板式無砟軌道軌道板與砂漿層離縫快速維修技術(shù)研究

吳紹利，吳智強(qiáng)，王 鑫，毛昆朋，陸方斌

(中國鐵道科學(xué)研究院 金屬及化學(xué)研究所，北京 100081)

我國高速鐵路及客運(yùn)專線，廣泛采用板式無砟軌道。根據(jù)國外高鐵經(jīng)驗(yàn)和國內(nèi)調(diào)研情況，隨著雨雪凍融和因動(dòng)車組不斷高速通過對軌道板和砂漿層的沖擊，軌道板與砂漿層會出現(xiàn)不同程度的離縫。這類離縫如果不及時(shí)維修，在軌道板的四角將會出現(xiàn)應(yīng)力集中，進(jìn)而向軌道板中部發(fā)展，最終造成砂漿層傷損，對無砟軌道結(jié)構(gòu)的平順性、耐久性和列車運(yùn)行的舒適性有著重大影響，甚至很有可能影響到行車安全［1］。

我國客運(yùn)專線跨區(qū)域大、線路長，這些客觀情況決定了維修天窗設(shè)置不同于德、日、法等國，而必須具有短時(shí)性，目前均采用4 h垂直“天窗”。在如此短的天窗點(diǎn)內(nèi)，如何快速處理軌道板與砂漿層離縫成了工務(wù)維修人員的難題［2］。

根據(jù)上述實(shí)際情況，課題組提出了如圖1的維修工藝。該工藝中，最難的是選擇合適的注漿管、注漿機(jī)和可快速固化且與砂漿物性匹配良好的填充材料。

圖1 軌道板與砂漿層離縫快速維修工藝

1 注漿設(shè)備選擇

根據(jù)調(diào)研情況，目前軌道板與砂漿層離縫普遍在1～2 mm之間，個(gè)別離縫可達(dá)5 mm以上，縱深長度不等。為了讓注漿管能更深地插入縫隙內(nèi)以保證注漿飽滿，確定采用硬而韌的銅管作為注漿管，并通過特殊的接頭裝置聯(lián)上注漿機(jī)。考慮到動(dòng)車組通過時(shí)軌道板對砂漿層的擠壓強(qiáng)度約為0.1 MPa，選擇注漿機(jī)的灌注壓強(qiáng)為0.1 MPa，以保證注漿時(shí)漿液的壓力對軌道板和砂漿層均沒有破壞性。

2 維修材料選擇

維修材料的選擇必須考慮到4 h固化保證通車和與原砂漿層匹配兩大因素，而目前可以應(yīng)用到軌道板與砂漿層離縫快速維修的材料僅有三種，分別是CA砂漿、環(huán)氧砂漿和異丁烯樹脂材料。

2.1 CA砂漿

水泥乳化瀝青砂漿(簡稱CA砂漿)是高速鐵路板式無砟軌道的核心技術(shù)，是一種由水泥、乳化瀝青、細(xì)骨料、水和多種外加劑等原材料組成，經(jīng)水泥水化硬化與瀝青破乳膠結(jié)共同作用而形成的一種新型有機(jī)無機(jī)復(fù)合材料［3］。將該材料作為修補(bǔ)材料從原砂漿層匹配的角度來看是最佳選擇，但是水泥瀝青砂漿是一種利用水泥吸水后水化加速乳化瀝青破乳，由水泥水化物和瀝青裹砂形成的立體網(wǎng)絡(luò)，其物理化學(xué)反應(yīng)過慢，很難在4 h達(dá)到強(qiáng)度以保證動(dòng)車組通過。即便在尚未開通的線路上使用，新CA砂漿和舊CA砂漿之間的融合問題以及新CA砂漿與軌道板之間的黏結(jié)強(qiáng)度都難以保證;一旦通車，隨著雨雪侵蝕和動(dòng)車組的高速通過時(shí)的擠壓，很有可能將新的CA砂漿層擠出，從而出現(xiàn)二次離縫問題。

2.2 環(huán)氧砂漿

環(huán)氧砂漿是以環(huán)氧樹脂為主劑，配以促進(jìn)劑等一系列助劑，經(jīng)混合固化后形成一種高強(qiáng)度、高黏結(jié)力的固結(jié)體，具有優(yōu)異的抗?jié)B、抗凍、耐鹽、耐堿、耐弱酸腐蝕性能及修補(bǔ)加固性能。其主要優(yōu)點(diǎn):①化學(xué)性能穩(wěn)定，耐腐耐候性好;②固結(jié)體具有高黏結(jié)力，高抗壓強(qiáng)度;③具有補(bǔ)強(qiáng)和加固作用;④具有抗?jié)B、抗凍性能;⑤黏結(jié)強(qiáng)度高，熱膨脹系數(shù)與混凝土接近，不易從混凝土基材上脫開，耐久性好［4-5］。但是環(huán)氧砂漿作為軌道板與砂漿層離縫填充材料又有兩個(gè)不能彌補(bǔ)的不足:①彈模匹配問題，CA砂漿層的特點(diǎn)是剛?cè)岵?jì)，以柔性為主，而環(huán)氧砂漿一般以剛性為主，在各方面性能上更接近于混凝土，很難達(dá)到CA砂漿的彈模范圍;②固化情況受溫度影響大，環(huán)境溫度變化5℃以上，環(huán)氧砂漿固化時(shí)間就可能延長或加快半小時(shí)以上，這對于天窗點(diǎn)有限的施工人員來說很難把握。

2.3 異丁烯樹脂

異丁烯樹脂，是含有不飽和雙鍵的特殊結(jié)構(gòu)的不飽和聚酯樹脂，采用自由基固化形式，受環(huán)境影響小，是目前國外應(yīng)用于短時(shí)快速維修技術(shù)中較成熟的樹脂材料。其具有如下優(yōu)點(diǎn):①優(yōu)異的流動(dòng)性和親潤性，即使軌道板與砂漿層的離縫在1 mm以下也能適用;②黏結(jié)強(qiáng)度高且動(dòng)態(tài)載荷性能優(yōu)越，具有更好的耐疲勞性能和耐沖擊性能;③固化時(shí)間穩(wěn)定，受環(huán)境溫度影響小，施工人員使用便捷;④化學(xué)性能穩(wěn)定，耐腐耐候性好;⑤通過填料調(diào)節(jié)，可以匹配不同彈模范圍的砂漿墊層。

2.4 LF系列材料

最終選用的LF系列無砟軌道維修材料，是一種針對板式無砟軌道軌道板與砂漿層離縫快速維修材料，根據(jù)我國板式無砟軌道中CRTSⅠ型與CRTSⅡ型砂漿層彈性模量不同的實(shí)際情況分為LF-CRTSⅠ型和LF-CRTSⅡ型，同時(shí)也可根據(jù)實(shí)際情況調(diào)節(jié)材料的彈性模量及其它性能。該系列主體材料為異丁烯樹脂，分為樹脂液和固化劑雙組份，可操作時(shí)間20 min左右，2 h后基本達(dá)到砂漿層彈模要求，表1為LF-CRTSⅠ型無砟軌道維修材料的部分性能。

表1 LF-CRTSⅠ型材料主要性能

3 維修工藝

圖2 LF-CRTS I型快速維修材料應(yīng)用實(shí)例

圖2是LF材料在CRTS I型板式無砟軌道上應(yīng)用的實(shí)例。維修前，該段線路軌檢數(shù)據(jù)不良，維修總計(jì)用時(shí)1.5 h，1.0 h后通車，同時(shí)維修后該段線路軌檢數(shù)據(jù)顯示良好。具體維修過程如下:

1)維修相關(guān)人員在確定維修當(dāng)天無雨的情況下將維修配套工具及材料提前運(yùn)到離維修位置最近的地點(diǎn)，天窗點(diǎn)開始后，運(yùn)到維修位置;

2)用鋼板尺檢查離縫狀態(tài)，選擇將銅管能插入最深的地方標(biāo)注為注漿孔;

3)用裁紙刀或者剪刀將聚乙烯泡沫材料裁成高度為離縫高度的1.5倍，厚度為5～6 mm的條狀用于封堵縫隙;

4)用玻璃膠或者其他快速密封劑，將泡沫條與軌道板和砂漿層的縫隙密封，防止注漿時(shí)漏液;

5)待密封材料固化后，在遠(yuǎn)離注漿孔處設(shè)立觀察孔，即將軟管插入泡沫條內(nèi)，或不設(shè)立觀察孔，以多點(diǎn)溢流觀察注漿時(shí)漿液是否灌注飽滿，一般以第二種方式較多;

6)將注漿機(jī)的銅管沿標(biāo)注位置刺穿泡沫條并插入縫隙最深處;

7)攪拌 LF維修材料1～2 min，攪拌均勻后倒入注漿機(jī)，開始注漿;

8)當(dāng)觀察口處有漿液流出時(shí)或多點(diǎn)溢流時(shí)，認(rèn)為灌注飽滿，停止灌漿機(jī)，并堵住觀察孔或溢流處;

9)1 h后可拆除密封條，檢查維修后情況，如果未灌注飽滿可按照上述步驟重新注漿;

10)收拾施工垃圾，保持環(huán)境干凈并撤離。

4 結(jié)論

對于CRTS型板式無砟軌道軌道板與砂漿層離縫的快速維修，目前國內(nèi)沒有行之有效的解決方案。鑒于此，本文針對軌道板與砂漿層離縫的快速維修工藝及材料進(jìn)行了探討，提出了較為可行的維修方案，并在多條客運(yùn)專線上進(jìn)行了快速維修試驗(yàn)，軌檢數(shù)據(jù)證明效果良好。通過兩年多的運(yùn)營，修補(bǔ)后的軌道結(jié)構(gòu)未出現(xiàn)二次離縫或其他傷損情況，得到了各客運(yùn)專線工務(wù)部門的信賴和好評，填補(bǔ)了鐵路工務(wù)上關(guān)于 CRTS型板式無砟軌道軌道板與砂漿層離縫的快速維修這一空白，延長了板式無砟軌道的使用壽命，確保了客運(yùn)專線的行車安全。

［1］曾真.高速鐵路板式無砟軌道破損分析及工務(wù)修程修制研究［D］.成都:西南交通大學(xué)，2009.

［2］趙麗珍.高速鐵路綜合維修“天窗”開設(shè)形式與行車組織協(xié)調(diào)問題的研究［J］.中國鐵道科學(xué)，2002(2):127-131.

［3］李海燕，邵丕彥.我國 CRTSⅠ型水泥乳化瀝青砂漿技術(shù)的研發(fā)和特點(diǎn)［J］.中國鐵路，2011(9):57-60.

［4］陳平.環(huán)氧樹脂［M］.北京:化學(xué)工業(yè)出版社，2002.

［5］吳紹利，王鑫，吳智強(qiáng)，等.無砟軌道套管快速維修技術(shù)研究［J］.鐵道建筑，2011(10):107-109.