CRTSⅡ型板式無砟軌道砂漿離縫原因分析及整治措施

姬寒盡 中國鐵道科學(xué)研究院

賈 鵬 上海鐵路局蚌埠工務(wù)段

CRTSⅡ型板式無砟軌道砂漿離縫原因分析及整治措施

姬寒盡 中國鐵道科學(xué)研究院

賈 鵬 上海鐵路局蚌埠工務(wù)段

分析京滬高鐵蚌埠工務(wù)段管內(nèi)CRTSⅡ型板式無砟軌道砂漿離縫病害產(chǎn)生的原因，闡述其對列車運(yùn)行及軌道結(jié)構(gòu)造成的影響，并提出整治措施和要求。

CRTSⅡ型軌道板；砂漿離縫；整治

1 問題描述

京滬高鐵采用CRTSⅡ型板式無砟軌道，自2011年6月開通以來在經(jīng)歷了雨雪、列車運(yùn)行對軌道板的振動沖擊、夏季連續(xù)高溫天氣后，軌道板與CA砂漿層開始出現(xiàn)不同程度的離縫。

蚌埠工務(wù)段管轄京滬高鐵上下行K804+000～K988+000。從對管內(nèi)的線路調(diào)查來看，主要問題有：砂漿層裂紋、破損、掉塊；軌道板與砂漿層離縫（見圖1）；側(cè)向擋塊破損、軌道板上拱等。軌道板與砂漿離縫位置的破損、變形達(dá)到一定程度，會影響軌道板的結(jié)構(gòu)與受力，降低行車安全與平穩(wěn)性。本文通過分析軌道板與CA砂漿離縫原因，提出整治措施，為CRTSⅡ型無砟軌道維修提供了參考。

圖1 CA砂漿離縫、掉塊

2 原因分析

水泥乳化瀝青砂漿是CRTSⅡ型板式無砟軌道的重要組成部分，填充在軌道板與底座板（支承層）之間，起填充、承載、傳力的作用。蚌埠工務(wù)段段管內(nèi)離縫主要表現(xiàn)為砂漿層離縫；部分砂漿破損脫空；砂漿破損嚴(yán)重，部分地段完全脫空。共計(jì)35處。經(jīng)分析，主要有以下幾個(gè)原因：

2.1 前期灌漿施工不規(guī)范

CA砂漿主要靠瀝青破乳和水泥水化兩種過程作用形成，其施工工藝好壞直接影響后期質(zhì)量。如封邊的水泥砂漿及精調(diào)限位裝置去除不及時(shí)，軌道板受力約束，無法與CA砂漿共同釋放溫度應(yīng)力，導(dǎo)致相互運(yùn)動，產(chǎn)生離縫。

另外，灌注速度不當(dāng)，會使砂漿層排氣不暢，產(chǎn)生氣泡，砂漿凝固后，就會在軌道板與砂漿層間出現(xiàn)空洞。

2.2 環(huán)境影響

蚌埠工務(wù)段管內(nèi)線路地處淮河中游與長江下游之間，屬亞熱帶季風(fēng)氣候，四季分明，雨量充足。根據(jù)離縫病害出現(xiàn)數(shù)量的時(shí)段來看，主要呈現(xiàn)出易受高溫、低溫、多雨的影響。京滬高鐵多建立在高架橋上，長期暴露在空氣、日曬、雨雪下，再加上速度高、車載震動大的動車組荷載作用，軌道系統(tǒng)受力極復(fù)雜。

CA砂漿與軌道板主要由乳化瀝青與混凝土構(gòu)成。瀝青在高溫與低溫時(shí)，會分別呈現(xiàn)粘滯性與脆性，這也導(dǎo)致了CA砂漿在溫度過高或過低時(shí)抗壓性和韌性下降。另外，砂漿達(dá)到一定溫度后，會產(chǎn)生高溫收縮現(xiàn)象[1]，而混凝土是熱脹冷縮材料，高溫時(shí)，砂漿和混凝土將分別發(fā)生收縮和膨脹，導(dǎo)致結(jié)合處產(chǎn)生張力，使軌道板與砂漿層相對伸縮，從而易使其脫離、剝落。

此外，離縫為水進(jìn)入軌道系統(tǒng)提供了條件。水的溫度變化反復(fù)作用于瀝青、水泥等，降低了砂漿的性能和強(qiáng)度，使其易粉化，脫落。

2.3 列車荷載作用

CRTSⅡ型無砟軌道中，軌道板、CA砂漿層及底座板為整體連接承載系統(tǒng)。其中，CA砂漿由于其特性，最薄弱。在長期列車荷載作用下，軌道板會翹曲變形，使其與砂漿在端部產(chǎn)生脫粘[2]，再經(jīng)雨雪的侵襲，及列車荷載耦合作用，砂漿層會從邊緣向里開裂，甚至掉塊。

此外，橋梁、底座板與軌道板的基頻不同[3]，會造成橋梁與軌道相互振動，不利于維持無砟軌道的整體性能，而CA砂漿最薄弱，易導(dǎo)致其在接觸面與軌道板或底座板產(chǎn)生拉伸，造成結(jié)合面裂紋，繼而剝落、離縫。

3 對軌道結(jié)構(gòu)及列車運(yùn)行的影響

CA砂漿層主要起調(diào)整、承載、減震等作用。當(dāng)軌道板與CA砂漿離縫后，離縫區(qū)域的砂漿不再與軌道板粘結(jié)，既降低了砂漿對軌道板的約束，又增加了軌道板變形的可能，其變形達(dá)到一定程度，必然影響行車平穩(wěn)及安全。

離縫后，列車荷載導(dǎo)致軌道板與CA砂漿相互沖擊，使離縫周圍的CA砂漿受力不均，加快了其破損，若不及時(shí)修補(bǔ)，離縫擴(kuò)大，甚至脫空后，將要對軌道板臨時(shí)支護(hù)，以限制幾何形位，這增加了維修工作量，不利于工務(wù)部門日常養(yǎng)護(hù)。

CA砂漿層破損加劇，會加大軌道板受力不均，加速軌道板傷損，嚴(yán)重時(shí)可能導(dǎo)致整個(gè)軌道系統(tǒng)受力出現(xiàn)問題，對動車組行車帶來危害。

4 整治措施

2013年8月我段管內(nèi)離縫病害出現(xiàn)后，就已經(jīng)開始對其整治。2013年整治此類病害17處，其中包括京滬高鐵上行K941+660，K934+190，K938+885三處病害較嚴(yán)重，植筋處理后再灌膠的處所。2014年5月起，繼續(xù)對離縫處所展開整治，截至7月共整治15處，兩年累計(jì)整治32處。從病害類型來看，主要為軌道板離縫或橫向貫通，上拱量值較大影響軌面高低；軌道板離縫，上拱量值較小不影響軌面高低。從離縫整治方法來看，主要為植筋后打開寬接縫重新張拉澆筑再處理，及直接進(jìn)行注漿處理即可修復(fù)兩種。本文主要討論我段2014年以來采用后種方法，對15處離縫病害的整治。

4.1 修補(bǔ)材料及施工時(shí)間節(jié)點(diǎn)

采用中國鐵道科學(xué)研究院研發(fā)的無砟軌道專用CARS-A型雙組分低粘度灌漿樹脂。施工時(shí)間節(jié)點(diǎn)：下達(dá)封鎖命令，設(shè)置防護(hù)（1 min）-清理離縫區(qū)域及周邊灰塵雜質(zhì)（30 min）-選擇注漿口，封閉離縫（60 min）-注漿（90 min）-清理多余封漿材料，打磨（20 min）-檢查線路，確認(rèn)是否達(dá)到開通條件（20 min）-清理現(xiàn)場，撤除防護(hù)，開通線路（19 min），計(jì)240 min。

4.2 施工組織

根據(jù)離縫情況，從2014年5月22日到6月 15日，利用14個(gè)維修天窗，按圖定綜合天窗內(nèi)封鎖240 min，對京滬高鐵上下行K871+000～K986+000范圍內(nèi)的15處離縫處所進(jìn)行注漿整治。施工后不限速。

施工流程：設(shè)置防護(hù)-清理離縫處灰塵-設(shè)置注漿孔-離縫封閉-調(diào)試注漿機(jī)-離縫注漿-打磨-雜物清理-檢查軌道幾何尺寸-恢復(fù)線路。

注漿方案:

（1）處理順序：板底注漿→鋼軌精調(diào)。

（2）注漿范圍：注漿3塊板1號～3號，以存在病害軌道板2號為中心，大、小里程每一端各增加一塊軌道板1號、3號（見圖2）。

圖2 軌道板處理示意圖

4.2.1 施工準(zhǔn)備

蚌埠高鐵線橋車間在施工前兩天，檢查軌道幾何尺寸，并在軌道板上標(biāo)注。提前對發(fā)電機(jī)、沖擊鉆、照明工具等機(jī)械設(shè)備進(jìn)行檢查保養(yǎng)，確保性能良好。所需防護(hù)備品及工、機(jī)具 (見表1、表2)。

表1 防護(hù)備品表

表2 工、機(jī)具表

4.2.2 封鎖點(diǎn)內(nèi)作業(yè)

（1）根據(jù)早期調(diào)查數(shù)據(jù)，再次檢查離縫情況，確定注漿口。用鋼絲刷、毛刷清理離縫表面灰塵、浮渣，為了確保整治效果良好，可以用吹風(fēng)機(jī)等對離縫內(nèi)雜物、灰塵及積水盡量清除。

（2）在離縫較寬處，或離縫端部設(shè)置注漿口（見圖3）。注漿口的間距保持約20 cm～30 cm。然后用沖擊鉆沿離縫中心鉆入，深度至少15 cm。開鉆時(shí)要保持均勻，鉆孔過大過小都不利于低壓注漿。

圖3 設(shè)置注漿口

（3）用專用F型封縫材料封閉離縫表面（見圖4），封縫過程中防止材料堵塞注漿口。

圖4 封閉離縫口

（4）注漿前，要用工業(yè)酒精清洗一遍注漿機(jī)內(nèi)部。將調(diào)試好的雙組分材料加入雙組分料筒，連接好混合管與注漿管，從離縫的任意端把注漿管連接到注漿口，保證注漿口周圍封閉良好，無法漏漿。

2.2 兩組患者術(shù)后并發(fā)癥發(fā)生情況比較 B組術(shù)后多器官功能障礙綜合征(multiple organ dysfunction syndrome，MODS)發(fā)生率為2.9%(1/34)，顯著低于A組的8.3%(2/24)，差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.05)。兩組患者PND、短暫神經(jīng)系統(tǒng)并發(fā)癥、急性腎損傷、病死率比較，差異均無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P>0.05)。

（5）注漿中，當(dāng)相鄰注漿口有漿液溢出時(shí)，封閉注漿口，并繼續(xù)注漿直至材料無法再注入。把注漿管拿出，同時(shí)封閉此注漿口，將注漿管連接到有漿液溢出的注漿口，繼續(xù)注漿，以此類推，當(dāng)離縫另一端注漿口中漿液溢出時(shí)，封閉所有未封閉的注漿口，完成注漿。

（6）修補(bǔ)材料固化后，去除注漿口及封閉材料。打磨表面，使其平整。

（7）檢查、清理線路，核對清點(diǎn)人員及工機(jī)具，材料，安全防護(hù)用品數(shù)量，并檢查施工區(qū)域，確定無任何工具材料遺漏，軌道幾何尺寸符合標(biāo)準(zhǔn)后方可撤除防護(hù)開通線路。

4.2.3 開通后作業(yè)

（1）當(dāng)日指派干部添乘確認(rèn)車，并添乘動車組進(jìn)行檢查。

（2）首趟車添乘后此處的添乘數(shù)據(jù)應(yīng)立即反饋段調(diào)度，確保后續(xù)列車提速正常。

4.2.4 安全風(fēng)險(xiǎn)及控制

（1）認(rèn)真填寫三確認(rèn)單，清點(diǎn)和登記工具材料。對機(jī)具進(jìn)行保養(yǎng)，確保性能良好。

（2）施工人員要經(jīng)過專業(yè)培訓(xùn)合格。

（3）施工過程中應(yīng)加強(qiáng)軌道板與砂漿離縫狀態(tài)的監(jiān)測，避免因施工不當(dāng)對軌道幾何尺寸產(chǎn)生影響，確保運(yùn)營安全。

（4）應(yīng)配備足夠的人員和設(shè)備，確保在每個(gè)天窗內(nèi)完成所要求的工作，每次施工完下道前清理現(xiàn)場，確保不留雜物。

（5）機(jī)械作業(yè)由專職人員指揮，實(shí)行“一機(jī)一人”，機(jī)械的移位、運(yùn)轉(zhuǎn)等動作，需在指揮人員許可下進(jìn)行。

（6）雨雪天氣杜絕施工。學(xué)措施整治離縫病害。建立CRTSⅡ型軌道板離縫數(shù)據(jù)庫，為重點(diǎn)監(jiān)控和深入分析提供依據(jù)；建立軌道板病害臺賬，詳細(xì)記錄結(jié)構(gòu)情況及軌面高低、方向、軌距等數(shù)據(jù)，并拍攝照片入庫。同時(shí)進(jìn)行周期檢查，更新完善每處數(shù)據(jù)，使軌道結(jié)構(gòu)病害處于動態(tài)監(jiān)控中。

5 整治效果

2014年5月起我段管內(nèi)完成15處砂漿離縫的注漿修補(bǔ)。目前修補(bǔ)處所沒有發(fā)現(xiàn)再次離縫現(xiàn)象，軌道幾何尺寸及軌道板結(jié)構(gòu)狀態(tài)良好，修補(bǔ)地段無人體感覺不良及Ⅰ級以上超限數(shù)據(jù)，動車組運(yùn)行平穩(wěn)、安全。

6 結(jié)束語

CRTSⅡ型軌道結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，所受環(huán)境影響也極復(fù)雜，在長期高速、高頻的列車荷載下，砂漿層會產(chǎn)生離縫。工務(wù)部門應(yīng)加強(qiáng)軌道結(jié)構(gòu)的檢查，及時(shí)采取科

[1]何川.CRTSⅡ型板式無砟軌道砂漿離縫的影響及維修指標(biāo)研究[D].西南交通大學(xué),2013.

[2]劉學(xué)毅,趙坪銳,楊榮山,王平.客運(yùn)專線無砟軌道設(shè)計(jì)理論與方法［M］.成都:西南交通大學(xué)出版社,2010.

[3]姜子清,江成,王繼軍,易忠來.CRTSⅡ型板式無砟軌道砂漿層傷損修復(fù)研究 [J].鐵道建筑, 2013,(1):118-122.

責(zé)任編輯：王 華

來稿日期：2014-12-29