雙塊式無砟軌道軌枕傷損病害整治技術(shù)及實(shí)踐

曹永博 中國(guó)鐵路上海局集團(tuán)有限公司合肥工務(wù)段

雙塊式無砟軌道是高速鐵路無砟軌道的一種主要結(jié)構(gòu)形式,合武高鐵作為我國(guó)率先開通運(yùn)營(yíng)的高速鐵路，自2009年4月1日正式運(yùn)營(yíng)以來近10年之久，隨著運(yùn)營(yíng)時(shí)間的增長(zhǎng)，由于混凝土逐漸老化、結(jié)構(gòu)力變化等造成幾座長(zhǎng)大隧道鋪設(shè)的CRTSⅠ型雙塊式無砟軌道軌枕產(chǎn)生開裂、掉塊、破損等病害。本文就CRTSⅠ型雙塊式無砟軌道軌枕病害整治技術(shù)及實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行闡述，為后期同類型病害的整治提供借鑒經(jīng)驗(yàn)。

1 病害現(xiàn)狀

1.1 設(shè)備狀況

（1）該段高速鐵路于2005年開工建設(shè)，2009年開通運(yùn)營(yíng)，正線線間距4.6 m，最大坡度6‰，設(shè)計(jì)速度250 km/h。

（2）軌道結(jié)構(gòu)以有砟道床為主，其中在紅石埂、金寨和紅石巖等三座隧道長(zhǎng)大隧道鋪設(shè)CRTSⅠ型雙塊式無砟軌道，道床板均采用C40鋼筋混凝土，道床板寬2 800 mm，長(zhǎng)6 230 mm，軌枕間距625 mm。道床板采用雙層配筋，上下層縱橫向鋼筋均采用直徑為20 mm的I級(jí)鋼筋。下層縱向鋼筋為18根，兩側(cè)最外側(cè)兩根鋼筋間距為120 mm，中間16根鋼筋間距為156 mm；橫向鋼筋間距為200 mm，上層縱向鋼筋為4根，放在雙塊式軌枕鋼筋桁架上，橫向鋼筋為兩根軌枕間一根。

（3）隧道地段CRTSⅠ型雙塊式無砟軌道由鋼軌、彈性分開式扣件、雙塊式軌枕、道床板、底板等組成。采用U75V 60 kg/m百米定尺長(zhǎng)鋼軌，隧道內(nèi)正線采用潘得路SFC型扣件，軌枕采用肆線-0701型雙塊式軌枕。

1.2 病害狀況

自2013年以來陸續(xù)發(fā)現(xiàn)合武高鐵紅石埂、金寨和紅石巖三座長(zhǎng)大隧道鋪設(shè)的CRTSⅠ型雙塊式軌枕不同程度出現(xiàn)軌枕傷損，達(dá)十多處，主要形式為軌枕開裂、軌枕掉塊、軌枕與軌道板離縫，詳見圖1、圖2。

圖1 雙塊式軌枕掉塊

圖2 雙塊式軌枕開裂

2 整治方法

2.1 整治思路

針對(duì)軌枕不同類型傷損病害及傷損嚴(yán)重程度，在不破壞原有軌道線型、道床板整體結(jié)構(gòu)的條件下，采取在傷損軌枕左右兩側(cè)安裝WJ-7型特殊扣件臨時(shí)處置，或采取在傷損軌枕左右兩側(cè)安裝WJ-7型特殊扣件以保證列車正常運(yùn)行的情況下，對(duì)傷損軌枕進(jìn)行局部鑿除修理或?qū)?yán)重傷損軌枕進(jìn)行更換，形成三種整治工藝，并對(duì)每種工藝的整治優(yōu)、缺點(diǎn)進(jìn)行說明。

2.2 整治方法

方法一：采取WJ-7型特殊調(diào)整扣件進(jìn)行預(yù)加固。具體如下：

（1）在傷損的雙塊式軌枕兩側(cè)軌枕盒內(nèi)安裝WJ-7型特殊調(diào)整扣件對(duì)鋼軌進(jìn)行加固處理。具體在受損軌枕兩側(cè)軌枕盒道床板頂面標(biāo)注出WJ-7型特殊扣件安裝位置，用角磨機(jī)將道板頂面打磨平整，使其滿足扣件安裝要求。打磨完成后，平面尺寸不小于550 mm×200 mm。利用模具進(jìn)行鉆孔定位，再用水鉆垂直道床板頂面進(jìn)行鉆孔，孔直徑63 mm，孔深150 mm，鉆孔完成后用水將鉆孔清洗干凈。用定位模具對(duì)套筒進(jìn)行定位，配制聚合物砂漿對(duì)套筒進(jìn)行預(yù)埋，待砂漿硬化達(dá)到要求后，安裝WJ-7型特殊調(diào)高扣件。

WJ-7特殊扣件的布設(shè)如圖3～5圖所示，組裝圖如圖6所示。

圖3 平面布置圖

圖4 A-A橫斷圖

圖5 縱斷面圖

圖6 WJ-7特殊調(diào)整扣件組裝圖

（2）對(duì)于輕微傷損軌枕病害可采取聚合物材料進(jìn)行局部修復(fù)，防止原傷損軌枕病害進(jìn)一步發(fā)展，延長(zhǎng)其使用壽命。

（3）按《WJ-7和WJ-8型特殊調(diào)整扣件暫行技術(shù)》（TJ/GW132-2015）要求進(jìn)行定期專項(xiàng)評(píng)估。

整治效果分析：

優(yōu)點(diǎn)：工藝操作簡(jiǎn)單，可較好適用于傷損較輕的雙塊式軌枕病害加固處置或用于突發(fā)性嚴(yán)重傷損病害的臨時(shí)應(yīng)急處置。1個(gè)作業(yè)天窗便可處置完畢。如圖7所示。

缺點(diǎn)：病害本身未得到根治，需按《WJ-7和WJ-8型特殊調(diào)整扣件暫行技術(shù)》（TJ/GW132-2015）要求需定期進(jìn)行專項(xiàng)評(píng)估，并對(duì)特殊調(diào)整扣件進(jìn)行周期性動(dòng)靜態(tài)檢查。

圖7 整治效果圖

方法二：采取WJ-7型特殊調(diào)整扣件進(jìn)行預(yù)加固，對(duì)受損軌枕進(jìn)行局部鑿除、澆筑處理，并更換扣件系統(tǒng)。考慮到雙塊式軌枕預(yù)制工藝的精密，尤其有擋肩軌枕對(duì)軌枕局部的修復(fù)很難達(dá)到廠制效果，故建議更換為無擋肩扣件系統(tǒng)。具體方法：

（1）在傷損的雙塊式軌枕兩側(cè)軌枕盒內(nèi)安裝WJ-7型特殊調(diào)整扣件對(duì)鋼軌進(jìn)行預(yù)加固，具體方法同方法一。

（2）拆除原扣件，鑿除傷損軌枕及其前后部分道床板混凝土，鑿除寬度和長(zhǎng)度與原軌枕底座相同，深度至軌枕底面，鑿出的混凝土界面應(yīng)垂直、水平、粗糙，在鑿除的過程中應(yīng)保留原桁架鋼筋。如圖8所示。

圖8 鑿除病害軌枕

（3）制作綁扎鋼筋籠，在原軌枕處綁扎鋼筋（如圖9所示）。并在原扣件處安裝WJ-7型扣件。

圖9 綁扎鋼筋籠

（4）在傷損軌枕周邊安裝模板，對(duì)混凝土界面進(jìn)行灑水濕潤(rùn)，按比例配制并澆筑聚合物混凝土，振搗后抹面，使混凝土面略高出緩沖墊板底面（3～5）mm，但不得淹沒緩沖墊板。如圖10、圖11所示。

圖10 安裝模具

圖11 澆筑抹面

（5）拆除扣件，對(duì)新澆筑混凝土臺(tái)頂面進(jìn)行打磨，將多余部分磨除。

（6）待混凝土達(dá)到強(qiáng)度后，拆除傷損軌枕前后的WJ-7型特殊扣件，并在新軌枕安裝普通WJ-7型扣件。

（7）軌道精調(diào)。對(duì)軌道線路進(jìn)行精調(diào)，必要時(shí)增加軌下調(diào)高墊板或平面調(diào)整扣件，使軌道平順，滿足運(yùn)營(yíng)要求。

整治效果分析：

優(yōu)點(diǎn)：對(duì)于軌枕松動(dòng)、破損、失效等病害影響對(duì)鋼軌的縱橫向阻力，可采取本辦法進(jìn)行維修（如圖12）。整治工藝對(duì)軌道板整體創(chuàng)傷面小，可在維修天窗實(shí)施，每根軌枕需要2-3個(gè)天窗，對(duì)行車安全影響較小。相對(duì)方案一進(jìn)行了永久處理，并避免了《WJ-7和WJ-8型特殊調(diào)整扣件暫行技術(shù)》（TJ/GW132-2015）需定期專項(xiàng)評(píng)估的問題。

缺點(diǎn)：采取局部維修，整治后外觀效果很難達(dá)到廠制軌枕效果；使用于無擋肩軌枕整治；整治需改變?cè)锌奂到y(tǒng)，采取無擋肩扣件系統(tǒng)。

圖12 整治效果圖

方法三：對(duì)于雙塊式軌枕松動(dòng)、破損、開裂等采取其它措施不能保證無砟軌道穩(wěn)定性和行車平穩(wěn)性，應(yīng)及時(shí)更換雙塊式軌枕。通過采用WJ-7型特殊調(diào)整扣件進(jìn)行支撐過渡，對(duì)受損軌枕進(jìn)行鑿除更換。具體工藝如下：

（1）在傷損的雙塊式軌枕兩側(cè)軌枕盒內(nèi)安裝WJ-7型特殊調(diào)整扣件對(duì)鋼軌進(jìn)行支撐。其平面布置、縱橫斷面如圖13～圖15所示。

（2）拆除原扣件，鑿除傷損軌枕及其前后部分道床板混凝土，將損壞的軌枕從混凝土道床中取出，軌枕底部鑿除不少于25 mm深的空間，并清理干凈。

圖13 平面布置圖

圖14 A-A橫斷圖

圖15 縱橫面圖

（3）對(duì)于縱向鋼筋穿過雙塊式軌枕鋼筋桁架的無砟軌道結(jié)構(gòu)，切斷鋼筋并使相鄰軌枕盒的連接鋼筋裸露出來。

（4）對(duì)裸露混凝土表面進(jìn)行鑿毛，對(duì)連接鋼筋表面除銹處理后，清理軌枕盒內(nèi)松散顆粒及灰塵，放入新雙塊式軌枕就位。

（5）選擇合適長(zhǎng)度、直徑的鋼筋，將其焊接道到裸露軌道板縱向連接鋼筋上。

（6）用螺桿調(diào)節(jié)器支撐雙塊式軌枕，安裝WJ-7型調(diào)整扣件，精細(xì)調(diào)整軌枕標(biāo)高和左右位置，并固定。

（7）對(duì)裸露混凝土面進(jìn)行潤(rùn)濕處理，注入低收縮性、早強(qiáng)、粘結(jié)性能和流動(dòng)性較好的聚合物砂漿材料，砂漿從軌枕一側(cè)注入，直至填滿整個(gè)開鑿面，整平表面，并對(duì)道床板頂面進(jìn)行打磨。

（8）待混凝土砂漿達(dá)強(qiáng)度到30 MPa及以上后，拆除傷損軌枕前后的WJ-7型特殊扣件，重新安裝新軌枕扣件并對(duì)軌道進(jìn)行精調(diào)。

整治效果分析：

優(yōu)點(diǎn)：對(duì)傷損軌枕進(jìn)行永久處理，病害從根本得到整治，相對(duì)方案二采用原廠制雙塊式軌枕，整治后可達(dá)到原有外觀。適用于軌枕病害嚴(yán)重，影響軌道結(jié)構(gòu)健康及行車安全的永久性處理。

缺點(diǎn)：施工工藝復(fù)雜，程序較多，對(duì)道床板的創(chuàng)傷面積較大，整治過程需慢行，對(duì)行車組織有一定影響。

3 材料要求

灌漿材料性能指標(biāo)見表1。聚合物混凝土材料性能指標(biāo)見表2。

扣件下灌漿、套筒預(yù)埋材料及無砟軌道混凝土結(jié)構(gòu)缺損的快速修復(fù)材料應(yīng)具有固化速度快、抗開裂性能好等優(yōu)點(diǎn)。

本次整治所采用的聚合物砂漿，以無機(jī)材料為主，經(jīng)聚合物改性，輔以多種助劑，具有施工時(shí)間可調(diào)、強(qiáng)度發(fā)展可控等特點(diǎn)，能夠滿足天窗時(shí)間內(nèi)灌漿、天窗時(shí)間后列車通行的要求。

（1）良好的早期施工性能。灌漿材料的工作性能能夠滿足現(xiàn)場(chǎng)施工要求，且施工時(shí)間可調(diào)。

（2）匹配的強(qiáng)度發(fā)展性能。灌漿材料30 min即可拆模，2 h即可達(dá)到通車所需強(qiáng)度要求。

（3）良好的界面粘結(jié)性。與老混凝土界面間具有較好的粘結(jié)強(qiáng)度，消除新老界面之間裂縫。

（4）優(yōu)良的體積穩(wěn)定性。灌漿材料具有較好的韌性和很低的收縮性能，抗開裂能力高。

4 注意事項(xiàng)

（1）由于屬運(yùn)營(yíng)高速鐵路作業(yè)，施工人員必須嚴(yán)格遵守各項(xiàng)有關(guān)安全規(guī)定。進(jìn)、出施工現(xiàn)場(chǎng)，必須根據(jù)高鐵相關(guān)手續(xù)對(duì)上道人員、機(jī)工具及材料進(jìn)行清點(diǎn)，所有工具、材料均按規(guī)定粘帖反光膜。

（2）砂漿灌注前，應(yīng)進(jìn)行配比試驗(yàn)，對(duì)砂漿的流動(dòng)度、2小時(shí)抗壓強(qiáng)度等指標(biāo)進(jìn)行測(cè)試，滿足要求后方可進(jìn)行灌漿施工。

（3）施工過程中，混凝土界面務(wù)必要清理干凈，并按規(guī)定涂刷界面劑或?yàn)⑺疂?rùn)濕，以確保新老混凝土間的粘結(jié)力滿足要求。

（4）注漿前必須進(jìn)行相關(guān)試驗(yàn)，以確保能夠充填飽滿，不影響道床板的穩(wěn)定和無砟軌道的使用壽命。

（5）注膠過程中，應(yīng)嚴(yán)格控制注膠壓力并對(duì)軌道的變形進(jìn)行監(jiān)控，以確保軌道平縱斷面不發(fā)生變化，同時(shí)確保灌注的樹脂漿液充分?jǐn)U散充填縫隙。

（6）施工適宜溫度5℃～30℃，低溫下施工時(shí)可加溫水進(jìn)行砂漿和混凝土的拌制，澆筑完成后還應(yīng)采取保溫措施進(jìn)行養(yǎng)護(hù)。

表1 灌漿材料性能指標(biāo)

表2 聚合物混凝土性能指標(biāo)

5 結(jié)束語

雙塊式無砟軌道作為高速鐵路無砟軌道的一種主要結(jié)構(gòu)形式，目前較多的應(yīng)用于我國(guó)高速鐵路無砟軌道的鋪設(shè)，合武高鐵作為我國(guó)率先開通運(yùn)營(yíng)的高速鐵路，隨著運(yùn)營(yíng)時(shí)間增長(zhǎng)，軌枕病害逐步出現(xiàn)，本文通過整治實(shí)踐，總結(jié)三種整治工藝，可為后期同類型病害整治提供借鑒經(jīng)驗(yàn)。