整體道床二次澆筑破損分析及新線介入建議

李艷祥 周 宏

(南京地鐵運(yùn)營有限責(zé)任公司工務(wù)分公司，江蘇 南京 210000)

整體道床作為地鐵系統(tǒng)土建結(jié)構(gòu)的重要組成部分，對道床的整體性有比較高的要求。但是在施工建造期由于施工工期、施工安排等的不合理，經(jīng)常造成道床的二次澆筑問題，如圖1所示。新舊交界面處理不當(dāng)，造成道床的整體性不夠，新舊接縫處存在孔隙，在道床上表現(xiàn)為脫空。同時(shí)由于區(qū)間排水溝的破損或者主體結(jié)構(gòu)的裂縫，造成地下水的滲入，在列車的往復(fù)運(yùn)行作用下，促使道床內(nèi)部新舊交界面產(chǎn)生振動(dòng)破損，長時(shí)間的振動(dòng)造成混凝土被逐漸的研磨成泥漿、砂子與石子，從道床、結(jié)構(gòu)面的各種縫隙返出，長而久之會(huì)造成整體道床大規(guī)模的脫空破損。道床的脫空破損不僅縮短了結(jié)構(gòu)體系的使用壽命，增加了養(yǎng)護(hù)成本，也給地鐵的正常運(yùn)營帶來不利影響，甚至有安全隱患[1-4]。因此，研究整體道床新舊交界面的脫空破損機(jī)理及其預(yù)防措施，具有重要的工程意義和應(yīng)用價(jià)值。

1 基本假定

由于機(jī)車、軌道、道床、基底的相互作用，道床整體的受力模式比較復(fù)雜，本文為了研究方便，對一些不確定的受力模型及傳遞路徑做以下基本假定：

1)假定鋼軌、扣件、軌枕作為一個(gè)整體，起到荷載傳遞的媒介作用，不考慮機(jī)車的橫向作用對道床產(chǎn)生的作用效應(yīng)。

2)假定作用于道床上的摩擦力由道床整體傳遞，對于道床的脫空面或者道床與基底的交界面的摩擦力傳遞由接觸面的摩阻力進(jìn)行。

2 道床破損分析

對于道床脫空部分，如圖2所示，由于物理交界面的形成，在道床發(fā)生脫空部分形成應(yīng)力的重新分布，根據(jù)基本假定可知，鋼軌整體傳遞來的摩擦力則由未破損的上部結(jié)構(gòu)與上下部結(jié)構(gòu)間交界面的摩擦力共同承擔(dān)，則道床的受力形式為F=F1+ΔF，即：

(1)

其中，f為考慮機(jī)車荷載壓重影響的混凝土體積摩擦系數(shù)，N/m3；A=f(B′,L′)為考慮道床寬度B′和道床塊長度L′的面積函數(shù)，m2；h1為未破損道床的高度，m；F′為考慮機(jī)車荷載壓重影響的混凝土面積摩擦系數(shù)，N/m2；A′=f(B′,L′)為道床脫空面處脫空寬度B′與長度L′的面積函數(shù)，m2。

為了發(fā)揮道床的正常承載力，則：

(2)

其中，系數(shù)f,A,h1,F′,A′的含義同式(1)；M為機(jī)車在各種工況下傳遞到道床的最大摩擦力，N。

根據(jù)式(2)，可以推知在道床內(nèi)必然存在一個(gè)臨界面Al使得摩擦力M與抗力F達(dá)到極限平衡狀態(tài)，如式(3)：

(3)

其中，系數(shù)f,A,F′,M的含義同式(2)；hl為未發(fā)生道床破壞部分的臨界高度，m；Al為道床發(fā)生脫空時(shí)的臨界面，m2。

根據(jù)式(3)，代入相關(guān)數(shù)據(jù)及邊界條件，可以得到Al與hl相關(guān)的理論解答或者解析解答，本文不做深入探討。當(dāng)?shù)来捕螡仓母叨萮1小于發(fā)生破損的臨界高度hl時(shí)，況且在浸水狀態(tài)下臨界脫空面上下的摩阻力系數(shù)F′必然減小，為了保證F=M，則必然會(huì)擴(kuò)大Al，當(dāng)F′達(dá)到最小值min{F′}，此時(shí)道床脫空面Al達(dá)到最大值max{Al}，如圖3所示。

這樣，在道床逐漸脫空破損的過程中，原脫空面與max{Al}面之間的混凝土被逐漸的分解成泥漿、砂子與石子，在列車來回往復(fù)的運(yùn)動(dòng)中，被逐漸的從道床內(nèi)部帶出，散落于道床兩側(cè)的水溝，造成道床內(nèi)部脫空破壞，如圖4所示。

3 整體道床新線介入的建議

根據(jù)前面的破損機(jī)理分析，道床的二次澆筑會(huì)增加道床脫空破損的風(fēng)險(xiǎn)，從建設(shè)的源頭杜絕道床的二次澆筑問題是行之有效且成果顯著的方法。這時(shí)候在施工建設(shè)期，運(yùn)營單位的現(xiàn)場介入就顯得特別的必要和迫切，基于目前建設(shè)期的運(yùn)營單位新線介入的一些問題，為了更好的發(fā)揮設(shè)備的耐久性，提出一些看法與建議：

1)目前的軌道道床結(jié)構(gòu)的施工建造與后期維養(yǎng)的問題。目前的軌道道床結(jié)構(gòu)的施工建造是由軌道專業(yè)的鋪軌單位進(jìn)行，而道床結(jié)構(gòu)的后期維養(yǎng)卻由運(yùn)營公司的土建專業(yè)進(jìn)行，這樣道床結(jié)構(gòu)的施工建造與后期維養(yǎng)之間有所脫節(jié)，交接不夠充分。建議在軌道道床施工建造的新線介入時(shí)，運(yùn)營公司土建專業(yè)做新線介入的整體把控，參與到軌道道床結(jié)構(gòu)施工建造的新線介入之中。

2)由地鐵建設(shè)單位對軌道專業(yè)的鋪軌單位進(jìn)行要求，明確每次道床段的澆筑必須一次性完成，嚴(yán)禁出現(xiàn)道床的二次澆筑問題。

3)運(yùn)營公司土建專業(yè)介入人員要時(shí)時(shí)做好軌道道床結(jié)構(gòu)設(shè)備的現(xiàn)場情況統(tǒng)計(jì)，并進(jìn)行設(shè)備臺賬的填寫，一旦發(fā)現(xiàn)這種情況要及時(shí)填寫臺賬，并盡量的要求施工單位整改，不能整改的要做好設(shè)備臺賬的記錄，并在運(yùn)營維護(hù)期加強(qiáng)觀察與維護(hù)。