地铁运营期隧道整体道床脱空治理技术研究

沈禄源

（厦门轨道建设发展集团有限公司，福建厦门 361000）

0 引言

目前，我国城市规模逐渐扩大，地铁在交通中的地位作用日益突出，并进入了集中、快速和规模发展时期，成为城镇化建设的必要元素[1]。地铁运营里程的增加，也带来了后期运营与维护问题。如何保证地铁运营安全，做好后期的设施维护工作，是目前亟待解决的问题。某城市地铁2 号线于2019年正式开通，运营至2022年已近3年，检查发现该线某地下二层岛式站台车站上行区间进站处出现道床脱空，区间为矿山法修筑马蹄形断面隧道，道床形式为一般整体道床[2]，如图1 所示。

图1 隧道直线段整体道床剖面图（单位：mm）

本文以上述地铁区间为例，分析其隧道整体道床脱空问题，并深入剖析其问题出现的原因，提出相应的治理技术和措施。

1 工程概况

该矿山法区间上行人防门前后K35+944 处道床变形缝出现渗水，并泛出白色结晶物，变形缝位置的道床底部存在一处空洞，道床两侧水沟开裂，开裂处可用手插入触探道床底部。用锤击检查K35+944—K35+948 处道床声音异常，长度约4m，判定该处存在道床脱空，经测量脱空量最大处约为9cm，道床底部脱空后在列车振动影响下，相邻轨枕间产生细小裂纹，与脱空部位相邻的其他道床板状况良好[3]，如图2所示。

图2 道床脱空现状照片

2 整体道床脱空原因分析

2.1 水文地质原因

经查阅相关勘察资料，残积土及全、强风化花岗岩该段分布广泛，在有外界扰动时，其具有遇水软化、崩解，强度急剧降低的特点，工程性能较差，对整体隧道渗水及道床稳定有一定影响，如图3 所示。

图3 隧道地质纵断面图（单位：m）

2.2 结构设计原因

隧道道床整体结构与排水结构设计为二次结构，与施工主体分开浇筑，使得主体结构、整体道床、排水沟之间存在施工缝。在热胀冷缩及车辆行驶荷载的作用下，道床与排水沟之间产生的分离，水沟内水进入分离缝隙，经过车辆反复碾压，缝隙增大，形成道床脱空。

2.3 施工原因

一是道床伸渗水位置出现在区间隧道结构变形缝处，可判断为隧道仰供变形缝防水构造在质保期内失效，导致外部水侵入隧道结构内[4]。地下水在压力作用下进入道床和仰供之间缝隙窜流，经列车行走荷载影响，反复冲刷道床底面，逐步形成道床脱落。

二是其他施工工艺控制不到位引发道床脱空，如：道床整体浇筑前，道床底板的积水、垃圾未冲洗干净；混凝土灌注工艺差，实际标号不足；局部道床厚度不够；混凝土养护不良存在内部空隙等导致造成底板与仰拱之间出现了剥离[5]。

三是外部施工原因，经调查，在该案例中，道床脱空位置无相关地铁保护区范围内的施工，且定期结构监测数据正常，故不考虑外部施工影响。

2.4 运营原因

在运营期形成道床脱空前，运营人员未及时发现已发生的轻微病害，或发现后未及时整治导致病害逐步扩大，也是引起道床脱空的因素，如：水沟积水未及时清理；水沟破裂未及时修复；道床下冒水冒泥未及时发现修复等。

3 脱空病害整治方案

为恢复道床的稳固状态，防止脱空病害继续发展，此次利用每日凌晨列车停运检修时间对该病害进行整治，采取了如下措施。

3.1 治水

3.1.1 修筑挡、排水系统

在脱空处两端水沟内临时修筑4 处挡水槛，结合φ50mm 排水管，顺着原排水沟坡度进行引流，并将围蔽水沟内的水不定期抽干，确保水沟上游水源通过排水管流入下游水沟，为后期注浆预留干燥的作业面，见图4。

图4 修筑挡、排水系统图（单位：mm）

3.1.2 开设泄水孔

由于无法精确判定水源压力，需先对道床冒水处进行打孔泄压。如图5 所示，在两侧水沟开设泄水孔，孔径φ40mm，开设深度约230mm，穿透回填层，为仰拱处外部水源留有排水流通路。排水管采用PVC 管，在上部增加弯头，防止水压太大，喷射至隧道顶部接触网。埋入泄水孔管深度为150mm，防止注浆时堵塞其水流通路造成道床隆起。该项目在道床两侧水沟内共设置4 个泄水孔，在平面内矩形布置，间距2000mm，泄水孔可作为注浆时观察点。在泄压前应设结构监测点，采集监测数据，以进行泄压前后道床高程对比分析，为后续注浆提供依据。

图5 开设泄水孔及注浆孔示意图（单位：mm）

3.1.3 注浆止水

如图5，在道床上开设注浆孔，孔径φ14mm，间距700mm，钢轨边的注浆孔与钢轨间距100～200mm，孔深350～400mm。从道床中部向水沟两侧开始注入改性环氧树脂，注浆压力为0.5～1MPa。注浆过程中应遵循由远离变形缝向变形缝方向推进，先中间后两侧的顺序开展注浆作业。注浆过程中，需通过观察孔查看溢浆情况判断填充饱满度，当观察孔溢出纯环氧及水流动变缓，注浆压力达到1MPa 前停止注浆。当注浆至结构变形缝处时，需采用柔性改性环氧树脂材料，针对该变形缝位置进行防水补强，见图6。

图6 注浆通道示意图

注浆须全程进行结构监测，发现数值增加，立即暂停注浆并释放注浆压力，待数据稳定后开设其他孔位进行注浆，若压力无法下降，需另开泄压孔。

3.2 清理混凝土

将仰拱的渗漏水止住后，可先对道床严重脱空破损段两侧破损的水沟结构进行凿除，将脱空处的离缝露出，并将凿除后的混凝土块运出轨行区。然后，在道床中部开设清洗孔（ 孔径φ80mm，间距600～800mm。开孔前，应对拟开孔位置采用钢筋扫描仪进行扫描，避开钢筋），连通至道床脱空底部的离缝空间（具体孔深需根据现场实际情况进行调整）[6]。采用高压水注入孔洞对道床离缝空间进行冲洗清洁，冲洗过程中采取往一个方向逐个孔洞冲洗的方式。冲洗结束后，清理冲出的泥沙、石子等杂物，并抽排积水，最后采用高压风吹孔，将孔道内积水吹出，保证孔内干燥、无杂物，冲洗孔可作为修复砂浆灌填孔[7]。

3.3 灌浆

灌浆前，应先对灌浆料（此次采用混凝土专用修复高强速凝砂浆）进行试验，确定其凝结时间及各时间段性能。现场先将轨道下胶垫拆除，并上好弹条（可提升道床脱空离缝空间），再采用高强速凝砂浆通过冲洗孔进行灌注。灌注过程中，留好试块，采用振捣器对灌入砂浆进行振捣，此时灌浆料会从道床脱空离缝中流出，待灌浆料流速减缓，同步将两侧水沟开凿空间进行填筑，直至孔洞内砂浆液面不再下降为止（此时离缝与水沟已浇筑为整体）。待填筑料初凝后，再垫入轨下胶垫，调整轨距轨向，上好弹条，为第二天运营做好准备。灌浆过程中，应全程进行道床沉降监测，防止灌浆过程中，道床过高或过低。

3.4 植筋

如图7，在道床上开凿φ32mm 的锚固孔（开孔前，应对拟开孔位置采用钢筋扫描仪进行扫描，尽量避开枕木及道床钢筋），开凿深度以贯入填充层310mm 为准，即开孔深度620mm。开孔完成后，采用鼓风机吹干孔壁，再灌入植筋胶，插入公称直径25mm的螺纹钢筋（HRB400，二级钢筋），钢筋长度600mm，锚固孔表面剩余20mm 用修复砂浆抹平。

图7 开设植筋位置示意图（单位：mm）

3.5 二次灌浆

在道床面垂直向下开设注浆孔，灌注改性环氧树脂，以填充修复砂浆固结体与道床底面间的空隙及相邻轨枕间裂缝。如图8 所示，注浆孔采取梅花形布设，横向间距50cm，纵向间距595mm。注浆孔孔径为φ14mm，孔深400mm。注浆过程中应遵循向一个方向推进，先中间后两侧的顺序开展注浆作业，注浆压力为0.5～1MPa，过程中需进行结构监测，避免超高。

图8 注浆孔位示意图及照片（单位：mm）

3.6 水沟防水

施作水沟防水层前，应采用砂浆对水沟进行找坡，确保治理区域有足够的排水坡度。找坡完成后，对防水基面进行清洁、干燥，再进行至少2 遍的防水涂料涂刷，前后涂刷方向应垂直，防水涂料可采用水泥基渗透结晶型防水涂料。

3.7 探地雷达检查

为检查道床脱空治理效果，可针对治理段进行雷达扫描，该项目经地质雷达扫描检测，及对数据的处理分析，得出探测区域雷达反射波图谱整体能量分布均匀未发现异常的波形突变，道床与隧道的密实度为密实。

4 结语

比照其他城市的地铁设施，道床脱空问题时有发生，但通过采取相关措施及时治理，可规避对行车、客运服务造成的影响。该项目自2022年1月完成施工至2022年12月已1年，未再发生道床脱空相关问题，取得较好的效果，此研究可为城市地铁类似道床脱空病害治理提供参考。