整体道床隧道常见病害及整治

维普资讯 http://www.cqvip.com 成铁科技２００４年第２期　工作交流　ｊ　整体道床隧道常见病害及整治　互采孽　障　王永东：彭山工务段技术室　助理工程师　彭山路电：０６２２—６５３０３　陈　荣：彭山工务段技术室　摘要工程师　彭山路电：Ｏ６２２—６５２５８　对整体道床隧道支撑块挡肩损坏、支撑块松动和道床下沉等主要病害原因进行了简要分析，并针　对道床下沉和支撑块松动病害详述了压注ＴＧＲＭ水泥基特种灌浆料整治方案及工艺；简述了对支撑块挡肩　损坏用　ＲＢｏ１ｏｏ嵌补方案及工艺。　关键词１ＧＲＭ　ＣＡ砌　１ｏｏ整体道床挡肩盒　１引言　应力，便发生道床纵、横向断裂、变形、下沉。隧道内　丰富的地下水也是病害的主要诱因，隧道中心浅排　水沟根本不能排出道床基础积水，使道床基础长期　在成昆铁路隧道工程建设中，除有碴道床隧道　外，整体道床隧道，曾作为一种新型的道床模式，作　为一种有益的技术探索，得以尝试应用。在我段所　维修养护的９１座隧道中，有７座整体道床隧道，与　有碴道床隧道相比，整体道床隧道具有道床整洁、无　需捣固，线路养护维修工作量少等优点，但在成昆铁　受积水浸蚀，列车通过时，基床发生抽吸作用，在列　车荷载反复冲击下形成泥浆冒出，进而使基底局部　掏空，线路下沉。近年列车高速、重载、大密度运行　的特点，更是加剧了隧道病害的恶化。如成昆线　Ｋ１９６＋１９９的百家岭隧道，基础松散地段日下沉２—　３ｍｍ，最大静态下沉量达２０ｍｍ，动态下沉约１０ｍｍ，　路３Ｏ余年的营运过程中，整体道床隧道不断发生短　枕木头松动腐朽、道床承轨台断裂下沉、中心排水沟　开裂等病害。１９８８年起，整体道床隧道短枕木头逐　年更换为钢筋砼支撑块，成段封闭中心沟，改作深侧　沟排水，又引发支撑块松动及支撑块挡肩损坏等病　害。据历年病害整治竣工文件记载，我段７座整体　线路扣件不能持力，几何尺寸难以保持。支撑块主　要病害是支撑块松动和支撑块挡肩损坏，线路外侧　支撑块挡肩损坏主要原因是线路提速后隧道内小半　径曲线普遍欠超高，加之支撑块构造上缺陷（曲线弹　条，ＩＦ—Ｙ型扣件支撑块挡肩未布筋），在列车横向　冲击力的作用下，挡肩混凝土溃碎；如Ｋ２８３＋３９３利　子依达隧道，隧内线路有两组曲线，半径分别为　４５０ｍ和５００ｍ，支撑块外股外侧支撑块挡肩损坏率　道床隧道病害整治次数及整治投资均远远超过其余　８４座有碴道床隧道总和，整体道床隧道病害为何　“久治不愈”？　２整体道床隧道病害原因分析　达３Ｏ％，连２、连３挡肩损坏和支撑块松动现象较为　普遍。支撑块松动下沉原因是短枕木头更换为砼支　撑块的埋设施工中，由于线路行车的冲击和振动，支　撑块与道床砼没有粘结牢固。整体道床下沉、支撑　块松动、支撑块挡肩损坏三种整体道床病害，直接破　坏线路几何尺寸，严重威胁铁路行车安全。　整体道床隧道道床结构弹性差，抗冲击能力弱　是隧道病害频发的根本原因。我段整体道床隧道均　建成于上世纪６０年代，受当时施工技术条件，　隧道道床新工时存在普遍超、欠挖，造成道床基础承　载能力不均匀；隧道穿越地段地质构造复杂，岩层节　理、裂隙发育，营运多年后，道床局部受力超过容许　１４·　维普资讯 http://www.cqvip.com 誓奠互作交流嚣爵　成铁科技２００４年第２期　３整体道床隧道病害常用整治方案　基础，加剧了病害发展；隧道内支撑块松动３３块，最　严重处连续４块支撑块松动；全隧道共有１０４块支　由道床基础被掏空引发的道床局部随基础断裂　下沉，道床承轨台部分因混凝土较厚（通常厚度０．　５ｍ一１．２ｍ间），强度相对较高，承轨台自身并没有发　撑块挡肩损坏，连２、连３普遍，线路高底、水平等几　何尺寸难以保持，严重危及行车安全。　４．２压注ＴＧＲＭ水泥基特种灌浆料整治整体　道床下沉　生溃碎损坏，而是整体随基础下沉，这类病害较为有　效的整治方案是更换道床，需要线路慢行或封锁施　工，扣轨作业，对行车干扰大，并且产生大量隧道弃　２００３年６月，我们利用ＴＧＲＭ水泥基特种灌浆　料对成昆线Ｋ２８９＋５７７尼日１　隧道１２１ｍ整体道床　碴，既不经济，又不环保；支撑块松动常用整治方案　是挖除并重新预埋，单个抽换支撑块作业不影响线　路行车，但连续更换支撑块也需要采取限速措施以　保障线路行车安全；支撑块挡肩损坏通常采用水泥　砂浆修补，但修补后的支撑块难以提供足够的横向　阻力，很快又被重新挤裂，不能取得令人满意的整治　效果。　４整体道床隧道病害整治新方法　４．１成昆线尼日１　整体道床隧道病害情况简　介　４．１．１成昆线尼日１　隧道位于尼日　苏雄　间，隧道全长３９０４．５米，为整体道床隧道，中心浅沟　排水，隧内线路分别位于１２．１‰和１３．０％。的上坡，　有三组半径分别为５００ｍ、４５０ｍ及８００ｍ的曲线。隧　道通过地段岩层，为印支期的石英斑岩和花岗石，震　旦系小老姆坪开建桥工程地质组第一段砂岩和玄武　岩。由于印支期岩浆岩的两次入侵挤压，使周围的　震旦系凝灰质砂岩产生了一些小扭曲的东西褶皱，　宽达数十厘米的断裂破碎带较为发育，裂缝也较为　发育，隧内地下水丰富。　４．１．２尼日１　隧道建造薄弱环节主要有：设　计标准低，道床混凝土设计标号为１１０级；施工质量　差，存在普遍超挖回填不实现象；地质不良，地下水　非常丰富。尼日１　隧道投入运营后多次进行局部　整体道床更换，但未更换地段不久又发生下沉，“头　痛医头，脚痛医脚”，一直没能彻底根治病害。２００３　年４月检查发现：ｌ（２９０＋００—０ｒ７８，ｌ（２９０＋２８５—２９５，　Ｋ２９０＋３５８—３６５，Ｋ２９０＋６００—６１２，Ｋ２９０＋７１６—７３０，　共计１２１米整体道床纵向开裂与人行道分离，横向　断裂贯穿道床，且缓慢下沉，部分地段累计下沉量已　达２０ｍｍ，中心沟纵向开裂破损，沟内流水下渗道床　开裂下沉地段进行压浆处理，对３３块松动支撑块四　周尝试压注水泥基特种灌浆料，对１０４处挡肩损坏　支撑块，采用钢筋加焊钢板挡肩盒与支撑块主筋联　结，挡肩盒用ＣＡＲＢ０１００加豆石进行嵌补，并用水泥　砂浆封闭，三种病害整治施工均利用列车“天窗”或　间隔时间进行。与传统整治方案相比，新方案既节　省了工程投资，缩短了施工周期，又取得了良好的整　治效果。现将ＴＧＲＭ水泥基特种灌浆料压注工艺及　支撑块挡肩嵌补情况简要介绍如下：　４．２．１整体道床基床及支撑块压注ＴＧＲＭ工　艺　基床及支撑块注浆采用加固型ＴＧＲＭ特种灌浆　水泥进行压浆。ＴＧＲＭ水泥基特种灌浆料是一种水　硬性灌浆材料，具有超早强、可灌注性好、自密实自　流平、微膨胀、遇水不分散的特点。　施工工序为：准备工作一钻孔一清孔一注浆一　封孔一清洗回收机具　（１）准备工作　准备好压浆机、高速制浆机等机具及ＴＧＲＭ水　泥基特种灌浆料，按照当日作业计划，在病害地段现　场拌制水泥基特种灌浆料。　（２）钻孔　注浆孔布置应根据现场钻探情况确定，布孔按　先疏后密、中间插孔的原则布置。在尼日１　隧道基　床压浆中，基床下沉地段布孔间距原设计为３ｍ，沿　左右股钢轨按梅花形布置。实际施工中，病害严重　地段孔间插检查孔，对压浆不密实地段进行补强压　浆。孔径４２ｍｍ，孔深８２ｃｍ（穿透道床并深入基础约　３０ｃｍ，抵达坚硬基岩）；松动支撑块沿周边设４个注　浆孔。孔深为５０ｃｍ，从四周向支撑底部倾斜。压浆　孔平面布置如图一：　１５　·　维普资讯 http://www.cqvip.com 维普资讯 http://www.cqvip.com 毒一枣　参互　游　－譬ｊ　成铁科技２００４年第２期　（３）式中，负号表示系统振动的加速度方向与振　动方向相反。　由此可看出，随着系统振动方向不断变化，出现　交替变化的垂直加速度，通过Ｍｄ将产生一个附加　惯性力：　Ｆｄ＝Ｍｄ·ａｔ＝一Ｍｄ·ｅｏｊ２ＳｉｎｃＵｔ　式中，Ｋ为一恒定系数，由风洞试验确定。在实　践中，这个抬升力将加大弓网间接触压力，提高受电　弓动态跟随性能，运行表明：ＳＳ３型机车受电弓部置　在升后弓运行时比Ｓｓ　型机车的弓网接触压力要　大。　这样，接触压力就会如下变化：　向下振动时向上振动时ｒ＇ｇｌ：ｒ＇ｇ＋Ｍｄ·　Ｓｉｎｃｏｔ……（４）　ｖｇ２：　一Ｍｄ·　Ｓｉｎｏｏｔ……（５）　２．３受电弓本身各铰链摩擦力接触压力影响　这个阻力为一恒定值Ｆｍ，为受电弓各个铰链摩　擦力的总和。在机车运行中，当接触导线向下倾斜　要求弓头跟着下降时，摩擦力阻止弓头下降使接触　压力增加；而当接触导线向上倾斜要求弓头上升时，　这个摩擦力又阻碍受电弓弓头迅速向上时，从而使　接触压力减少，因此，这个摩擦力的大小，也直接影　响受电弓在工作中接触压力的变化，在实际检修保　由（４）式可看出，正加速度使接触压力增加，有　利于受流，（５）式中负加速度使接触压力减小，当　Ｍｄ·　时，则弓网脱离即发生“离线”现象。现实　中，动态归算质量的假设中心位最远，其动态归算质　量在总的质量中所占比例最大，因此，在设计弓头特　别是对滑板的选型上使之质量的轻量化，将大大减　小附加惯性力对接触压力的影响，有利于弓网平稳　接触。　养工作中，为了减少摩擦力的影响，我们必须采取措　施，加强各铰链的油润。　２．４受电弓滑板与接触导线摩擦力对接触压　力的影响　此外，还可以从（４）式或（５）式看出，在工作中，　尽量减小接触网导线的变形幅值，即接触导线驰度，　在机车运行中，滑板与接触导线间有着横向和　纵向的相对运动，因此两者间将产生横向和纵向摩　这样将成平方降低惯性力对弓网接触压力的影响。　２．２空气动力对接触压力的分析　擦力，这个摩擦力也直接影响着弓网弹性系统，使弓　网间的接触压力更加复杂。　３．结语　空气动力作用依据很多因素，如机车顶盖结构、　形状、自然风力及其作用方向，以及受电弓运行部分　（特别是弓头部分）的面积、迎面的位置等因素，根据　综上所述，弓网动态接触压力表达式为：　Ｆ＝Ｆｇ±Ｍｄ·ｅ￣ｏ２Ｓｉｎｃｏｔ＋Ｋ＝、，２±Ｆｍ　空气动力学原理，可得出空气动力对弓头的升力作　用即　Ｆｋ＝　……………………………………（６）　在以上各个物理量中，如何使之变化最小，这将　指导我们对机车及接触网的检修运用工作。　（上接１６页）　加大，流水也不再渗入基床，说明ＴＧＲＭ能有效充填　基床细小裂缝；营运以来，道床稳定无后续下沉，承　（４）封闭：挡肩盒用普通水泥砂浆封闭，以防锈　蚀。　轨台横向断裂无开合、错台等发展迹象；支撑块、浆　液、道床砼间粘合紧密、牢固，没有裂纹和松动现象，　整治效果明显。利用ＴＧＲＭ水泥基特种灌浆料整治　道床下沉及支撑块松动，在病害发展初期对整体道　床进行预强压浆，能充分利用原结构的承载能力，有　效稳定道床，防止病害发展变化，但对于道床已下沉　较为严重地段（下沉３０ｍｍ以上，扣件不能持力），较　５整治效果评价　ＴＧＲＭ水泥基特种灌浆料是一种水硬性注浆材　料，它具有在水中不分散、超早强、微膨胀、流动性　大、凝结时间可调、易于施工的突出特点。３Ｏ分钟　龄期抗压强度＞８Ｍｐａ，利用列车“天窗”进行隧道基　底加固灌浆后，可满足“天窗”开通后列车对基底注　浆强度的要求，保证了工程质量，提高了工作效率，　是水泥一水玻璃等化学注浆材料的理想替代品。在　尼日１　整体道床基床和支撑块压浆整治后，经钻探　检查道床压浆地段注浆饱满、密实；中心沟内流水量　为有效的整治方塞仍为更换道床。利用ＣＡＲＢ０１００　等高分子材料嵌补支撑块挡肩，虽材料费用较高，但　施工简便，易于作业，对运输干扰小，运营以来，嵌补　支撑块挡肩未发生开裂、破坏等现象，整治效果较　好。　３　·