浅析既有线隧道基底下沉病害整治
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摘要：由于设计施工不当、地下水、列车动荷载作用等原因，常致隧道底部结构出现病害。运营隧道基底病害的表现形式为下沉、翻浆冒泥、及整体道床开裂等，这些病害会危及行车安全，而基底下沉导致的后果又十分严重，且较难根治。本文通过对整治方法的探讨，以此加强日常维修管理工作。
关键词：隧道基底；病害；注浆；加固
中图分类号：U45 文献标识码： A
隧道基底病害是在经过一定阶段的运营后，特别是在多雨潮湿气候及地下水发育条件下，基底出现开裂、破损、下陷、向两侧外挤以及翻浆、冒泥等现象，其中基底不均匀下沉对线路运营影响很大。本文选取某段出现基底病害的隧道作为试验段，以此验证方案可行性。
1隧道概况
某处隧道为双线隧道，全长12.8Km，全部采用复合式衬砌，正洞全部采用混凝土或钢筋混凝土作为永久衬砌，Ⅷ度地震区，III级及以下围岩采用曲墙带仰拱封闭式衬砌，于2000年开通运营。该山区属于寒冷地区，最大冻结深度达到1.3m。隧道通过的地层成因以河流相为主，水文地质比较复杂，地表水、地下水普遍发育，局部地段存在承压含水层，地层中砂岩较多，节理裂隙十分发育，为地下水补给、渗透及流透提供了良好条件。
2病害情况
通过地质雷达检测，检测出基底存在不密实、欠密实、破碎等病害。在基底下沉最严重处所，水沟盖板和挡砟墙有明显的下沉痕迹，下沉量最大达到130mm，其余地段下沉的表现主要是线路高低变化较快，列车通过时有不同程度的振动。设备管理部门主要采取填充道砟、垫高轨道等方式控制沉降。
3病害整治原则
既有隧道基底病害整治是一项复杂的系统工程，涉及施工、运营安全，干扰正常行车运营，普通天窗满足不了大机械、大范围施工。结合病害类型、工程地质、水文地质条件及既有线行车等要求，需要采取安全、行之有效、经济合理的措施。因此，基底病害以提高基底的整体刚度为核心，通过对病害地段仰拱和仰拱填充的评估采取不同的处理措施。采用“树根桩”加固基底时，考虑基底承台与桩的连接措施。在整治完成后，需对病害处所进一步排查，做好标识。
4病害整治措施
隧道基底处理首先加设有效的地下水排导系统，阻止地下水对隧道基底进一步影响。然后对隧道基底进行注浆加固或置换。
4.1侧沟排水
根据现场整治经验，在两侧排水沟内铺设橡胶排水管，外径25cm，管长根据工点确定，并考虑上下游各延伸10m，排水管进口端周边用水泥砂浆封堵，防止侧沟水下渗至隧道基底。
4.2基底加固
隧道基底加固根据病害类型分别采取注浆加固基底、微型桩加固、更换仰拱三种方式。
4.2.1破碎、吊空地段加固方案
破碎、吊空地段加固方案通常采取注浆加固基底的方案。采用纵抬梁法加固线路后，在仰拱填充面顶、碎石道床板底部采用φ159mm钢花管注浆加固基底，注浆完成后保留钢花管，起管桩作用。线路底部设置3根φ159mm钢花管，横向间距1.2m，纵向间距1.2m,钢花管深度以深入仰拱底部虚渣底以下为原则。钢花管的钢管顶伸入新浇筑混凝土5cm，顶部焊接一块300×300×10mm钢板，钢板需与新浇筑的钢筋混凝土中的钢筋可靠焊接，确保钢花管与新浇筑混凝土及仰拱填充可靠连为一体，整体受力。新浇筑钢筋混凝土中纵向主筋采用φ14钢筋，箍筋采用φ8钢筋，间距为15cm。
注浆管注入水灰比为0.4的加固型TGRM水泥基特种灌浆料，注浆压力为1.0MPa～1.5MPa。并结合现场实际地层确定合理的注浆参数。
为确保加固效果，在仰拱填充顶面钢花管的顶部沿线路方向开凿25×50cm（高×宽）的槽，并新浇筑C30钢筋混凝土梁，在新浇筑混凝土与底部之间植筋连接，钢筋直径φ16钢筋，横向间距20cm，纵向间距40cm。
图 1注浆加固横断面图
4.2.2不密实、破碎地段采用微型桩加固方案
对于不密实、破碎地段，通常采用微型桩加固，微型桩又分为PMC聚合物微型桩和T76P迈式微型桩
PMC聚合物微型桩材料以双组分改性聚氨酯，施工现场配合硅砂、水泥构成聚合物砂浆，再配合碎石可构成聚合物混凝土桩。桩中配置3根φ25钢筋形成聚合物钢筋混凝土桩。PMC聚合物微型桩特点为快硬、抗渗、抗冲击、抗压抗折性能好，抗强流水冲刷，具水下不分散型。在1m/s的强涌水冲刷下不离散、30分钟抗压强度8Mpa以上，抗折强度在6Mpa以上。
迈式微型桩由作为承载钢结构的筋，即连续螺纹的迈式锚杆和注浆体（TGRM水泥基特种灌浆料）组成。它的特点是安装迅速，至少是传统方法的2倍；安装机械小型、轻便；迈式杆体可任意切割，工作场地空间要求低。可用作承压桩或复合桩。由于出现基底病害的多为既有线，为节省施工时间，推荐采用T76P迈式微型桩。
采用纵抬梁法加固线路后，在仰拱填充面顶、碎石道床板底部采用T76P迈式锚杆注浆加固基底。在线路底部设置6根T76P迈式锚杆，横向间距0.70m+0.54m+0.54m+0.35m+0.35m，纵向间距0.6m，锚杆深度以深入仰拱底部虚渣底以下为原则。锚杆顶伸入新浇筑混凝土5cm，锚杆垫板需与新浇筑的钢筋混凝土中的钢筋可靠焊接，确保锚杆与新浇筑混凝土及仰拱填充可靠连为一体，整体受力。新浇筑钢筋混凝土中横向钢筋采用φ16钢筋，纵向钢筋采用φ10钢筋；箍筋采用φ8钢筋，间距为20cm。
注浆管注入水灰比为0.4的加固型TGRM水泥基特种灌浆料，注浆压力为1.0MPa～1.5MPa。并结合现场实际地层确定合理的注浆参数。
为确保加固效果，在仰拱填充面桩底部开凿290×25cm（宽×高）的槽，并新浇筑C30钢筋混凝土板，在新浇筑混凝土板与底部之间植筋连接，植φ16钢筋，横向间距40cm，纵向间距40cm，接茬筋伸入新浇混凝土和仰拱填充各15cm。
图 2 微型桩加固横断面图
4.2.3更换仰拱整治方案
在沉降比较严重的地区，初步判断仰拱已破碎或断裂，通常采用吊抬纵横轨束梁法架空线路换仰拱。此类方法能够彻底整治病害，不足之处是对运输影响较大。根据本工程特点和实际情况，侧纵轨束梁采用2组纵轨，纵轨采用P50旧轨，3扣4正一束，长25m（或根据工点确定）。中心吊轨束梁I40b工字钢，长25m（或根据工点确定）。在纵轨束梁下每3m设置钢筋混凝土支墩。施工时跳槽开挖，以3m为一个单元。示意图如下：
图3 更换仰拱横断面图
5．结论
根据地质条件的不同，可以对各类参数进行调整。病害整治措施应在试验段实施，待整治效果良好后再推广到全部段落。从试验阶段的整治效果来看，可以在类似病害处所进行推广，整治方法具有一定的借鉴意义。
参考文献：
[1]朱万听，李兰勤.现代隧道技术[J]，2001年10月，第38卷第5期：42—44.
[2]彭立敏，覃长炳，施成华，黄林冲.中国铁道科学[J]，2005年3月，第26卷第2期：39—43
作者简介：危凤海，男，1979年1月，工程师，本科，毕业于石家庄铁道大学，土木工程专业