道砟膠在道床過(guò)渡段的應(yīng)用與施工

楊建明

(中鐵二十三局集團(tuán)有限公司，成都 610031)

道砟膠在道床過(guò)渡段的應(yīng)用與施工

楊建明

(中鐵二十三局集團(tuán)有限公司，成都 610031)

為明確道砟膠在改變道床過(guò)渡段剛度方面的作用，進(jìn)行了室內(nèi)試驗(yàn)，測(cè)試了不同用膠量時(shí)的道床支承剛度，并對(duì)其施工方法及方式進(jìn)行研究。結(jié)果表明，通過(guò)改變枕底道砟膠的用量達(dá)到調(diào)整道床剛度的目的，可以將其作為一種新的施工方式。道砟膠的手動(dòng)施工和機(jī)械施工各有所長(zhǎng)，施工中可將二者結(jié)合使用。

道砟膠 過(guò)渡段 道床剛度

在有砟軌道與無(wú)砟軌道連接處，存在著一定的剛度差，當(dāng)列車(chē)高速通過(guò)時(shí)，會(huì)增加列車(chē)與軌道的振動(dòng)，引起列車(chē)與軌道結(jié)構(gòu)作用力的增加，影響軌道結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定以至危及行車(chē)安全。因此，需要在有砟軌道與無(wú)砟軌道之間設(shè)置一定長(zhǎng)度的過(guò)渡段，使軌道剛度逐漸變化，降低列車(chē)與軌道的振動(dòng)，減小軌道結(jié)構(gòu)的變形，保證列車(chē)的安全運(yùn)行。隨著新材料工藝的飛速發(fā)展，可以通過(guò)在道床中添加膠凝材料來(lái)增強(qiáng)道砟間的黏結(jié)力，進(jìn)而改變道床剛度，實(shí)現(xiàn)剛度漸變。我國(guó)鄭西客運(yùn)專線就采用了道砟膠這一新技術(shù)。本文對(duì)道砟膠改變道床剛度的原理進(jìn)行了研究，得到了道砟膠施工方法、用量與道床剛度的關(guān)系，可用于指導(dǎo)現(xiàn)場(chǎng)施工與實(shí)際應(yīng)用。

1 過(guò)渡段現(xiàn)狀

在已開(kāi)通的6 497 km高速鐵路線路上，有砟軌道比例為75%，無(wú)砟軌道比例為25%，不可避免地遇到有砟和無(wú)砟軌道的過(guò)渡。我國(guó)正在建設(shè)的京滬高速鐵路全線長(zhǎng)1 318 km，正線有砟軌道鋪設(shè)地段有108.743 km，約占正線鋪軌總長(zhǎng)的9%。整個(gè)線路內(nèi)，有砟與無(wú)砟軌道過(guò)渡多處出現(xiàn)，路橋、路隧、路堤、路塹以及不同路基結(jié)構(gòu)之間，兩橋(隧)之間短路基等多種類(lèi)型間的有砟和無(wú)砟軌道之間的過(guò)渡段多次相接過(guò)渡。

列車(chē)經(jīng)過(guò)有砟與無(wú)砟兩種剛度不同的軌道結(jié)構(gòu)時(shí)，會(huì)引起車(chē)輛—軌道系統(tǒng)沖擊，造成過(guò)渡段鋼軌撓度差。隨著通過(guò)總重增加，將會(huì)形成軌面不平順。軌面不平順進(jìn)一步加劇車(chē)輛—軌道系統(tǒng)振動(dòng)，惡性循環(huán)，嚴(yán)重影響軌道的使用和旅客乘坐舒適性。當(dāng)列車(chē)運(yùn)行速度提高后，有砟—無(wú)砟軌道過(guò)渡段問(wèn)題更加明顯。

在有砟—無(wú)砟軌道過(guò)渡段有砟側(cè)，由于車(chē)輛—軌道系統(tǒng)沖擊，道床粉化、坍塌嚴(yán)重。軌道重型化可以改良這一狀況，如鋪設(shè)長(zhǎng)軌枕，設(shè)置輔助軌，其中，設(shè)置輔助軌可以認(rèn)為是對(duì)鋼軌的加強(qiáng)。其次，還有縮小軌枕間距、鋪設(shè)優(yōu)質(zhì)道砟等道床強(qiáng)化措施。再者，國(guó)內(nèi)外開(kāi)始采用道砟膠來(lái)解決這一問(wèn)題。

2 道砟膠對(duì)道床剛度的作用原理

道砟膠為聚氨酯樹(shù)脂黏合劑，由兩種組分化合而成，每種組分各由幾種單體經(jīng)過(guò)化學(xué)反應(yīng)得到。它具有以下特點(diǎn):①液態(tài);②冷固化，適用溫度5℃～50℃;③難溶;④滲透進(jìn)入道砟結(jié)構(gòu)，黏度可調(diào);⑤在道砟表面成膜;⑥在道砟接觸點(diǎn)黏結(jié);⑦與道砟一起形成抗壓整體。

通過(guò)在室內(nèi)進(jìn)行實(shí)尺軌道試驗(yàn)，得到道砟膠施工方法、用量與道床剛度的關(guān)系。試驗(yàn)室溫度11℃～13℃，相對(duì)濕度42%～74%。

2.1 試驗(yàn)工況

試驗(yàn)時(shí)分兩次噴道砟膠。第一次先噴軌枕以下、軌枕范圍以內(nèi)的道砟，噴完膠回填道砟。第二次噴軌枕之間及砟肩。試驗(yàn)測(cè)試工況見(jiàn)表1。

2.2 試驗(yàn)結(jié)果

試驗(yàn)測(cè)得工況三和工況五數(shù)據(jù)見(jiàn)圖1、圖2。對(duì)二、三、四組數(shù)據(jù)進(jìn)行擬合，可以得到此工況下的擬合線性方程為

其中，D為道床剛度(kN/mm);P為豎向力(kN)。

圖1 工況三鋼軌支點(diǎn)處道床剛度

圖2 工況五鋼軌支點(diǎn)處道床剛度

對(duì)二、三組數(shù)據(jù)進(jìn)行擬合，可以得到此工況下的擬合線性方程為

對(duì)其余工況試驗(yàn)測(cè)得的數(shù)據(jù)進(jìn)行擬合，匯總得到表2中各個(gè)工況的剛度結(jié)果。

工況一情況下穩(wěn)定后的鋼軌支點(diǎn)處道床剛度遠(yuǎn)大于《鐵路軌道設(shè)計(jì)規(guī)范》中線路開(kāi)通時(shí)所要求的最小值100 kN/mm。這是因?yàn)楸驹囼?yàn)道床下為剛性混凝土基礎(chǔ)，道床用手持搗固棒反復(fù)搗固密實(shí)，且加載幾次后道砟被壓密。

表2 噴膠前后道床穩(wěn)定時(shí)支承剛度比較

工況一中，道床在豎向力的作用下反復(fù)測(cè)幾組，道砟越壓越密實(shí)，鋼軌支點(diǎn)處道床剛度也越來(lái)越大，最終穩(wěn)定。由于測(cè)試完工況一后重新?lián)v固，道砟在未經(jīng)豎向力壓實(shí)的松散狀態(tài)下噴膠，工況二和工況三經(jīng)過(guò)第一組測(cè)試后道床趨于穩(wěn)定，塑性降低，接近彈性狀態(tài)，不會(huì)越壓越密實(shí)。因此，表2中工況一的剛度大于工況二和工況三的剛度。工況四和工況五中由于軌枕之間、砟肩都噴道砟膠，軌枕與所有道砟黏成整體，因此剛度明顯提高。

比較工況一、工況四和工況五可以發(fā)現(xiàn)，豎向力為140 kN，反復(fù)加載后，有膠道床的剛度比無(wú)膠時(shí)分別大64.0 kN/mm、88.40 kN/mm;工況五比工況四的剛度大24.4 kN/mm。因此，可以通過(guò)調(diào)整枕底道砟膠的用量來(lái)調(diào)整道床剛度。

由表2還可以看出，道床支承剛度的提高主要依賴于軌枕側(cè)面、端部與道砟的黏結(jié)，因此，實(shí)際應(yīng)用中要提高剛度須在軌枕之間及砟肩噴膠，而不能僅在軌枕底部道砟噴膠。

此外，由于道砟接觸點(diǎn)處被道砟膠黏結(jié)，減小了道砟間的摩擦，可以延長(zhǎng)道砟使用壽命。道砟膠組織后的道床可以將動(dòng)態(tài)壓力更好地分散到更寬的范圍內(nèi)分布。經(jīng)過(guò)道砟膠組織后的道床具有以下特點(diǎn):①邊坡穩(wěn)固;②道砟不飛濺;③道床橫向阻力改善;④具有天然空隙，透水性好;⑤耐油脂、潤(rùn)滑液、紫外線、排泄物等腐蝕;⑥耐火。但是，道砟膠組織后道床成為整體，給大機(jī)維修和清篩帶來(lái)困難，需要進(jìn)一步研究維修方法及道砟膠的溶解技術(shù)。

3 道砟膠的施工

德國(guó)在過(guò)渡段有砟軌道上這樣施工:黏結(jié)長(zhǎng)度共45 m，分三段施工，第一段為底砟、邊砟、軌枕盒內(nèi)道砟整體黏結(jié)，第二段為底砟、邊砟部分黏結(jié)，第三段僅底砟黏結(jié)。我國(guó)在鄭西客運(yùn)專線上也是采用同樣的施工方法，達(dá)到調(diào)整道床剛度的目的。

通過(guò)上述試驗(yàn)研究，也可采用如下施工方法:將過(guò)渡段分為三段，每一段施工時(shí)，先將枕盒內(nèi)和砟肩道砟清理至線路兩側(cè)，然后，對(duì)枕底道砟噴膠，讓膠滲入道砟內(nèi)，回填道砟后再對(duì)枕盒和砟肩道砟進(jìn)行一次噴膠，通過(guò)改變用膠量調(diào)整每一段的剛度。道砟膠的現(xiàn)場(chǎng)施工可機(jī)械施工，也可由手工操作，二者的特點(diǎn)如表3所示。

表3 機(jī)械施工與手動(dòng)施工的特點(diǎn)

室內(nèi)試驗(yàn)采用手工施工，充分利用了手動(dòng)施工的特點(diǎn)。鑒于兩種施工方式的特點(diǎn)，現(xiàn)場(chǎng)施工時(shí)，應(yīng)以機(jī)械施工為主，手動(dòng)施工為輔。這樣，既保證了噴灑的均勻性，同時(shí)避免因噴灑在鋼軌及墊片上造成損失。

4 結(jié)論

1)高速鐵路修建中，有砟—無(wú)砟過(guò)渡段大量出現(xiàn)，噴涂道砟膠作為調(diào)整道床剛度一種新方法，有廣闊的應(yīng)用前景。

2)通過(guò)試驗(yàn)可知，可以通過(guò)調(diào)整枕底道砟膠的用量來(lái)改變道床剛度，且要提高剛度須在軌枕之間及砟肩噴膠?，F(xiàn)場(chǎng)施工時(shí)可將過(guò)渡段分為三段，每一段施工時(shí)先將枕盒內(nèi)和砟肩道砟清理至線路兩側(cè)，然后對(duì)枕底道砟噴膠讓膠滲入道砟內(nèi)，回填道砟后再對(duì)枕盒和砟肩道砟進(jìn)行一次噴膠，通過(guò)改變用膠量調(diào)整每一段的剛度。

3)現(xiàn)場(chǎng)施工可采取機(jī)械施工與手動(dòng)施工相結(jié)合的方式，充分發(fā)揮二者的特點(diǎn)。

4)道砟膠黏結(jié)性能很好，道床成為整體，但對(duì)大機(jī)維修和清篩帶來(lái)困難，需要進(jìn)一步研究道砟膠溶解技術(shù)和道床維修方法。

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U213.6

B

1003-1995(2011)02-0111-03

2010-08-26;

2010-11-10

楊建明(1975—)，男，河北辛集人，工程師。

(責(zé)任審編 白敏華)