時間:2023-09-25 11:38:44
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關鍵詞:軟土地層;隧道沉降;軌道病害;優(yōu)化設計
1 概述
近幾年,地鐵作為城市軌道交通的重要組成部分,在各大城市的交通運輸中所占比重越來越大。盾構作為地鐵建設的主要施工方法之一,經(jīng)常穿越軟土地層,土層含水量高、強度低,同時軟土還有低滲透性、觸變性和流變性等不良特點,對隧道結構的穩(wěn)定性極為不利。線路運營后,在列車不斷的振動作用影響下,軟土地層的強度也不斷降低,長時間作用下將發(fā)生固結沉降,引起隧道結構的沉降變形,而上部的軌道結構也隨之變形,從而加劇了軌道不平順,直接影響道床的使用壽命,同時影響行車安全性及舒適性等。此外,由于隧道建設破壞了原有地下水流規(guī)律,軟土地層中的部分地下水流入隧道內(nèi),腐蝕軌道結構,影響軌道部件的使用性能。有效處理軟土地層對軌道結構的影響,保障地鐵安全有效的運營,是目前迫切需要解決的一道難題。
2 隧道病害影響分析
軟土地層隧道的主要病害有隧道壁滲漏水、結構裂縫及隧道不均勻沉降變形等,從而導致道床與隧道管片剝離以及道床裂縫。除此之外,結構滲漏水還會通過裂縫腐蝕道床結構內(nèi)的鋼筋,破壞道床結構的耐久性,影響線路的穩(wěn)定性、平順性等,直接影響行車安全。隧道內(nèi)的主要病害有以下幾點:
2.1結構滲漏水
主要發(fā)生在結構縫、管片縫隙及道床與隧道壁接縫處等。結構滲漏水夾帶著泥沙等流入隧道,進入道床范圍,阻塞排水溝,導致排水不暢或道床、轉轍機坑積水等。(圖1,2)
2.2 結構裂縫
在隧道管片的制作、運輸及拼裝過程中,由于其生產(chǎn)工藝、運輸存儲、施工操作的影響,管片難免存在局部碎裂缺角、拼裝不到位等缺陷。這些缺陷會造成隧道結構開裂,加劇地下水的滲漏,從而加劇軌道結構病害的產(chǎn)生。
2.3 隧道不均勻沉降變形
隧道不均勻沉降會使隧道結構產(chǎn)生彎曲變形,導致盾構管片縫張開、地下水滲漏加劇,造成整體道床和隧道管片的剝離及開裂,破壞軌道結構。尤其是在隧道差異沉降較大及小半徑曲線地段,更容易出現(xiàn)整體道床與管片剝離的現(xiàn)象,影響整體道床的耐久性和穩(wěn)定性。
3 軌道結構優(yōu)化設計
軟土地層隧道病害產(chǎn)生機理及原因錯綜復雜,為了減少隧道病害對軌道結構的影響,保證列車運行的平穩(wěn)性和安全性,需要對軌道結構進行優(yōu)化設計。主要可以從以下幾個方面進行。
3.1 采用高強度整體道床
軌道結構應采用整體性更強、剛度更大的長枕式整體道床,有利于減輕隧道仰拱的變形;同時采用較高等級的混凝土和道床鋼筋,增強整體道床的強度、耐久性等。
3.2 采用大調(diào)高量的扣件
軌道結構設計時優(yōu)先采用大調(diào)高量的扣件,隧道發(fā)生沉降后,可通過更換墊板、增加調(diào)高墊板等措施,在一定程度上抵銷道床沉降對軌道平順性產(chǎn)生的影響。
3.3 道床排水溝優(yōu)化設計
目前地下線整體道床設計通常的做法是設置雙側水溝,有利于截排隧道邊墻滲漏水、道床沖洗水及消防廢水等;在滿足整體道床強度要求的前提下,可增大道床排水溝的截面積,同時采用半圓形水溝代替矩形水溝,方便養(yǎng)護及清淤;適當增加小半徑曲線地段道床內(nèi)側排水溝的尺寸,有利于曲線地段的道床排水。
3.4 道床預埋注漿管
利用管片和道床上預留的注漿孔,通過注漿管向隧道管片外壁噴注水泥砂漿,加固隧道下部土體,可有效解決隧道差異沉降引發(fā)的道床結構沉降;也可通過在道床上預埋注漿管往道床與管片間噴注混凝土,解決道床與隧道管片剝離的問題。
圖3 道床預埋注漿管
3.5 岔區(qū)預留集水井
地下線道岔區(qū)轉轍機坑附近結構滲水等通常流入機坑后很難自然排出,長時間的積水將影響轉轍設備的正常使用。為避免岔區(qū)積水對設備產(chǎn)生影響,可在原有的道床排水系統(tǒng)上進行優(yōu)化設計,使道床水溝與轉轍機溝槽隔離,并在道岔轉轍機坑附近預留集水井,通過排水溝連通轉轍機坑,使機坑內(nèi)積水排入集水井中。同時在集水井內(nèi)設置小型潛水泵,將水排入道床水溝。
圖4 岔區(qū)預留集水井
4 合理化建議
目前國內(nèi)多個城市的地鐵運營已經(jīng)對隧道滲漏水、差異沉降等病害有了一定的治理經(jīng)驗,在此基礎上,可采取以下措施進一步控制軟土地層隧道沉降對軌道結構的影響,及時進行養(yǎng)護維護,消除隱患。
4.1 引入CPⅢ測量技術,定期對軌道結構進行觀測
通過加強對隧道及軌道結構的觀測,建立動態(tài)數(shù)據(jù)庫,及時發(fā)現(xiàn)問題,控制軌道幾何形位,可大幅提高軌道結構的平順性,減小軟土地層隧道沉降的不利影響。因此,在地鐵運營過程中對軌道結構進行長期監(jiān)測,進行定期的排查,可做到盡早發(fā)現(xiàn)盡早治理,防患于未然。
4.2 開展多專業(yè)設計研究
結合國內(nèi)地鐵運營管理經(jīng)驗,建立軌道結構變形和全線施工信息資料的數(shù)據(jù)庫,對隧道及軌道結構病害建立詳細的檔案,進行歸類統(tǒng)計,方便設計人員針對性地制定優(yōu)化設計方案,解決問題。這不僅能減輕運營養(yǎng)護維修工作量,也能為后續(xù)設計提供有價值的參考。
參考文獻:
[1]TB100822-2005 鐵路軌道設計規(guī)范[S].北京:中國鐵道出版,2005.
[2]北京城建設計研究總院.GB 50157―2013 地鐵設計規(guī)范[S].北京:中國建筑工業(yè)出版社,2013.