、特殊性與不確定性明顯,在施工中需與設(shè)備管理單位密切配合,根據(jù)實(shí)際情況調(diào)整工藝。

        3.2 整治措施

        針對(duì)隧道無(wú)砟軌道道床板離縫及脫空、道床板開(kāi)裂、排水系統(tǒng)局部失效、基底結(jié)構(gòu)局部不密實(shí)等病害情況,采用“道床板離縫填充+裂縫修補(bǔ)+恢復(fù)排水系統(tǒng)+基底錨注”的綜合整治方案。

        (1)進(jìn)行全隧道水溝及橫向排水盲管清淤及填充層表面排水修復(fù),恢復(fù)排水系統(tǒng)功能。

        (2)在隧底不密實(shí)段打設(shè)注漿孔,安裝中空注漿錨桿,并灌注高分子加固材料,填充并固結(jié)仰拱與填充間虛渣且排出地下水,切斷隧底水源補(bǔ)給。

        (3)對(duì)病害段無(wú)砟軌道裂縫進(jìn)行調(diào)查登記,參考《高速鐵路無(wú)砟軌道線(xiàn)路維修規(guī)則》對(duì)裂縫進(jìn)行病害等級(jí)劃分,對(duì)Ⅰ、Ⅱ級(jí)裂縫采用“表面封閉法”進(jìn)行修復(fù),Ⅲ級(jí)裂縫采用“損傷修補(bǔ)法”[7],道床板與仰拱采用低收縮性、早強(qiáng)、粘結(jié)性能和流動(dòng)性較好的聚合物灌漿材料進(jìn)行填充。

        3.3 整治范圍

        (1)離縫填充整治范圍:根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)病害調(diào)查情況,在K273+600~K273+750里程范圍內(nèi),對(duì)離縫寬度大于3.0 mm的區(qū)段灌注TK-SL高聚物灌漿料進(jìn)行填充并植筋錨固;對(duì)離縫寬度小于3.0 mm的位置,采用低粘度樹(shù)脂材料進(jìn)行灌注。

        (2)基底錨注整治范圍:根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)踏勘及檢測(cè)情況,需對(duì)K273+640~K273+690里程范圍內(nèi)進(jìn)行注漿錨注。

        (3)泄水孔打設(shè)范圍:泄水孔按基底錨注范圍前后各5 m進(jìn)行打設(shè)。

        3.4 施工步驟及操作要點(diǎn)

        3.4.1 恢復(fù)排水系統(tǒng)功能(第一步)

        對(duì)全隧(特別是道床有積水或襯砌有滲漏水情況的區(qū)段)進(jìn)行排水系統(tǒng)全面排查,按照原設(shè)計(jì)要求恢復(fù)排水系統(tǒng)功能。

        3.4.2 無(wú)砟軌道裂縫修補(bǔ)(第二步)

        (1)針對(duì)Ⅰ、Ⅱ級(jí)裂縫采用“表面封閉法”[8]。

        ①使用鋼絲刷將裂縫表面兩側(cè)刷毛,用真空吸塵器清除灰塵等雜物。當(dāng)裂縫內(nèi)有明水時(shí),應(yīng)采用熱風(fēng)機(jī)等將裂縫處吹干。

        ②稱(chēng)量并配制表面封閉用修補(bǔ)材料。修補(bǔ)材料采用聚合物水泥基材料,用手持式攪拌機(jī)或?qū)S脭嚢杵鲗⑿扪a(bǔ)材料攪拌均勻。

        ③沿裂縫表面涂刷一層底涂材料,可采用高聚合物乳液合成的聚合物水泥基材料。

        ④待底涂材料表干后,涂刷表面封閉用涂層材料[9],涂刷3遍以上,以涂層厚度達(dá)到300μm以上為宜。每遍涂刷都要等到上遍涂層材料表干后再涂,且兩次涂刷方向相互垂直。

        (2)針對(duì)Ⅲ級(jí)裂縫及道床結(jié)構(gòu)與線(xiàn)下基礎(chǔ)間裂縫采用“低壓注漿法”。

        ①使用鋼絲刷清潔裂縫區(qū)域表面,用真空吸塵器清除周?chē)s物。

        ②采用封縫材料封閉裂縫,并間隔30 cm安裝注漿咀。

        ③通過(guò)注漿器向裂縫內(nèi)注入修補(bǔ)材料,注漿壓力推薦為0.3~0.5 MPa,按照裂縫分布情況采取自下而上灌注順序,直至注滿(mǎn)為止。

        ④當(dāng)修補(bǔ)材料固化后,去除封縫材料與注漿咀,并將裂縫表面打磨平整。

        ⑤在裂縫表面涂刷裂縫封閉材料,其修補(bǔ)材料及工藝與“表面封閉法”相同。

        3.4.3 道床板離縫填充(第三步)

        (1)離縫內(nèi)進(jìn)行清理,清除縫內(nèi)剝落及疏松部分并用高壓水流對(duì)縫內(nèi)泥漿進(jìn)行沖洗,清洗完畢后用高壓風(fēng)進(jìn)行二次清理及干燥。

        (2)按照離縫寬度選擇模板或無(wú)模板法進(jìn)行修補(bǔ)。當(dāng)?shù)来舶暹吘夒x縫寬度大于10 mm時(shí)需安裝模板;小于10 mm但大于3 mm時(shí)釆用快硬水泥進(jìn)行封縫;小于3 mm時(shí)采用快硬水泥或封縫帶進(jìn)行封縫。離縫填充封堵見(jiàn)圖5。

        圖5 離縫填充示意

        (3)按照離縫寬度選擇不同的填充材料[9]:離縫寬度大于3 mm時(shí)采用TK-SL高聚物灌漿料;離縫寬度小于3 mm時(shí)采用低粘度樹(shù)脂進(jìn)行填充。

        (4)離縫大于3 mm填充步驟:①在軌道板面上鉆取直徑為8 cm的灌漿口及觀(guān)察口。灌漿口與觀(guān)察口的間距為1.3 m。灌注口與觀(guān)察口用模板加高,加高高度為50 cm。②設(shè)置排氣口,排氣口設(shè)置于軌道板側(cè)面,排氣口、灌注口及觀(guān)察口的間距為50 cm。③用模具進(jìn)行立模。立模時(shí),縫邊統(tǒng)一外封。④采用機(jī)械進(jìn)行攪拌,攪拌后靜止1 min后進(jìn)行灌漿。⑤當(dāng)所有排氣口都出現(xiàn)連續(xù)砂漿后,灌注口繼續(xù)灌注,確保砂漿液面高于軌道板面50 cm,待觀(guān)察口出現(xiàn)連續(xù)砂漿后停止注漿并清理現(xiàn)場(chǎng)。

        (5)離縫小于3 mm填充步驟:①在離縫較寬處及離縫端部等位置合理地粘結(jié)注漿咀[10],注漿咀間距約為20~30 cm。應(yīng)特別注意涂抹封縫膠時(shí)要防止堵塞注漿咀。②采用專(zhuān)用快硬水泥或封縫膠涂抹離縫表面進(jìn)行封縫,涂抹的厚度約3 mm,寬度約25 mm。③從離縫的任意一端,把注漿管連接到注漿咀上,注漿前要保證所有的注漿咀都處于開(kāi)啟通氣狀態(tài)。④將雙組分料筒連接混合管,混合管與注漿管相連。開(kāi)始注入修補(bǔ)材料,當(dāng)下一注漿咀有漿液漏出時(shí),輕拉注漿咀上部關(guān)閉,同時(shí)繼續(xù)注射直至無(wú)法再注入修補(bǔ)材料,拔下注漿管,輕拉關(guān)閉注漿咀,把注漿管連接到最后有漿液漏出的注漿咀上,繼續(xù)注漿。依此,直到離縫另一端的注漿咀中有漿液流出時(shí),關(guān)閉所有的未關(guān)閉端口,完成離縫注漿。

        (6)離縫注漿完成約30 min以后,灌漿材料基本硬化,即可去除注漿咀,同時(shí)采用打磨機(jī)清理表面封閉材料,然后刷涂防水涂覆材料。

        3.4.4 錨注一體化(第四步)

        錨注一體化布置見(jiàn)圖6。

        圖6 錨注一體化布置

        (1)布孔與鉆孔:鉆孔縱向間距1.5 m,孔口中心距軌道板邊緣30 cm,確保位置恰當(dāng)、準(zhǔn)確。根據(jù)放線(xiàn)位置進(jìn)行鉆孔作業(yè),鉆孔直徑為70 mm,深度以進(jìn)入仰拱結(jié)構(gòu)10 cm為宜,已打設(shè)完畢的鉆孔進(jìn)行清孔。

        (2)錨桿安裝:對(duì)成孔進(jìn)行檢查,確認(rèn)沒(méi)有塌孔或堵塞現(xiàn)象,按要求安裝中空注漿錨桿。錨桿選用φ32 mm中空注漿錨桿,安裝到位后安裝止?jié){塞、錨桿墊板及螺母等配件。

        (3)注漿:注漿前先壓注清水沖洗干凈,按要求連接注漿設(shè)備各部件并連接注漿管,啟動(dòng)設(shè)備進(jìn)行注漿。漿液采用加固型高分子材料,注漿壓力0.3~0.5 MPa。注漿按照先中間后兩邊、先低后高的順序進(jìn)行,當(dāng)壓力快速增長(zhǎng)或有漿液由出水點(diǎn)或相鄰錨桿孔處溢出時(shí),停止注漿并轉(zhuǎn)至下個(gè)孔位。注漿過(guò)程中需嚴(yán)密監(jiān)控線(xiàn)路幾何尺寸,防止壓力過(guò)大造成基床抬升。注漿結(jié)束后線(xiàn)路部門(mén)應(yīng)對(duì)注漿范圍內(nèi)線(xiàn)路尺寸進(jìn)行測(cè)量,確保行車(chē)安全。

        3.4.5 植筋錨固與泄水孔打設(shè)(第五步)

        植筋錨固布置見(jiàn)圖7。

        圖7 植筋錨固布置(單位:cm)

        (1)定位鉆孔:根據(jù)整治方案在軌道板上標(biāo)定鉆孔位置,鉆孔直徑32 m。

        (2)清孔:鉆孔完畢后,利用小型空壓機(jī)或吹風(fēng)機(jī)進(jìn)行清孔,確保孔壁無(wú)塵,并用吹風(fēng)機(jī)將孔壁吹干。

        (3)注膠:將膠槍上的混合噴頭伸進(jìn)孔的底部,且每一次扣動(dòng)扳機(jī)感覺(jué)有明顯壓力后慢慢抽出,藥劑填滿(mǎn)孔深的2/3時(shí),停止注膠。

        (4)插筋錨固:根據(jù)植入深度,在處理好的鋼筋除銹端做明顯標(biāo)記,然后插向孔洞,一邊插一邊向同一方向緩慢旋轉(zhuǎn)[11],直至孔洞底部為止,此時(shí)應(yīng)有錨固膠從孔洞內(nèi)溢出。

        (5)泄水孔打設(shè):在側(cè)溝及中心排水溝處設(shè)置一排泄水降壓管,鉆孔采用50 mm直徑,間距2 m/孔,深度至仰拱下50 cm。采用粒徑10~15mm碎石填充,預(yù)留1m孔口管,采用直徑40 mm的PVC管,孔口管高于混凝土面并做好防堵塞措施,防止水溝流水倒灌與堵塞??卓诠芘c水溝底結(jié)合處采用無(wú)紡布包裹。

        3.5 實(shí)施效果

        該段隧道內(nèi)道床板離縫整治共打設(shè)泄水孔76個(gè),打設(shè)錨注一體化中空注漿錨桿240根,道床板裂縫修復(fù)11條,道床板離縫灌注78 m,打設(shè)道床板植筋錨固鋼筋42根,疏通排水通道460m。通過(guò)以上整治措施,重新精調(diào)后的軌道平順、穩(wěn)定,滿(mǎn)足驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)的要求。

        無(wú)砟軌道道床板離縫整治完成1年后觀(guān)察,整治效果良好,無(wú)砟軌道離縫處填充材料完整、無(wú)開(kāi)裂現(xiàn)象;填充層表面排水情況良好,無(wú)積水現(xiàn)象發(fā)生;軌道穩(wěn)定,線(xiàn)路狀態(tài)良好。

        4 結(jié)束語(yǔ)

        我國(guó)高速鐵路大多采用無(wú)砟軌道結(jié)構(gòu),隨著高速鐵路運(yùn)營(yíng)時(shí)間的增加,無(wú)砟軌道結(jié)構(gòu)不同類(lèi)型的病害也相繼出現(xiàn)[12]。在借鑒國(guó)內(nèi)外無(wú)砟軌道病害維修整治經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上,總結(jié)出針對(duì)不同類(lèi)型病害的快速維修技術(shù),從而進(jìn)一步推動(dòng)高速鐵路無(wú)砟軌道技術(shù)的進(jìn)步。

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