地铁整体式道床上浮及沉降的主要原因及应对措施研究

地铁整体式道床上浮及沉降的主要原因及应对措施研究
摘要：鉴于整体式道床整体性强、稳定性好，轨道几何形位易于保证，维护成本低等特点，现已广泛应用于全国地铁建设中，但由于施工精度要求高、施工工期紧等原因，整体式道床上浮、沉降问题已在城市地铁中呈现，本文结合某市地铁工程实际分析道床上浮、沉降产生原因，提出相应的解决办法。

关键词：地铁；道床上浮及沉降；锚杆；注浆
1地铁道床上浮及沉降情况
1.1 道床上浮情况
某区间为复合式衬砌结构、矿山法隧道，隧道拱顶埋深为10m～49m，隧道洞身位于微风化混合花岗岩，基岩裂隙发育，地下水丰富，设计按级Ⅲ围岩，结构设计参数如图1。

该区段某位置发生道床隆起、两侧水沟混凝土与隧道边墙脱离现象，其中道床板施工缝处最大隆起约45mm，引起轨道纵向不平顺。

1.2 道床下沉情况
某车站为地下二层岛式站，底板埋深16.93m。

车站主体围护结构采用地下连续墙，地段基底位于砾质粘性土层。

车站底板厚1m，宽19.6m，C30.S8抗渗混凝土；轨道道床为钢筋混凝土道床，普通线路，道床厚300mm，C30混凝土。

车站某区段18m范围道床发生沉降，最大沉降量4mm，位于沉降段中间，向两端线性过渡到正常，沉降段水沟局部和泄水孔处有泥砂流出，水沟里有淤泥，最厚达5cm，道床与水沟底之间有缝隙。

2 道床上浮及沉降原因及产生风险评估
2.1 原因分析
道床上浮、沉降变化多处于地下水水系发达地段，隧道纵横断面软硬不均，岩层倾角不一致，变化多端，基岩裂隙发育，给矿山法施工造成难度，二次衬砌壁后水压较大。

结构初次衬砌堵水效果欠佳，柔性防水层由于基面平整度差、防水层搭接效果不佳等原因防水性能降低。

施工过程中超挖后清底不干净，防水层铺设未做到无水施工，道床施工时，未彻底清除仰拱上的积水和浮浆，影响道床与二衬之间的粘接。

二次衬砌混凝土密实度较差，堵水方法及堵水材料使用不当导致衬砌强度降低，底板钢筋与侧墙钢筋连接不牢固，隧道二衬整体性不强。

整体式道床轨枕、道床、仰拱、围岩等的结合面较为复杂，在列车振动及荷载作用下极易引起道床开裂，特别是仰拱与道床填充层极易形成局部水压导致道床上浮，因该间隙若水系丰富加速了道床与仰拱之间的研磨，长期研磨导致道床沉降；
列车的长期振动再加上轨道线路条件复杂，道床结构受力复杂，加速了道床与底板之间的复杂作用，道床开裂、上浮问题进一步突出。

2.2 面临风险
道床的上浮、沉降变化最终引起轨道线形变化从而危及行车安全，即使调坡后轨道线形与设计偏离而影响行车速度；
道床与底板之间形成水压，列车振动下道床出现蛇形运动且道床横向约束力降低增加运行安全风险；
水压释放之后地铁土建泄水通道也将充分释放，加大区间隧道排水负荷；
道床上浮大多为瞬间事态，前期预警较困难，增加列车运行风险。

3 应对措施
3.1 道床上浮处理
道床上浮处理有两种处理方式：破除既有道床及仰拱并重新浇筑；对现有道床与仰拱间隙注浆填充及锚杆加固的方法。

重新浇筑道床及仰拱方法：上浮段仰拱全部破除，采用高一标号混凝土重浇注，仰拱钢筋间距加密、直径加大。

仰拱分段施工，混凝土破除后，在线路一侧设置300*300mm的临时集水井，根据现场实际初支面渗漏水情况，在渗漏水大的点埋设引水管引至集水井，然后再铺设防水板。

仰拱凿除后提高混凝土及钢筋标号或型号来加强结构强度。

仰拱原设计配筋为环向Ф16＠200、纵向Ф14＠200，混凝土标号为C30S10，现对仰拱配筋调整为环向Ф22＠150、纵向Ф22＠150，混凝土调整为早强C40S10混凝土。

调整后
配筋见下图。

仰拱施工时，钢筋必须与拱墙及未隆起段仰拱钢筋焊接牢固，混凝土浇筑前积水须排干，混凝土浇筑过程中加强振捣，确保混凝土密实，浇筑后及时养护。

“注浆+锚杆加固+排水”对既有道床处理：
锚杆位于钢轨内侧沿隧道纵向布置两排，锚杆长0.6m、2.5m，位于相邻两块轨枕块中间，对称布置，在道床施工缝处加密，间距为1.2～2.4m。

为了尽量降低对防水层及二衬结构的破坏，锚杆采用长短结合的方式（长、短锚杆各10根）。

锚杆采用早强砂浆药卷，孔径φ40mm，锚杆为φ22螺纹钢筋，尾部车丝处理，丝杆长约5cm，垫板采用8mm钢板加工。

锚杆施工按照“锚杆加工、取芯钻孔、风钻钻孔、锚杆安装、锚固槽封闭”的顺序施工。

锚杆施工完成并达到强度后，对该道床施工缝两侧各12.5m实施注浆加固，采用EAA环氧型高渗性亲水固结补强材料。

注浆充填加固按两步实施：先进行水沟封闭处理，再进行整体道床的注浆加固，详见图3、图4、图5。

注浆加固完成后，对于道床上原排水泄压孔用早墙砂浆锚固剂、水泥砂浆将孔封堵，同时将道床表面清理干净，对道床表面进行修复，修复完成后刷一道水泥漆，并对有可能对形成造成影响的注浆管进行切除。

同时在两侧水沟中打设排水减压孔，孔径20mm，深度为进入二衬10cm，每块道床板3-5孔。

根据现场情况，在整治范围内道床板中线上布设监测点进行沉降监测，监测频率每天1次，注浆施工开始后，注浆后再进行2次监测，防止突变。

3.2 道床下沉处理
下沉处理主要方法是注浆填充道床与仰拱间隙使之形成整体，并同时采用锚杆加固和局部泄水的方法。

整体道床锚杆锚固：
在道床两轨道间布设两排锚杆，锚杆为Φ22螺纹钢筋，锚入底板砼内45cm。

锚杆横向间距110cm，纵向间距150cm，梅花形布置，共30根。

锚杆顶部采用螺栓固定并进行钻孔安装详见图6。

成孔后采用PVC管逐次将锚固剂药包顶送入底部，直至锚固剂填充钻孔，随即把锚杆插入孔内。

锚头封闭：道床顶70mm以下用锚固剂找平，安装垫板，拧紧螺帽后采用水泥砂浆填塞到道床顶。

水沟处理：
在水沟缝隙部位埋设注浆管并用早强水泥封闭埋管。

钻孔孔径1.0cm，孔深15～20cm。

水沟缝隙处早强水泥凝固并埋管，对底板与道床间空隙注浆，冒浆后采用水泥+EAA环氧材料对水沟缝隙处注浆孔注浆。

注浆压力控制在0.3Mpa，要求二次以上注浆，确保浆液充填饱满。

注浆时如发现水沟其他部位有水流出，需封堵后采用水泥+EAA环氧材料高渗透性环氧材料进行复合注浆处理。

注浆时若无压力，应采用水泥注浆进行充填灌注，达到压力后采用化学注浆，注浆压力0.3MPa，持压时间不小于5分钟。

整体道床注浆加固：
在道床两轨道梅花形布置3排注浆孔。

孔径32mm，横向间距110cm，采用早强水泥封孔埋管，详见图7。

水泥注浆后进行EAA环氧材料化学注浆，注浆压力0.2～0.4 MPa，持压时间不小于5分钟。

1.整体道床布注浆孔，孔径φ32mm，孔深见图2说明，共布3排孔。

2.整体道床
3.底板砼
4.两侧水沟
5.水沟注浆封闭
图7 道床注浆布孔剖面图
注浆时若无压力，未能达到要求或进浆量突变增大应停止化学注浆，重新进行水泥注浆，严防出现串浆、冒浆，对串、冒部位应重复多次灌注。

二次重复注浆时间，应控制在24小时内，以确保重复注浆效果。

化学注浆达到压力标准时，闭浆待凝，对所有注浆孔进行二次以上或多次重复注浆，使浆液最大限度进行充填固结，对磨耗空间进行粘结。

道床修复：
注浆加固完成后，对于道床上原排水泄压孔用早强砂浆锚固剂、水泥砂浆将孔封堵，同时将道床表面清理干净，对道床表面进行修复。

变形监测：
根据现场情况，纵向每2米在道床板中线和两侧轨道上布设监测点进行沉降监测。

监测频率：每天注浆施工前后各进行1次监测，并根据现场情况进行加密。

3 结语
本文探讨方法已在部分城市地铁付诸实践，通过对道床结构、底板结构的加强及部分交界面的填充封堵，以及轨道线型的微量调整，行车速度能够得到恢复。

该方法为地铁道床上浮、沉降整改提供一种思路且可应用于复杂地质隧道中，研究对现有道床病害整改提供了较强的理论、实践依据，有推广意义。

参考文献：
[1] 赵万强.铁道第二勘察设计院《铁路隧道设计规范》TB10003-2005.
[2] 《铁路桥隧建筑物修理规则》（铁道部：铁运〔2010〕38号文）.[3] 《地下工程防水技术规范》GB50108—2008.
[4] 《城市轨道交通设施养护维修技术规范》（北京市地方标准 DB11/T718-2010 北京市质量技术监督局发布）.[5] 《深圳地铁钢筋混凝土结构质量缺陷修补技术规程》（深圳市建设工程技术企业标准QB/SZMC-10101-2010）.
戴勇（1985--），男，助理工程师，研究方向：城市轨道交通桥隧工程。

注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。