浅淡高铁隧道工程无砟轨道底座板整治

浅淡高铁隧道工程无砟轨道底座板整治

储家印

中交三航局第九工程有限公司  重庆 400000

摘要： 高铁建设纵横南北发展飞速，它的建设对于构建国家高铁网快速客运通道至关重要。其中，高铁运营安全和旅客的乘车舒适度体验，同步要求在高铁建设中的严控施工技术质量的关键，高铁开通后有效的预防和整治措施，推动高铁运营的安全绝对保障。本论文针对粤东南地区某隧道的设计与施工进行深入分析。研究了隧道的地质环境、设计要求、施工问题及其解决方案，并提出了先进的轨道整治方案及其配套的沉降自动监测系统。基于大量数据的分析，本研究提出了一系列创新措施，旨在提升隧道的运营安全和耐久性。

关键词： 隧道工程、无砟轨道、沉降监测、底座板整治

1 引言

粤东南地区是中国"八纵八横"高速铁路网的重要组成部分，对于促进区域经济增长、提升交通运输效率具有重大意义。此隧道作为该线路的关键工程之一，其设计和建设的优化对确保全线的安全性和稳定性至关重要。本研究不仅分析了隧道工程现有的设计和施工状况，还针对其存在的技术挑战提出了创新的整治方案，并结合自动化技术提出了监测与预警系统的设计。

2 工程背景

2.1 工程概况

隧道设计长度2081m。隧道位于圆曲线地段，曲线半径9000，曲线缓长530m，轨道超高为110mm，病害区段线路坡度为3‰上坡，坡长1450m。隧道内纵坡为人字坡，进口段坡度为3‰，出口段坡度为-3.9‰。

隧道地处亚热带，沿线地形起伏大，山势陡倾，属粤东南丘陵区，为剥蚀丘陵及丘间谷地地貌，受气象及地质环境影响，隧道铺设CRTSIII型板式无砟轨道因采用无砟轨道结构，其施工组织和工艺与传统有砟轨道结构有本质区别，施工要求一次成型，轨道几何状态一次达标，其精度控制是施工技术的关键。且标段轨道板铺设施工时间紧、任务重，地形复杂，进场困难，给轨道板施工、精调施工带来很大压力。无砟轨道对轨道板铺设精度要求很高，施工中任何一道工序出现偏差造成误差累积，都会影响工程质量及工期。因此严把轨道板铺设质量，确保铺设精度，是工程的重点问题。

2.2 隧道与轨道结构设计

隧道采用CRTSIII型板式无砟轨道，单元分块结构；至上而下由钢轨、扣件、预制轨道板、自密实混凝土、限位凹槽、中间隔离层（土工布）和钢筋混凝土底座等部分组成。CRTSIII型板式无砟轨道单元分块结构指的是在隧道中采用无砟轨道来提供运输功能，并且根据隧道地质条件，将轨道分成不同的模块进行设计和施工。这种结构在解决地质应力和提供稳定性方面具有以下优势：第一缓解地质应力；隧道无砟轨道单元分块结构可以让地质应力得以分散，从而减轻对轨道的影响。通过将轨道分成多个相互独立的单元，并采用柔性连接方式，可以减少地质应力对整个轨道的影响，从而提高结构的稳定性。第二提供较高稳定性；采用无砟轨道可以提供比传统砟石轨道更好的稳定性。无砟轨道通过具有弹性的橡胶垫片和预应力技术来保持平稳的轨道几何，并且能够吸收振动和减少噪音。这种设计可以提高轨道的稳定性，减少地质应力对轨道的影响，从而提高隧道的使用寿命。

2.3 技术标准与创新

2.3.1隧道技术标准

高速铁路；

设计行车速度：350公里/小时；

正线数目：双线；

正线线间距：5.0米；

平面曲线半径：隧道位于圆曲线地段，曲线半径9000，曲线缓长530m，轨道超高为110mm。

坡度：隧道内纵坡为人字坡，进口段坡度为3‰，出口段坡度为-3.9‰，变坡点里程K2294+129；

最小行车间隔：3min。

2.3.2隧道无砟轨道结构

（1）钢轨

采用60N、100m定尺长、无螺栓孔U71MnG新轨。钢轨质量符合《高速铁路用钢轨》（TB/T3276-2011）和《钢轨使用规范》（Q/CR 583-2017）的要求。

（2）轨道板

轨道板采用先张法预应力轨道板。隧道病害区段采用P5600型轨道板，板厚为200mm，承轨台高度为38mm，混凝土强度等级为C60。轨道板与自密实混凝土间的连接方式采用“门”型钢筋的方式。在轨道板下设置门型钢筋，使轨道板与自密实混凝土连接为一整体。

（3）自密实混凝土及限位凹槽

轨道板下铺设自密实混凝土，强度等级为C40，设计厚度为90mm，长度和宽度与轨道板对齐，采用单层钢筋焊网，直径为φ12。生产钢筋焊接网的CRB600H级冷轧带肋钢筋符合《冷轧带肋钢筋》(GB 13788-2017)的要求。

（4）底座板

底座板采用钢筋混凝土结构，混凝土强度等级为C35，布设双层φ10 CRB600H级冷轧带肋钢筋焊网。底座宽度较轨道板边缘各宽200mm，为2900mm，底座板厚度为200mm。每3块轨道板对应长度设置一个底座单元，底座单元之间设置宽度为20mm伸缩缝，采用闭孔聚乙烯塑料泡沫板填缝，并采用有机硅铜密封，嵌缝材料相关性能符合《铁路无砟轨道嵌缝材料》(Q/CR 601-2017)的相关规定。

隧道洞口200m范围，底座板与隧道基础采用植筋加强连接。其他地段采用凿毛或拉毛处理。

3 隧道底座板问题诊断与整治方案

3.1 质量问题分析

通过对病害地段现场调查，并结合无砟轨道结构理论，初步判断隧道无砟轨道病害的原因为：

（1）底座离缝：主要原因初步分析有两个方面：一是部分区段凿毛范围控制偏差，底座施工立模封闭不佳，底座渗浆，导致底座板离缝；二是部分区段施工前隧道仰拱回填层采用凿毛或拉毛措施处理不到位，施工期间安装固定限位凹槽模板钢筋钻孔产生的混凝土渣，采用风机清理时堆积在底座模板周边，引起底座板烂根离缝。

（2）底座渗浆：广东雨季来临以来，隧道内降压孔出水量大，隧道排水不畅，侧边排水沟内积水渗漏进入侧沟，侧沟及横向排水管堵塞，排水不畅，导致积水进入底座板与回填层层间，或者隧道基底有渗漏水进入层间。在列车经过时，层间自由水产生较高的瞬时动水压力，瞬时承压水同时进行着水压力消散作用，层间薄弱层在水的动压力作用下，随水一起排出，形成翻浆，进而加剧了病害的发展。

3.2 整治方案的设计与实施

（1）底座板离缝注浆方案

处理顺序：注浆孔钻孔→清理翻浆→侧边封闭→注浆→清理现场→钢轨精调。

针对支承层与路基间离缝翻浆病害，采取注浆的整治方案，达到避免离缝进一步恶化及改善基床受力的目的。整治方案步骤如下：

处理顺序：开槽及钻孔→清理缝隙翻浆→安设注浆管→侧边砂浆封闭→注浆→线间或路肩封闭层修复→清理现场→钢轨精调。

（2）整治范围内在轨道板和支承层顶面均设置注浆孔。

在支承层钻孔时，考虑线间采用高封闭，在道床板外侧支承层顶面1排注浆孔。在道床板钻孔时，道床板设2排注浆孔，2排均位于靠线间侧的轨枕块外侧，距道床板边缘280mm。道床板顶面注浆孔纵向间距1.2m，孔径14mm，孔垂直道床板钻入，孔深不小于70cm。钻孔时，应避开道床内、车站底板内的横纵向钢筋，并严格控制钻孔深度。两排注浆孔按梅花形交错布置。

图1 注浆监测点平面布置图

（3）离缝注浆

注浆压力控制：

底座板整治采用安装有压力表的注浆设备进行注浆，压力表选用0～0.5MPa压力表，注浆前检查注浆机是否处于正常工作状态，仔细检查压力表、流量计的工作状态。初始为常压注浆，待裂隙充填满转为压力注浆，注浆压力控制在0.3MPa以内。在注浆机上安装泄压阀，当注浆压力超过0.3MPa自动进行泄压。注浆过程将压力控制在0.3MPa以内，超过0.3MPa时立刻停止注浆。注浆过程中实时监测底座板变形（监测频率1次/min），变形超过2mm立即停止注浆。

使用注浆器沿裂缝“V”形槽注入低黏度树脂，随时观察树脂的渗透情况，并及时补注树脂修补材料直至渗满缝隙。注浆速度：根据轨面监测数据动态确定。

将注浆泵连接好后进行压力灌浆，注浆材料性能需满足设计要求；灌浆压力保持恒定连续，保证一次性灌注饱满；设监测人员对线路变形进行监控。注浆过程中随时观察相邻或对面的注浆嘴有无浆液冒出，如果出现串浆现象即停止注浆并封闭此注浆嘴或管，换孔灌注，直至彻底灌注饱满方可结束注浆。注浆过程进行全过程变形监测，注浆完成后进行线路变形复测，确保行车安全。

3.3 预期效果与风险

通过隧道开通后天窗施工，对排水系统的疏通、底座板周边反超高开槽引流、隧道边墙取芯排水等并举措施，隧道底座板离缝翻浆达到一定的整治效果：

隧道排水体系通畅，轨道底座板上下行两侧与填充层交界处无积水、泥砂渗出现象；

轨道小车线性监测（轨道线性静态测试）数据正常；

对整治方案的预期效果进行了评估，对隧道渗漏水影响最大的因素是每年汛期阶段，导致隧道底座板病害整治的反复的风险，所以时刻对隧道进行自动沉降监测势在必行。

4 整治前后自动沉降监测系统

4.1 系统设计

沉降监测采用自动化沉降监测系统，在监测范围内，沿既有赣深高速铁路注浆区一侧的轨道两侧底座板布设测线，测线平行于轨道方向，每5m布置一个监测断面，基准点布置于监测区域外稳定位置。在注浆段落两侧10米分别布设一个测点。赣深高速铁路沉降测点布设下图所示。基准点以及数据采集装置布设在相对稳定区域。

                                图2 沉降监测布置示意图

4.2 创新点

本项目采用基于液位测量的沉降变形自动监测系统。该系统具有测量精度高、长期稳定性好，抗干扰能力强，现场安装简便、易于实现自动监测、适用于多点分布测量的优点，非常适用于既有铁路的沉降变形长期自动监测。

基于液位测量的沉降变形监测技术的基本设计思路为：根据连通管的差压测量原理，在某一固定基准点处设置基准点传感器和设备箱（含储液罐、电池、 采集设备、无线传输设备），各测量点传感器固定于被测结构上且通过柔性连通管和数据线与基准点相连接；当结构发生沉降变形时，结构上的测量点传感器自动测量、采集高程变化，将数据通过设备箱传输至数据中心。

自动沉降监测系统由基准点物位计、测点物位计、传输总线、定位装载箱、工控设备箱组成，所有设备通过传输总线相连接。

监测系统设备的主要技术要求

1）自动监测系统设备由自动监测物位计、基准点安装件、基准点保护箱、定位装载箱、传输总线（含数据线、液管、气管）、工控设备箱组成。

2）物位计具有中华人民共和国制造计量器具许可证、具有较多的客运专线铁路路基自动监测工程应用业绩。

3） 系统监测软件拥有持续3年以上的客运专线铁路实时自动监控数据的应用业绩。

4） 定位装载箱含有定位装载和气控设备和液控设备。

5）工控设备箱含有工业蓄电池、工控采集模组、双向数据传输模组、安装组件和天线、太阳能供电设备。

4.3 数据处理与预警算法

高速铁路监测期间，为方便各相关单位及时了解监测数据变化趋势、实时掌握施工对既有线路的稳定性的影响，并根据现场实时监测数据分析处理结果对施工方案进行优化调整或制定安全风险预防措施，及时根据监测数据反馈信息调整施工运行情况和进度。采用自动化、信息化监测软件系统对既有铁路进行24h实时监测，并进行监测数据采集、分析及监测结果反馈。

现场监测设备通过物联网智能远程控制终端（RTU）进行采集，以无线方式将数据实时传输到监测平台，监测平台通过账号和密码进行登录，可看到所有监测项目的数据。自动化监测系统由现场监测传感设备、物联网智能远程控制终端（RTU）设备、监测平台及报警平台四部分构成，如图6所示。为了反映出施工期间的变形情况，在未实施之前对基础数据进行采集，并作为初始值。

图3  监测系统架构图

实时预警机制:平台可进行远程设定门限值预警和自动触发式报警，可对预警管理值进行分级设置，管理通知模板与通知手机号码，超出门限值根据设置的通知模板自动触发短信通知。

5 讨论

高铁隧道底座板翻浆整治方案和监测系统在提升赣深铁路隧道工程质量方面具有重要意义。

首先，底座板翻浆整治方案可以有效解决隧道底座板的翘曲和松动等问题。隧道底座板是隧道结构的重要组成部分，其稳固性直接关系到隧道的安全性和稳定性。通过翻浆整治，可以修复已经存在的问题，并预防未来可能出现的破坏情况。这项创新措施将大大提高隧道的质量和可靠性。

其次，监测系统在隧道工程中的作用也不可忽视。通过安装各种传感器和监测设备，可以实时监测隧道结构的变形、温度、湿度等参数，并及时预警和控制可能的风险。这种数据驱动的监测系统可以帮助工程师及时了解隧道的健康状况，发现潜在问题并采取相应的措施进行修复，以确保工程质量的持续改进。

针对这些创新措施对未来相关工程的潜在影响，我们可以做一些推测。首先，这些创新技术的应用将成为隧道工程施工的标配，有望成为行业的新常态。这将促进隧道工程质量的整体提升，减少施工过程中的问题和隐患。其次，这些创新技术的成功应用可能会对隧道设计和施工方法产生积极影响。工程师可以借鉴这些成功案例，改进设计和施工流程，提高工程质量和效率。此外，这些创新技术在工程管理和风险控制方面的应用也将为未来类似工程提供宝贵经验。通过收集和分析大量的实时监测数据，可以改进工程管理和维护策略，提前预防和解决问题，进一步提高工程效率和质量。

综上所述，高铁隧道底座板翻浆整治方案和监测系统对提升赣深铁路隧道工程质量具有重要意义。这些创新措施的成功应用将为未来类似工程提供宝贵经验和改进方向。

6 结论

总之，研究的主要发现和创新点主要包括底座板整治方案和监测系统对保障高速铁路结构稳定性的重要性。底座板整治方案可以有效解决隧道底座板的翘曲和松动等问题，提高隧道的质量和可靠性。监测系统则通过实时监测隧道结构的变形、温度、湿度等参数，帮助工程师了解隧道的健康状态，预警潜在问题，并及时采取措施修复，以确保工程质量的持续改进。这两项创新措施在保障高速铁路结构稳定性和安全性方面具有重要意义，将可能成为未来相关工程的标配，并对工程管理和风险控制产生积极影响。

参考文献

1.现行国家、铁路总公司和原铁道部有关高速铁路相关规范、验标、暂行规定及施工指南等。

2.《高速铁路CRTSⅢ型板式无砟轨道自密实混凝土》（Q/CR596-2017）；

3.《铁路无砟轨道嵌缝材料》(Q/CR601-2017)；

4.《铁路混凝土》（TB/T3275-2018)及《铁路混凝土工程施工质量验收标准》TB10424-2018；

5.《铁路工程沉降变形观测与评估技术规程》（Q/CR9230-2016)；

6.《高速铁路轨道工程施工技术规程》（Q/CR9605-2017)；