北方高铁隧道无砟轨道道床板混凝土裂缝成因分析及处理

王雪红

（中交一公局， 北京 100000）

1 工程概况

张呼铁路东起河北省张家口市张家口南站，西迄于呼和浩特市呼和浩特东站，全长286.773公里，设计时速250公里/小时，铁路等级为客运专线。全线属中温带亚干旱蒙东区，夏季短促而温热、昼热夜凉，日温差大，秋季较短，冬季漫长，寒冷而干燥，全年霜冻期长。年平均气温2.9～9.6℃，极端最高温度33.2～40.3℃，极端最低温度-25.4～-35.6℃。

标段内共9座隧道，全长11344米，隧道采用CRTSI型双块式无砟轨道，由钢轨、扣件、SK-2双块式轨枕、道床板组成；轨道结构设置为：隧道内道床板采用连续浇筑，洞口195m范围内道床板分段浇筑，每隔19.5m设置一伸缩缝，在隧道洞门与明洞分界处、明暗分界处、地层承载力显著变化处设变形缝，变形缝处道床断开设置伸缩缝，伸缩缝处设剪力筋；洞口 200米范围内在调平层中植筋，道床板宽度为280cm，厚度为26cm；道床板采用C40钢筋砼。先进行调平层施工，再进行无砟轨道道床板施工。各隧道无砟轨道道床板混凝土施工时段为2016年5月至2016年8月，2016年10月底，现场巡查时发现两个隧道道床板混凝土表面存在裂纹。

2 裂缝调查及分布规律分析

2.1 裂缝调查

现场发现裂缝后，立即成立专家组，主要对裂缝的出现位置、宽度、长度、深度指标进行调查及检测，以其中两个隧道为例，经调查，隧道一（全长560米）共发现14处裂缝，隧道二（全长540米）共发现6处裂缝。

2.2 裂缝分布规律分析

经统计分析，发现裂缝分布具有如下规律：

1）、裂缝主要分布在洞口200m范围以内：两个隧道分别为79%与83%；

2）、裂缝主要分布在道床板上或道床板与调平层相连：两个隧道达到75%，分别为45%与30%；

3）、裂缝宽度主要分布在0.2～0.5mm区间：两个隧道达到90%；

4）、裂缝深度主要分布在60～90mm（含60mm）区间：两个隧道达到70%；

5）、全线各隧道裂缝普遍存在，分布规律一致.

3 隧道裂缝成因分析

3.1 排除裂缝成因为地基沉降变形

地基沉降变形引起的裂缝是由于基础竖向不均匀沉降，使结构内部产生附加应力，超出混凝土结构的抗拉能力时出现的裂缝。

3.1.1 道床板混凝土施工前隧道沉降变形观测表明隧道沉降已稳定

经沉降变形监测，道床板混凝土施工前各隧道沉降已稳定，均已通过线下工程沉降变形分析第三方评估，隧道一最大沉降实测累计沉降值为1.28mm，隧道二最大沉降实测累计沉降值为1.66mm，具备钢轨锁定的技术条件。

3.1.2 道床板混凝土施工前调平层未发现裂缝

无砟轨道施工前，进行调平层（即第二次仰拱填充）砼施工时，现场已将第一次仰拱填充顶面采用铣刨机或高压风水联合冲洗干净，未发现第一次仰拱填充（均已经历 1～2年的沉降期）顶面有裂缝现象，如果基础有沉降变形产生裂缝，应在第一次仰拱填充顶面即已出现。

3.1.3 已发现的裂缝无错台现象

因地基沉降变形引起的裂缝最为显著的特点是裂缝存在错台现象，经现场调查，已发现的裂缝均无错台现象。

3.1.4 经监测，已有裂缝两侧无沉降差异现象选取现场4处典型裂缝对两侧进行沉降差异监测，裂缝两侧无沉降差异现象。

经分析，排除地基沉降变形原因。

3.2 环境温度急剧变化引起的温度裂缝（简称温度裂缝）

调平层与无砟轨道道床板具体施工时段为2016年5月20日至7月20日，施工完成时现场未发现有裂缝（个别八字裂缝除外），直至10月底11月初才逐渐发现有裂缝出现，随着温度下降裂缝数量进一步变多。受天气突然变冷、环境温度急剧降低影响，混凝土表面因收缩变形而引起裂缝是本工程隧道无砟轨道道床板混凝土形成裂缝的最主要原因，这与本工程裂缝分布规律是吻合的，裂缝集中分布在洞口段、裂缝宽度小、深度浅，多分布在混凝土表层。

3.3 新旧混凝土不良黏结裂缝（简称不良黏结裂缝）

在双块式轨枕的侧面及角部，常出现由于新旧混凝土黏结不良而引起的裂缝。裂缝形成时间为浇筑后几个星期内，主要表现为轨枕角部的“八字”裂纹。这在隧道无砟轨道道床板施工初期时已有发现。

3 .4成因分析

综上分析，排除裂缝是因地基沉降变形引起的，裂缝形成原因为：

1）、由于新旧混凝土不良黏结引起的不良黏结裂缝；

2）、受天气变冷，外部环境温度急剧降低影响，混凝土因收缩变形而引起的温度裂缝为主要原因。

4 裂缝处理方案

参考现行《高速铁路无砟轨道线路维修规则》（试行），结合我局及其它线施工经验，制定如下处理方案：

先对裂缝进行一个冬季的监测，再根据裂缝具体情况，采取相应处理方法：

1）、对于宽度小于0.2mm的裂缝，采用表面封闭法，材料选用Ⅲ型聚合物水泥；

2）、对于宽度大于0.2mm的裂缝，采用低压注浆法，材料选用低黏度环氧树脂。

5 施工方法

5.1 修补材料

表面封闭法：涂层材料采用Ⅲ型聚合物水泥材料，底涂材料采用高聚合物乳液含量的聚合物水泥基材料；低压注浆法：注浆采用低黏度环氧树脂材料，封闭材料采用聚合物快硬水泥浆。

5.2 主要修补机具

钢丝刷、真空吸尘器、热风机、计量工具、搅拌工具、盛料容器、涂刷工具、注浆器、注浆嘴、打磨器等。

5.3 修补工艺

5.3.1 表面封闭法

（1）用钢丝刷将裂缝表面两侧刷毛，用真空吸尘器清除灰尘等杂物，用热风机将裂缝处明水吹干；（2）称量并配置修补材料，用手持式搅拌机搅拌均匀；（3）沿裂缝表面涂刷一层底涂材料；（4）待底涂材料表干后，涂刷表面封闭用涂层材料，刷涂3遍以上，以涂层厚度达到300μm以上为宜。每遍涂刷都要等到上遍涂层材料表干后再涂，且两次涂刷方向相互垂直；（5）在大风干燥等条件下适当采取薄膜覆盖等方法养护，防止涂层材料失水过快导致涂层开裂；（6）施工适宜温度5℃～30℃，雨雪天不得施工。

5.3.2 低压注浆法

（1）用钢丝刷清洁裂缝表面区域，用真空吸尘器清除周围杂物；（2）采用封缝材料封闭裂缝，封闭过程中留出注浆孔和排气孔；（3）通过注浆器向裂缝内注入修补材料，直至注满为止；（4）当修补材料固化后，去除封缝材料，并将裂缝表面打磨平整；（5）在裂缝表面涂刷裂缝封闭材料，其修补材料及工艺与“表面封闭法”相同；（6）施工适宜温度5℃～30℃，雨雪天不得施工。

6 结语

张呼铁路作为内蒙古境内第一条高铁，隧道无砟轨道道床板混凝土裂缝的出现，引起了参建各方高度重视，立即成立专家组，组织专业检测队伍对裂缝进行调查，根据裂缝分布规律，结合现场施工与工程所在地气候情况，分析了裂缝形成原因，制定了合理的处理方案措施，经内外部专家评审后组织实施，现处理施工已完成，各阶段验收已完成，并作为先开通段已顺利开通，这对今后北方高铁隧道无砟轨道道床板混凝土施工具有指导、借鉴意义。