客貨共線鐵路雙塊式無砟軌道道床病害的整治

易佳俊

(中鐵二院工程集團有限責(zé)任公司，四川成都 610031)

客貨共線鐵路雙塊式無砟軌道道床病害的整治

易佳俊

(中鐵二院工程集團有限責(zé)任公司，四川成都 610031)

道床開裂、滲水是無砟軌道常見的病害之一。由于客貨共線鐵路同時承擔(dān)運行速度較高的客車和軸重較大的貨車通行，對軌道病害的發(fā)展有推動作用，因此必須及時采取有效的整治措施，以減緩和阻止道床病害的發(fā)展。文章通過對雙塊式無砟軌道道床出現(xiàn)的病害進行研究分析，提出整治措施，并對隧道和軌道設(shè)計、施工提出建議。

客貨共線鐵路； 無砟軌道； 病害； 整治措施

1 線路概況

本文涉及鐵路為我國鐵路“八縱八橫”主骨架的重要組成部分，是西南地區(qū)與我國東、中部發(fā)達(dá)地區(qū)社會和經(jīng)濟聯(lián)系的重要區(qū)際運輸通道。線路為新建雙線，速度目標(biāo)值160 km/h。氣候?qū)賮啛釒Ц咴图撅L(fēng)氣候，氣候垂直變化顯著。夏無酷暑，氣候溫暖濕潤，雨量充沛，冬季寒冷而干燥，常有勁風(fēng)的特點。地震震動峰值加速度為0.05g(Ⅵ度)。

本段線路為山區(qū)越嶺地段，考慮線路連續(xù)以6.5 km(1號隧道)、12.3 km(2號隧道)、12.1 km(3號隧道)等隧道穿越山區(qū)，為提高線路質(zhì)量水平、降低養(yǎng)護工作量，在上述三座隧道中采取了雙塊式無砟軌道設(shè)計方案。

雙塊式無砟軌道設(shè)計方案如圖1。鋼軌采用60 kg/m U75V鋼軌，軌枕采用SK-1型雙塊式軌枕，扣件采用WJ-7A型扣件，軌枕間距625 mm。道床板采用C40鋼筋混凝土，分段澆筑。無砟軌道結(jié)構(gòu)高度為570 mm。

圖1 雙塊式無砟軌道設(shè)計方案

2 病害類型

根據(jù)工務(wù)部門報告，線路自開通運營以來，整體道床出現(xiàn)道床板與線下基礎(chǔ)結(jié)合部滲水并冒漿、道床結(jié)構(gòu)縫處滲水并冒漿，造成道床板晃動，影響線路動態(tài)平順參數(shù)，通過(簡單)維修無法進行整治。主要病害類型是道床板線下基礎(chǔ)出現(xiàn)裂縫，隧道滲水進入道床板底部，致使道床與線下基礎(chǔ)結(jié)合位置(或道床結(jié)構(gòu)縫處)出現(xiàn)滲水。截至2014年6月，1號隧道報告病害63處，2號隧道報告病害28處，3號隧道報告病害20處，詳見表1。

各類病害情形報告如圖2～圖5。

表1 無砟軌道整體道床病害統(tǒng)計

圖2 道床與線下基礎(chǔ)結(jié)合面滲水

圖3 道床與線下基礎(chǔ)結(jié)合面滲水并冒泥漿

圖4 道床結(jié)構(gòu)縫滲水

圖5 道床結(jié)構(gòu)縫滲水并冒泥漿

根據(jù)設(shè)計部門現(xiàn)場進行的補充調(diào)查，現(xiàn)場還存在兩類道床病害，一是整體道床軌枕與道床結(jié)合部位出現(xiàn)滲水，二是道床板本身開裂，但無滲水(圖6、圖7)。

圖6 整體道床軌枕與道床結(jié)合部位出現(xiàn)滲水

圖7 道床板本身開裂無滲水

3 病害成因分析

根據(jù)統(tǒng)計資料，現(xiàn)場道床出現(xiàn)的病害分可為兩類，第一類是道床本身因混凝土質(zhì)量瑕疵或收縮徐變導(dǎo)致道床板開裂，其特征為裂縫處表觀無滲水或滲水痕跡；第二類是道床板線下基礎(chǔ)出現(xiàn)裂縫，隧道滲水進入道床板底部，致使道床與線下基礎(chǔ)結(jié)合位置(或道床結(jié)構(gòu)縫處)出現(xiàn)滲水。

3.1 道床開裂

道床混凝土由于搗鼓不密實、未按規(guī)定進行混凝土養(yǎng)護等原因，加之前期混凝土組料、拌合和運輸?shù)榷伎赡艽嬖阼Υ?。道床直接承受列車動荷載，因此道床裂紋比較容易集中暴露。

3.2 道床結(jié)構(gòu)滲水

無砟軌道整體道床本身不會產(chǎn)生水，因此病害水源必然為隧道襯砌滲漏水。通常位于中部及上部的襯砌開裂及滲漏容易觀察，也相對容易采取整治措施。但對于隧道下部的襯砌滲漏水而言，由于軌道道床結(jié)構(gòu)、隧道仰拱回填區(qū)域的存在，襯砌病害難以檢測；加之病害位置位于軌行區(qū)，很難有條件在不影響既有線運營的情況下做出相應(yīng)處理。

軌道專業(yè)與隧道專業(yè)設(shè)計人員對工務(wù)部門報告進行了研究，分析出了可能的滲水病害發(fā)生路徑(圖8)。

圖8 滲水病害發(fā)生路徑研判

道床結(jié)構(gòu)滲水是工務(wù)部門報告較為集中的病害。滲水病害比較容易觀察，即便是非雨季節(jié)隧道滲水較少時，以往病害遺留下的滲水痕跡也非常明顯；由于滲水在外部水壓以及列車荷載的共同作用下，會對道床結(jié)構(gòu)不斷進行侵蝕和削弱，原有的道床初始裂紋將會隨之發(fā)展，不但軌道道床耐久性無法保證，部分地段道床已經(jīng)和線下基礎(chǔ)產(chǎn)生剝離的趨勢，連整個軌道結(jié)構(gòu)的安全性都將受到影響。

4 道床病害整治方案

4.1 道床板傷損分級

首先應(yīng)對無砟軌道地段重新普查，并對道床板開裂位置逐一登記，參考《高速鐵路無砟軌道線路維修規(guī)則》(鐵運〔2012〕83號，以下簡稱《維規(guī)》)關(guān)于雙塊式無砟道床的線路標(biāo)準(zhǔn)，將傷損等級進行分類。

根據(jù)《維規(guī)》，道床板裂縫寬度達(dá)0.2 mm時為Ⅰ級傷損，達(dá)0.3 mm時為Ⅱ級傷損，達(dá)0.5 mm時為Ⅲ級傷損；對于道床板混凝土與雙塊式軌枕界面的裂縫，裂縫寬度達(dá)0.1 mm時為Ⅰ級傷損，達(dá)0.2 mm時為Ⅱ級傷損，達(dá)0.3 mm時為Ⅲ級傷損。

4.2 道床板裂縫修補措施

4.2.1 道床板裂縫，Ⅱ級傷損

對于道床板裂縫形成的Ⅱ級傷損，應(yīng)采用《維規(guī)》附錄十規(guī)定的“表面封閉法”。

(1)修補材料。用于表面封閉的涂層材料采用聚合物水泥基材料，其性能應(yīng)滿足表2要求。底涂材料采用高聚合物乳液含量的聚合物水泥基材料。

表2 表面封閉法涂層材料性能要求

注：1.涂層材料顏色應(yīng)盡量與混凝土顏色相近。 2.GB/T 16777《建筑防水涂料試驗方法》。 3.GB/T 19250《聚氨酯防水涂料》。

(2)主要修補工機具。鋼絲刷、真空吸塵器、計量工具、攪拌工具、盛料容器、涂刷工具等。

(3)修補工藝。

①使用鋼絲刷將裂縫表面兩側(cè)刷毛，用真空吸塵器清除灰塵等雜物。當(dāng)裂縫內(nèi)有道床表面流入的明水時，采用熱風(fēng)機等將裂縫處吹干。

②稱量并配置表面封閉用修補材料，采用手持式攪拌機或?qū)Ｓ脭嚢杵鲗⑿扪a材料攪拌均勻。

③沿裂縫表面涂刷一層底涂材料。

④待底涂材料表干后，涂刷表面封閉用涂層材料，涂刷3遍以上，以涂層厚度達(dá)到300 μm以上為宜，每遍涂刷都要等到上遍涂層材料表干后再涂，且兩次涂刷方向互相垂直。

⑤若天窗時間較短，應(yīng)適當(dāng)采取薄膜覆蓋等方法養(yǎng)護，防止涂層材料失水過快導(dǎo)致涂層開裂。

(4)環(huán)境要求。隧道內(nèi)溫度5℃～30℃。

4.2.2 道床板裂縫，Ⅲ級傷損

對于道床板裂縫形成的Ⅲ級傷損，應(yīng)采用《維規(guī)》附錄十五規(guī)定的“傷損修補法”。

(1)修補材料。傷損修補法采用彈性聚氨酯樹脂材料，其性能應(yīng)滿足表3要求。

表3 傷損修補法修補材料性能要求

注：1.GB/T 1033.1《塑料 非泡沫塑料密度的測定 第1部分：浸漬法、液體比重和滴定法》。 2.GB/T 2794《膠粘劑粘度的測定》。 3.GB/T 7193《不飽和聚氨酯樹脂試驗方法》。 4.GB/T 13354《液態(tài)膠粘劑密度的測定方法重量杯法》。 5.JC/T 1041《混凝土裂縫用環(huán)氧樹脂灌漿材料》。

(2)主要修補機具。手動注漿器、鋼絲刷、真空吸塵器等。

(3)修補工藝。

①使用鋼絲刷、真空吸塵器清除裂縫內(nèi)雜物。

②采用膠帶封閉兩側(cè)縫隙。

③采用手動注漿器向裂縫內(nèi)注入修補材料，直至注滿。

④待修補材料固化后，去除兩側(cè)封閉膠帶；修正磨平凸出部位。

(4)環(huán)境要求。隧道內(nèi)溫度5℃～30℃。

4.2.3 道床板混凝土與雙塊式軌枕界面的裂縫，Ⅱ、Ⅲ級傷損

對于道床板與雙塊式軌枕界面的Ⅱ、Ⅲ級傷損，應(yīng)采用《維規(guī)》附錄十規(guī)定的“低壓注漿法”。

(1)修補材料。低壓注漿法修補混凝土裂縫采用樹脂材料，其性能應(yīng)滿足表4要求。封縫材料可采用聚合物快硬水泥漿、專用封縫材料或?qū)Ｓ梅饪p帶等。

表4 低壓注漿法修補材料性能要求

注：1.GB/T 2567《樹脂澆鑄體性能試驗方法》。

(2)主要修補機具。注漿器、注漿嘴、鋼絲刷、真空吸塵器、打磨器等。

(3)修補工藝。

①使用鋼絲刷清潔裂縫區(qū)域表面，用真空吸塵器清除周圍雜物。

②用封閉材料封閉裂縫，封閉過程中留出注漿孔和排氣孔。

③通過注漿器向裂縫內(nèi)注入修補材料，直至注滿為止。

④當(dāng)修補材料固化后，去除封閉材料，并將裂縫表面打磨平整。

⑤在裂縫表面涂刷裂縫封閉材料，其修補材料及工藝與上述“表面封閉法”相同。

(4)環(huán)境要求。隧道內(nèi)溫度5℃～30℃。

4.2.4 Ⅰ級傷損

對于普查發(fā)現(xiàn)的Ⅰ級傷損，應(yīng)作好臺賬，平時巡道時加強監(jiān)測。若裂縫發(fā)展至Ⅱ、Ⅲ級傷損時，及時采取相應(yīng)措施進行整治。

4.3 滲水病害地段道床加固措施

道床板與線下基礎(chǔ)結(jié)合部位滲水病害地段，或道床結(jié)構(gòu)縫處出現(xiàn)滲水病害地段，應(yīng)采取措施加強道床板與線下基礎(chǔ)的連接，采用植筋加固法。

4.3.1 修補材料

(1)植筋膠技術(shù)要求。

①植筋膠應(yīng)滿足《混凝土結(jié)構(gòu)加固設(shè)計規(guī)范》(GB 50367-2006)中錨固用A級膠標(biāo)準(zhǔn)，并符合《建筑結(jié)構(gòu)加固施工質(zhì)量驗收規(guī)范》(GB 50550-2010)和《工程結(jié)構(gòu)加固材料安全性鑒定技術(shù)規(guī)范》(GB 50728-2011)中關(guān)于植筋膠的相關(guān)規(guī)定。必須具有符合上述GB 50728要求的安全性鑒定報告。

②植筋膠必須采用專門配制的改性環(huán)氧樹脂膠粘劑。其包裝須采用硬塑包裝，不得采用軟包裝。其安全性檢驗合格指標(biāo)應(yīng)滿足表5要求。

表5 錨固用粘膠劑安全性檢驗合格指標(biāo)

注：1.表中各項性能指標(biāo)，除標(biāo)有強度標(biāo)準(zhǔn)值以外，均為平均值。 2.當(dāng)按現(xiàn)行國家標(biāo)準(zhǔn)《樹脂澆注體彎曲性能試驗方法》(GB/T 2570)進行膠體抗彎強度試驗時，其試件厚度h應(yīng)改為8 mm。

③植筋膠的觸變指數(shù)≥4.0 ，垂流度<2.0 mm。

④植筋膠應(yīng)提供不少于5 000 h的濕熱老化報告，鋼-鋼拉伸抗剪強度降低不得大于5%。

⑤植筋膠應(yīng)具有80次凍融循環(huán)的國家級檢測報告，強度降低不得大于5%。

⑥植筋膠應(yīng)具有滿足重負(fù)荷及各種振動負(fù)載的性能。隨產(chǎn)品應(yīng)提供檢測部門的抗振動疲勞試驗報告，試驗次數(shù)不少于400萬次。還應(yīng)隨產(chǎn)品提供抗沖擊剝離強度試驗、防火試驗和抗地震試驗報告和適用于開裂混凝土的的檢測報告。

⑦植筋膠的固化時間應(yīng)有明確的標(biāo)示。

⑧植筋膠應(yīng)符合環(huán)保及無毒害要求，能夠提供國際安全認(rèn)證報告。

(2)錨固鋼筋。選用直徑25 mm的HRB400鋼筋作為錨固鋼筋，其技術(shù)條件應(yīng)符合《鋼筋混凝土用鋼 第2部分：熱軋帶肋鋼筋》(GB 1499.2)的規(guī)定。

(3)表面密封膠性能要求見表6。

(3)主要修補機具。鋼筋探測儀、空心鉆、鋼絲刷、真空吸塵器、打磨器等。

表6 表面密封膠性能要求

注：1.涂層材料顏色應(yīng)盡量與混凝土顏色相近。 2、產(chǎn)品耐煙火的性能應(yīng)通過相關(guān)認(rèn)證。

(4)加固工藝。

①整治前病害地段應(yīng)作徹底清掃。清除污物和雜質(zhì)，為排水疏通徑路，避免積水。

②滲水病害應(yīng)對方案為對道床板進行植筋加固處理。加固范圍為病害地段及兩端延出各3 m。在每排軌枕之間植入1排錨固鋼筋，每排4根。遇道床結(jié)構(gòu)縫位置，該排不植筋。

③植筋前須在道床板上鉆孔。鉆孔中心距離應(yīng)稍避開前后兩根軌枕正中位置，鉆孔中心距離一側(cè)軌枕邊沿宜為100 mm。鉆孔前應(yīng)使用鋼筋探測儀確認(rèn)道床鋼筋位置，并作好標(biāo)記，然后使用32 mm空心鉆頭鉆孔，鉆孔深度不小于600 mm。

④鉆孔完畢后，利用小型空壓機或吹風(fēng)機及毛刷等清孔設(shè)備清孔，用毛刷刷三遍，吹三遍，確?？妆跓o塵。水鉆鉆孔后，應(yīng)使用棉絲或棉布將孔壁上的泥漿清除干凈，保持孔壁干燥。

⑤將植筋膠放入專用注射槍內(nèi)，采用專用混合器將植筋膠注入孔內(nèi)大約2/3體積，然后將鋼筋手動旋轉(zhuǎn)插入孔內(nèi)，鋼筋頂部距離道床面留出5 cm左右的空間，用于密封。按產(chǎn)品說明書中對應(yīng)的時間待膠固化后再進行其他各項工作。

⑤處理完畢后應(yīng)及時清理現(xiàn)場。

⑥植筋施工應(yīng)符合《混凝土結(jié)構(gòu)加固設(shè)計規(guī)范》的其他規(guī)定。

(5)環(huán)境要求。隧道內(nèi)溫度5℃～30℃。

(6)工藝圖。加固工藝可詳見圖9、圖10。

圖9 雙塊式無砟軌道道床滲水病害整治方案(平面示意)

圖10 雙塊式無砟軌道道床滲水病害整治方案(橫斷面示意)

4.4 其他注意事項

(1)營業(yè)線施工必須把確保行車安全放在首位，堅持“安全第一，預(yù)防為主”的方針，參與病害整治的單位必須嚴(yán)格執(zhí)行既有線上施工安全的有關(guān)規(guī)定。影響營業(yè)線設(shè)備穩(wěn)定、使用和行車安全的施工，必須納入天窗，對影響行車和施工安全的每個環(huán)節(jié)，都必須強化管理，確保行車和施工安全。

(2)在病害整治期間及病害整治完成后，工務(wù)部門應(yīng)加強對隧道變形、道床裂縫發(fā)展、道床滲水等工程指標(biāo)的監(jiān)測。

5 結(jié)束語

(1)無砟道床出現(xiàn)的滲水病害一般是由作為線下基礎(chǔ)的隧道仰拱回填層(襯砌)開裂引起的繼發(fā)病害。原則上無砟道床的病害整治應(yīng)在隧道病害整治完成后進行，以確保無砟道床修補的可靠性、徹底性。工程實踐中，已建議路局有關(guān)部門盡快組織力量完成隧道病害整治，以便對道床作進一步修復(fù)。

(2)隧道設(shè)計和施工時，應(yīng)加強仰拱的防水措施，切實保證仰拱回填層質(zhì)量。因為一旦出現(xiàn)隧道病害，將比隧道側(cè)墻和頂面更難以處理。

(3)軌道設(shè)計時應(yīng)加強與線下基礎(chǔ)的連接。遇隧道病害隱患較大地段，隧道專業(yè)及現(xiàn)場施工單位應(yīng)及時與軌道專業(yè)溝通，軌道專業(yè)可采取較高的加固連接措施，以盡量保證道床的穩(wěn)定性。

[1] 鐵道部鐵運〔2012〕83號 高速鐵路無砟軌道線路維修規(guī)則[S]

[2] GB 50367-2006混凝土結(jié)構(gòu)加固設(shè)計規(guī)范[S]

[3] JGJ/T 259-2012混凝土結(jié)構(gòu)耐久性修復(fù)與防護技術(shù)規(guī)程[S]

易佳俊，工程師。

U216.42+2

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[定稿日期]2014-09-26