王哲峰

摘要：大秦線是我國(guó)第一條重載鐵路和雙線電氣化運(yùn)煤專用線，西起大同樞紐，全長(zhǎng)653.02km，大秦線大部分線路地處山區(qū)，華稍營(yíng)至桑干河峽谷和軍都山至摩天嶺地段橋隧相連，隧道成群，鐵路途經(jīng)桑干河峽谷的地形十分險(xiǎn)峻，橋隧涵所設(shè)地段處于強(qiáng)風(fēng)化地帶，石質(zhì)破碎施工相當(dāng)困難，整個(gè)工程艱巨工期緊迫，一期工程1988年開通，二期工程1992年開通。

關(guān)鍵詞：橋隧；原因分析；處理；對(duì)策方法

大秦線共有隧道52座67公里，其中2000米以上隧道13座，最長(zhǎng)的軍都山隧道8460米，有橋梁495座66公里，有涵渠1984座53公里。其中蓋板涵1253座30公里。橋隧總長(zhǎng)占線路50%。到目前為止橋梁、隧道和涵渠隨運(yùn)量的持續(xù)發(fā)展病害不斷加劇，特別是無填土蓋板涵的病害發(fā)展十分迅速，繼續(xù)發(fā)展有可能成為影響大秦線安全運(yùn)輸?shù)闹匾獑栴}。

大秦線自1988年開通2012年已運(yùn)營(yíng)24年，年運(yùn)量4億噸，跨兩省兩市，地質(zhì)情況復(fù)雜，橋隧涵病害隨著運(yùn)量的不斷增加，病害逐年顯現(xiàn)并呈現(xiàn)嚴(yán)重趨勢(shì)，表現(xiàn)如下：

一、橋梁病害

1、單線高橋墩橋（大于15m）震幅超限，如大秦線307#橋、333#橋、300#橋等。

2、混凝土梁體裂損、劣化嚴(yán)重，橫隔板開裂、掉塊、漏筋。主要反映在小于16m的梁體，特別是8m長(zhǎng)度的梁型。列車通過時(shí)振動(dòng)頻率大，疲勞加劇，造成圬工梁裂損嚴(yán)重，如大秦線213#橋、214#橋。

3、圬工梁防水層失效，橋面排水不暢，漏水污染嚴(yán)重造成橋上線路板結(jié)。梁體污染腐化嚴(yán)重，嚴(yán)重時(shí)混凝土面出現(xiàn)風(fēng)化和剝落現(xiàn)象。

4、32m預(yù)應(yīng)力混凝土梁上拱度衰減變小

5、支座位移超限

造成危害：

大秦線單線高橋墩振幅超限引起的梁體橫向振幅加大，橋體晃動(dòng)加劇，對(duì)軌道的磨損加大，養(yǎng)護(hù)工作量加大，尤其是曲線橋曲上股鋼軌磨損遠(yuǎn)比其他橋磨損的快，支座由于梁體的橫向振幅和晃動(dòng)加大后，橫向的作用力加大，造成了支座偏移，位移加大，出現(xiàn)超限情況，對(duì)列車的運(yùn)行形成長(zhǎng)期的隱患。同時(shí)橋上晃動(dòng)加大，事必造成供電接觸網(wǎng)鋼柱的晃動(dòng)加大，接觸網(wǎng)導(dǎo)線晃動(dòng)嚴(yán)重（俗稱鞭稍現(xiàn)象）。機(jī)車受電弓與接觸網(wǎng)導(dǎo)線接觸變化加大，可能造成導(dǎo)線與受電弓的不同程度的不均勻磨損，甚至出現(xiàn)虛接打火現(xiàn)象，對(duì)列車運(yùn)行形成極大危害。以上諸種超限形成的病害是一個(gè)長(zhǎng)期劣化過程，會(huì)減少橋梁的壽命，這種情況是大秦線多數(shù)橋梁普遍存在的問題，到一定時(shí)候，會(huì)發(fā)生橋梁同時(shí)報(bào)廢的現(xiàn)象。

分析原因：

1、橋梁振幅超限主要反映在單柱的高橋墩及15m以上的高橋墩。經(jīng)測(cè)試后表明墩頂?shù)臋M向振幅和橋墩自振頻率不能滿足《橋檢規(guī)》通常值的要求，分析主要原因是設(shè)計(jì)時(shí)采用的規(guī)范偏低，當(dāng)時(shí)采用86橋規(guī)，而多數(shù)為76年的橋梁標(biāo)準(zhǔn)圖，對(duì)日后的重載沒有深入的研究。另外，當(dāng)時(shí)的標(biāo)準(zhǔn)圖只有單線做法，對(duì)于雙線同橋的情況還很少，只是簡(jiǎn)單的疊加，有的還是并排的兩座單座橋梁，另一個(gè)因素，大秦線屬于單元重載，一側(cè)為輕車線，一側(cè)為重車線，而且方向都是很單一的，這樣的標(biāo)準(zhǔn)使天生形成的特點(diǎn)使得結(jié)構(gòu)物受力很單一，雙線同時(shí)過車時(shí)作用力很復(fù)雜，振幅的超限反映出當(dāng)時(shí)的設(shè)計(jì)缺陷。另外，隨著軸重不斷加大，車也越來越長(zhǎng)，列車對(duì)橋沖擊越來越大，加上養(yǎng)護(hù)的缺陷，橋梁整孔整孔換渣不及時(shí)，橋上線路不能及時(shí)清篩，線路板結(jié)，道床彈性消失，對(duì)梁體沖擊加大。橋面防水層的裂損，造成了梁體排水不良，承渣槽積水。梁體多年的負(fù)重多處裂紋、水的侵蝕、鋼筋的部分發(fā)生腐蝕嚴(yán)重，同時(shí)梁體的上拱出現(xiàn)了變小的情況非常突出，主要原因是梁體受力狀態(tài)不良，超負(fù)荷疲勞運(yùn)行造成的。預(yù)應(yīng)力的損失沿主筋裂紋情況增多，使沿預(yù)應(yīng)力筋裂紋的梁體也是由此原因造成的，主要表現(xiàn)在圖號(hào)叁標(biāo)橋2019型梁，由于輕重車分離，橋墩振幅超限情況很多，受力不均，次應(yīng)力增加形成32m、24m、16m梁體橫隔板開裂現(xiàn)象。

2、支座病害突顯，也由于振幅超限，晃動(dòng)加大，梁體出現(xiàn)不均衡的橫向力，使得支座銷釘折斷，位移超限，隨著運(yùn)量的加大，大秦線已更換近百個(gè)支座。

病害處理方法及對(duì)策：

1、加固橋墩：①針對(duì)兩橋墩墩帽已聯(lián)接，基礎(chǔ)無聯(lián)接的情況，應(yīng)加固橋墩墩身，采用抱箍的方法加大墩身的自重，并加入上下行橋墩的聯(lián)體梁，使兩橋墩整體受力。如大秦線122#橋。②聯(lián)接墩帽，針對(duì)兩橋基礎(chǔ)已聯(lián)接，但墩帽無聯(lián)接的情況，采用聯(lián)接墩帽、拉錨預(yù)應(yīng)力的方法形成加固。如大秦線307#橋、354#橋。

2、梁體橫向加固（32m、16m、24m）。采用橫向張拉預(yù)應(yīng)力橫隔板的方法，解決原橋梁體標(biāo)準(zhǔn)低、橫向振幅大以及兩片梁原橫隔板開裂、梁上拱度不一致的情況，如大秦線已對(duì)32m、24m、16m梁進(jìn)行加固，效果良好。

3、支座更換

4、梁體裂紋封閉（JJ型材料），如大秦線354#、360#、361#橋，防止了水的侵入腐化，延長(zhǎng)鋼筋的使用壽命。

5、整治托盤墩帽裂紋主要采用鋼板貼合注膠的方法，如大秦線122#橋。

6、墩臺(tái)裂紋采用粘貼碳素纖維布法加固和注漿法，如大秦線121#橋。

二、隧道病害

1、隧道基底吊空病害，以軍都山、九山隧道最具典型。隧道基底吊空病害造成線路的高底水平嚴(yán)重不良，尤其在動(dòng)載作用下病害現(xiàn)象更為明顯，九山隧道曾經(jīng)出現(xiàn)了突然塌陷基底的現(xiàn)象，對(duì)正常行車造成很大的威脅，列車到病害區(qū)段不得不限速行駛，影響了正常的運(yùn)輸行車。

2、隧道漏水，大秦線隧道不同程度都存在漏水現(xiàn)象，一部分是長(zhǎng)大隧道的地表水和山體裂隙水漏水情況，如：軍都山、景忠山、大黑山、天馬山隧道等；另一部分為淺埋隧道的季節(jié)性漏水，如：國(guó)各莊、陳莊、郭溝隧道等。

3、由于施工質(zhì)量造成的隧道襯砌混凝土標(biāo)號(hào)不足，厚度不夠，形成的裂損劣化，如：白家灣隧道襯砌質(zhì)量嚴(yán)重不足，邊墻混凝土劣化嚴(yán)重。

4、隧道煤屑污染，由于是運(yùn)煤專線，且無防塵措施，隧道煤屑污染嚴(yán)重，造成邊墻混凝土煤屑化學(xué)侵蝕，道床板結(jié)翻漿冒泥，鋼軌及配件銹蝕，水溝堵塞排水不暢。如：莊戶廟、摩天嶺隧道等，以長(zhǎng)大坡道的隧道較為嚴(yán)重。

造成危害：

隧道的以上病害，對(duì)大秦線造成長(zhǎng)期的隱患。首先，隧道空吊和突然塌陷，由于具有突發(fā)性，出現(xiàn)前很難預(yù)測(cè)，已成為對(duì)鐵路運(yùn)行安全的直接危險(xiǎn)，如九山隧道的情況，到現(xiàn)在還在限速運(yùn)行。另外，空吊情況造成線路方向高低不良，養(yǎng)路工作量加大，投入的人力、物力加大。

隧道漏水對(duì)襯砌的影響逐年顯現(xiàn)，由于水的侵蝕作用，加之襯砌的質(zhì)量差，對(duì)混凝土襯砌的腐化日漸嚴(yán)重，對(duì)隧道的壽命有嚴(yán)重影響，現(xiàn)已成為不可忽視的病害。

由于隧道的漏水和污染作用，造成水溝堵塞排水不暢，雨季時(shí)外界和山體內(nèi)部的水大量，使隧道排水不暢，水可能嚴(yán)重侵蝕道床，加上道床污染板結(jié)嚴(yán)重，線路發(fā)生多處的翻漿冒泥，線路幾何尺寸變化大，三角坑等病害頻繁出現(xiàn)，線路難以穩(wěn)定。另外，由于施工質(zhì)量的影響，襯砌厚度不足，質(zhì)量不高，特別是拱頂厚度嚴(yán)重不足，多年運(yùn)營(yíng)后，拱頂出現(xiàn)掉塊、龜裂現(xiàn)象，曾經(jīng)在軍都山隧道發(fā)生掉塊砸壞機(jī)車的事件。這種情況，長(zhǎng)期對(duì)機(jī)車、人身形成威脅。

分析原因：

隧道在重載線路下突出的病害，首先是隧道基底深陷現(xiàn)象，屢次發(fā)生，而且沒有前兆、無規(guī)律發(fā)生，如大秦線九山隧道、天馬山隧道、大黑山、軍都山等隧道都出現(xiàn)。初步分析是重載震動(dòng)和隧道的漏水結(jié)合，有可能發(fā)生基底突然沉降現(xiàn)象，經(jīng)過08年對(duì)大秦線涿鹿-西張莊間隧道的檢測(cè)發(fā)現(xiàn)，一是施工質(zhì)量多為不良，二是隧道背后與山體不能密貼，形成分離的空間，使隧道漏水嚴(yán)重，列車運(yùn)行震動(dòng)對(duì)襯砌的損害嚴(yán)重，形成了隧道襯砌的裂損，這樣的狀態(tài)主要和施工質(zhì)量有很大的關(guān)系，如超挖太大，襯砌厚度不足，質(zhì)量不高，混凝土的標(biāo)號(hào)不夠，山體裂紋和隧道背后的防水層不合格，防水板年久老化，回填背后盲溝堵塞不起作用，都是形成漏水的主要原因。

病害處理方法及對(duì)策：

1、基底吊空和塌陷處理

①基底吊空由于在大密度的列車運(yùn)行條件下施工，采用大面積注漿工藝來彌補(bǔ)隧道基底吊空的方法。從而提高道床的承載力，使得空洞得以密實(shí)，這種方法只是沒有辦法的辦法，如軍都山、大黑山、桃園隧道使用過此方法。

②基底塌陷存在的病害，此種病害的出現(xiàn)，可能是仰拱或鋪底的斷裂和沉降，多采用鋼軌架空線路翻修仰拱的方法，但在大密度運(yùn)行條件下很難實(shí)現(xiàn)，且進(jìn)度很慢。曾經(jīng)在九山隧道翻修88m，但施工難度極大、造價(jià)很高、作業(yè)條件艱苦。

2、加固拱頂襯砌。此方法時(shí)針對(duì)拱頂開裂掉塊、襯砌厚度不足的隧道，采用鋼骨架套隧，噴混凝土或模注的方法補(bǔ)強(qiáng)隧道。如大秦線李家嘴隧道，加固拱頂開裂掉塊，采用此法只做了43m，用了一年的時(shí)間（2次集中修），代價(jià)昂貴。

3、隧道排水不暢引發(fā)的翻漿冒泥現(xiàn)象，多采用清理水溝及清理淤積的方法。在長(zhǎng)大隧道解決隧道地下水排水問題時(shí)，采用密井暗頂側(cè)溝的方法，把道床下仰拱上的地表水滲入兩側(cè)密井中排走，同時(shí)連同隧道襯砌后的盲溝，形成無沙管滲流匯水后排水，效果也不錯(cuò)。2000年在大秦線景忠山隧道處理過，但現(xiàn)在由于運(yùn)量加大，天窗少，基本上在大秦線很難實(shí)現(xiàn)。

三、無土蓋板涵洞病害

大秦線無填土蓋板涵設(shè)備存在病害的基本情況

大秦線蓋板涵自開行兩萬噸以來設(shè)備病害發(fā)展十分迅速。從2006年開始試驗(yàn)到2012年隨著開行對(duì)數(shù)的持續(xù)增加，蓋板涵大量出現(xiàn)漿砌片石邊墻變形外鼓、混凝土帽石壓潰、鋼筋混凝土蓋板裂紋、掉塊漏筋等病害。目前存在病害的蓋板涵累計(jì)達(dá)到303座，大秦線蓋板涵病害按照孔徑分析具有明顯的規(guī)律，病害首先發(fā)生在填土小于1m，孔徑為3至5米的涵洞。

大秦線蓋板涵病害發(fā)展有明顯的時(shí)間特征，開行萬噸車初期劣化發(fā)展與普通線路相當(dāng)，開行兩萬噸以后，蓋板涵的漿砌片石邊墻開裂、外鼓加速發(fā)展，過重載列車時(shí)的振動(dòng)明顯加大，隨后蓋板出現(xiàn)裂紋掉塊。邊墻開裂位置多在邊墻高度1/2以上部位。裂紋及邊墻病害多發(fā)生在重車線一側(cè)。根據(jù)病害程度大秦線蓋板涵可分為一般病害和安全病害兩類。

1、大秦線無填土蓋板涵設(shè)備存在的一般病害

①板頂保護(hù)層、防水層失效：表現(xiàn)在雨季道床積水自板縫間、墻身帽石頂與板底間流淌。

②板底砼保護(hù)層裂損、脫落，鋼筋銹蝕。

③板體出現(xiàn)垂直線路方向的受拉裂縫。

④雨季時(shí)石砌墻體有雨水自路基側(cè)向涵洞邊墻滲出。

2、大秦線無填土蓋板涵設(shè)備存在的安全病害

①邊墻、翼墻裂損、內(nèi)傾。

②墻頂砼支撐帽石壓潰。

③列車通過時(shí)，線下蓋板動(dòng)載撓度大（6m跨度蓋板最大下?lián)隙冗_(dá)8mm，3m跨度蓋板最大下?lián)隙冗_(dá)4mm），撓跨比超限；動(dòng)載作用下板體砼、鋼筋伴有異樣聲響。

④板體砼不實(shí)，結(jié)構(gòu)內(nèi)部滲漏水。

蓋板涵病害的原因分析

1、板頂填土厚度不足，重載列車沖擊力對(duì)涵洞的破壞較大。

原《鐵路橋涵設(shè)計(jì)基本規(guī)范》（TB10002.1-99）規(guī)定：“涵洞頂至軌底的填土厚度不宜小于1m”；現(xiàn)執(zhí)行的《鐵路橋涵設(shè)計(jì)基本規(guī)范》（TB10002.1-2005）規(guī)定：“涵洞頂至軌底的填土厚度不宜小于1.2m”。顯見高速、重載鐵路對(duì)橋涵的動(dòng)力性能要求已經(jīng)越來越高，根本原因是在進(jìn)行橋涵動(dòng)力系數(shù)計(jì)算時(shí)，當(dāng)填土厚度等于或大于1m時(shí)，由于豎向活載的沖擊能量可以被填土吸收，可不計(jì)列車活載對(duì)涵洞的豎向動(dòng)力作用；而當(dāng)填土厚度小于1m時(shí)，沖擊系數(shù)取值1+u=1+6a/（30+L）、且a=4（1-填方厚度）≤2，對(duì)于普通線路，由于軸重和行車速度較底，這個(gè)問題不突出，但對(duì)大秦線通行軸重25t、編組長(zhǎng)達(dá)2672m 的2萬噸組合列車，這個(gè)問題就凸現(xiàn)出來，低填土既有板涵在頻繁又巨大的沖擊力作用下極容易造成上述病害的發(fā)生。

2、墻身頂部帽石的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)強(qiáng)度低。

蓋板涵蓋板設(shè)計(jì)是按簡(jiǎn)支梁受力分析來設(shè)計(jì)的，而簡(jiǎn)支梁的受力狀況及使用壽命要求其端部支撐面必須有足夠的強(qiáng)度，因此簡(jiǎn)支梁的支撐面多設(shè)計(jì)為鋼性或鋼筋砼材質(zhì)。而大秦線鐵路涵洞建造時(shí)，鑒于當(dāng)時(shí)的規(guī)劃運(yùn)量和運(yùn)輸組織方式，仍沿用了當(dāng)時(shí)常規(guī)的鐵路蓋板涵帽石澆注40cm厚C20普通素砼的標(biāo)準(zhǔn)，現(xiàn)在看無疑留下了致命欠缺（新的設(shè)計(jì)規(guī)范為涵洞宜采用框架涵），沒有充分考慮重載運(yùn)煤列車對(duì)結(jié)構(gòu)可能造成的破壞，由于蓋板端部支撐面的強(qiáng)度不足和裂損，造成板體受力“三條腿”，進(jìn)而出現(xiàn)動(dòng)載作用下承載能力不足動(dòng)撓度超限等安全問題。

3、板頂防水設(shè)計(jì)等級(jí)低、施工質(zhì)量不高。

①肆橋-5009蓋板涵標(biāo)準(zhǔn)圖對(duì)板頂防水層設(shè)計(jì)為當(dāng)板頂填土厚度小于1.0m，宜在板頂滿鋪甲種防水層（一層瀝青浸制麻布+二層石棉瀝青），以保證蓋板不至于因沖擊影響可能出現(xiàn)和擴(kuò)大裂縫及鋼筋的銹蝕。而實(shí)際的結(jié)果是由于防水層外沒有設(shè)計(jì)保護(hù)層，受沖擊作用影響，大秦線開通5—8年后，其防水層就基本完全失效，雨季道床積水順板間縫隙及板底與墻身頂部間空隙流淌侵蝕板體，進(jìn)而造成防水層劣化、板內(nèi)鋼筋銹蝕乃至砼裂損脫落。

②受當(dāng)時(shí)建筑安裝起重機(jī)械的制約，肆橋-5009蓋板涵標(biāo)準(zhǔn)圖中跨度4.0m蓋板涵，板體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)寬1.0m，跨中布筋凈距僅32—34mm，板底主筋砼保護(hù)層（凈距）厚度20mm；而實(shí)際現(xiàn)場(chǎng)預(yù)制蓋板作業(yè)，考慮到施工誤差，為了不影響板體安裝，板寬實(shí)際尺寸多為0.97—0.99m，如此由于受布筋間距的限制，板底保護(hù)層澆注實(shí)際級(jí)配粗骨料（石子）很少，而又由于震搗棒無法深入配筋下部，其板底保護(hù)層實(shí)際就是水泥砂漿體，其強(qiáng)度很難達(dá)到設(shè)計(jì)要求的。

4、預(yù)制和安裝的蓋板涵單板受力差異很大。

據(jù)鐵道科學(xué)研究院2004年“大秦線2萬噸貨車條件下線橋設(shè)備強(qiáng)化對(duì)策的試驗(yàn)研究”，對(duì)大秦線K464+157、1—4m 鋼筋砼蓋板涵4塊單片1m寬蓋板，在2萬噸列車動(dòng)載作用下進(jìn)行的撓度測(cè)試分析結(jié)論為：4塊板體受力分配比例為6.2%、44.7%、32.1%、17%，可見單板受力相差懸殊，結(jié)構(gòu)整體性差，線下主要受力的2塊板發(fā)生疲勞破壞的機(jī)率很大。

5、蓋板涵的養(yǎng)護(hù)維修不良。

無填土蓋板涵的設(shè)備病害，與工務(wù)養(yǎng)護(hù)部門的日常維護(hù)不善和對(duì)重載運(yùn)輸影響缺乏經(jīng)驗(yàn)有很大關(guān)系。無填土蓋板涵在未開行萬噸和2萬噸組合列車之前，就已出現(xiàn)的蓋板防水層失效、板縫間填塞物脫落、板底保護(hù)層裂損掉快及箍筋銹蝕等病害，工務(wù)段僅憑經(jīng)驗(yàn)頭疼醫(yī)頭，對(duì)板頂防水層失效的整治，因運(yùn)量極其繁忙影響運(yùn)輸受阻，一定程度延誤了時(shí)機(jī)，使上述病害互為因果發(fā)展至板跨動(dòng)載條件下豎向變位明顯加大和板體鋼筋、砼應(yīng)力巨增，給大秦鐵路的安全暢通帶來潛在的設(shè)備隱患

病害處理方法及對(duì)策：

1、鋼板貼合法：板頂裂紋、板強(qiáng)度不足、承載力下降、撓度大的板，采用鋼板貼合法加固，用貼合加固補(bǔ)強(qiáng)原有強(qiáng)度不足的板，用12-15mm的鋼板，采用高強(qiáng)貼合膠與原有板聯(lián)接補(bǔ)強(qiáng)的工藝，提高板的強(qiáng)度。如大秦線120#涵、338#涵。效果都不錯(cuò)，但工藝要求原有混凝土標(biāo)號(hào)高、質(zhì)量高。

2、整體套框加固：針對(duì)板涵邊墻外鼓、邊墻混凝土漿砌片石開裂，造成的病害采用整體框構(gòu)加固的方法，缺點(diǎn)是減小孔徑，減弱了原有涵洞的功能。

四、對(duì)設(shè)計(jì)和施工單位的建議

1、在設(shè)計(jì)上提高標(biāo)準(zhǔn)，充分考慮重載的特殊性，充分考慮運(yùn)營(yíng)時(shí)的維護(hù)和養(yǎng)護(hù)的可操作性

2、施工注意重載鐵路地基的特殊處理，尤其是對(duì)水的處理，要考慮運(yùn)營(yíng)后動(dòng)態(tài)變化時(shí)對(duì)設(shè)備養(yǎng)護(hù)的條件。

3、施工預(yù)留日后橋隧檢測(cè)的位置，以方便日后養(yǎng)護(hù)時(shí)的觀測(cè)

4、加強(qiáng)隧道的施工工藝，提高質(zhì)量，加強(qiáng)管理，嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)進(jìn)行施工，充分考慮長(zhǎng)久的設(shè)備使用壽命，和運(yùn)營(yíng)日后養(yǎng)護(hù)的難度和整治的代價(jià)。因?yàn)?，有的病害在施工時(shí)留下的可能是永久的病害，是運(yùn)營(yíng)后無法整治或整治需要負(fù)出非常昂貴代價(jià)的。

參考文獻(xiàn)：

[1]《鐵路橋隧建筑物修理規(guī)則》中華人民共和國(guó)鐵道部2010年北京