高速鐵路無砟軌道裂紋防治技術(shù)

齊少華

中鐵十六局集團第一工程有限公司

1 工程概況

新建太原至焦作鐵路線路長度358.8km，其中山西省境內(nèi)325.4km，河南省境內(nèi)33.4km。太原至焦作鐵路（山西段）橋梁共計103座，長95.9km，占線路長度的29.5%；隧道共計35.5座，長145.2km，占 線 路 長 度 的44.6%，其 中，L＞10km隧 道5座57.239km，4km＜L≤10km隧道8.5座54.980km，1km＜L≤4km隧道10座25.195km，L≤1km隧道12座7.769km；路基長84.3km，占線路長度的25.9%。正線鋪軌共計637.1鋪軌公里，其中有砟軌道341.4鋪軌公里，無砟軌道295.7鋪軌公里，無砟軌道占比46.4%。

太焦鐵路TJZQ-3標起訖里程DK65+340.35~DK81+407.5，線路長度16.07km。其中，無砟軌道長度15.99km，工點依次為區(qū)間路基、白北隧道、白北村烏馬河大橋、區(qū)間路基、榆社隧道。標段位于山西省榆社縣，屬于暖溫帶半濕潤大陸性季風(fēng)氣候，四季分明，晝夜溫差大，冬季寒冷干燥，夏季炎熱多雨，降水量多集中在七、八月份，季風(fēng)氣候明顯。全線采用CRTSⅠ型雙塊式無砟軌道，軌枕采用SK-2型雙塊式軌枕，扣件采用WJ-8B型扣件，道床板寬度為2800mm，厚度260mm。路基與隧道段落道床混凝土采用連續(xù)鋪設(shè)（道床混凝土施工縫位置鋼筋連續(xù)設(shè)置）、雙層配筋結(jié)構(gòu)；橋梁地段道床混凝土采用分塊式（鋼筋斷開設(shè)置）、雙層配筋結(jié)構(gòu)。

近年來，因為高速鐵路無砟軌道道床板混凝土各種類型裂紋頻繁出現(xiàn)，針對無砟軌道裂紋原因分析及防治技術(shù)的相關(guān)研究越來越多[1～2]。本文結(jié)合以往施工經(jīng)驗及現(xiàn)場施工中已經(jīng)采取的措施實際情況對比，對無砟軌道裂紋防治技術(shù)進行研究。

2 無砟軌道裂縫形成原因分析及分類

2.1 無砟軌道工點外部環(huán)境影響

目前，高速鐵路無砟軌道主要位于長大隧道或者隧道群段落，中間零散分布路基、橋梁等工點。隧道口及臨近洞口附近橋梁、路基一般位于山區(qū)，外部自然環(huán)境惡劣，主要包括氣溫的變化多端伴隨大風(fēng)天氣，對隧道口、路基、橋梁道床混凝土質(zhì)量影響較大。

2.2 新、老混凝土面結(jié)合差

雙塊式無砟軌道軌枕由預(yù)制廠集中生產(chǎn)，軌枕面及四周均為混凝土光面，與道床混凝土結(jié)合較差，軌枕四周與道床混凝土中間易出現(xiàn)矩形（局部）裂縫。

2.3 隧道內(nèi)、路基（支承層段）產(chǎn)生的反射裂縫

路基與橋隧過渡段28m設(shè)計為混凝土底座板，其余段落設(shè)計為水硬性混合料支承層，切縫距離約5m/處，局部存在反射裂紋。隧道每板襯砌鋼筋單獨設(shè)計，縱向鋼筋在施工縫位置斷開做彎頭處理。隧道襯砌完成3個月后，沉降觀測數(shù)據(jù)滿足要求后施作無砟軌道，但后續(xù)因為襯砌存在沉降，隧道內(nèi)襯砌施工縫位置道床板易產(chǎn)生反射橫向裂紋。

2.4 路基、隧道地段混凝土連續(xù)設(shè)計

路基、隧道段落道床混凝土為連續(xù)設(shè)計，在軌枕邊緣易產(chǎn)生四角裂紋，具體表現(xiàn)為“八”字裂紋，嚴重的局部橫向之間形成貫通裂紋或“人”字裂紋；路基、隧道地段現(xiàn)場裂紋數(shù)量較橋梁段落明顯增加。目前，四角裂紋占所有類型裂紋總量的85%或者更高。已有研究表明，通過分段澆筑或設(shè)置后澆帶可明顯減少道床板橫向裂縫。圖1為無砟軌道不同類型裂紋分布示意圖。

3 預(yù)防裂紋施工關(guān)鍵技術(shù)

3.1 新、老混凝土結(jié)合關(guān)鍵技術(shù)

軌排組裝前，清理所有軌枕表面的雜物，并對軌枕四周埋設(shè)于混凝土內(nèi)位置涂刷界面劑，確保軌枕與道床混凝土有效結(jié)合。道床混凝土澆筑前安排專人對基層以及軌枕進行噴霧，確?；炷粒ㄖС袑樱┟鏉駶櫉o積水，提高新、老混凝結(jié)合質(zhì)量。

混凝土由拌和站集中生產(chǎn)運輸，應(yīng)嚴格控制混凝土的坍落度及含氣量，符合混凝土理論配合比的控制范圍?；炷翝仓^程中嚴格控制混凝土入模溫度，與既有的軌枕及基礎(chǔ)基面溫差不超過15℃?；炷翝仓^程中采用“之”字形沿一個方向布料，以便排出軌枕下方的空氣。振搗采用2次振搗技術(shù)，第一次利用Φ50振搗棒初振，第二次利用Φ30振搗棒主要對軌枕四周進行加密振搗，確保新、老混凝土有效結(jié)合。

3.2 預(yù)防八角裂紋關(guān)鍵技術(shù)

施工過程中，在路基、橋梁、隧道洞口200m范圍以內(nèi)，軌枕四角處增設(shè)防裂鋼筋+金屬網(wǎng)片，每根軌枕共設(shè)置8處，每處設(shè)置防裂鋼筋2根+1塊金屬網(wǎng)片，防裂鋼筋采用Φ6鋼筋，水平長度為200mm~300mm，防裂鋼筋距混凝土頂面保護層為35mm；第一根防裂鋼筋距離軌枕邊緣為50mm，兩根防裂鋼筋間距為100mm，防裂鋼筋必須采用絕緣處理。金屬網(wǎng)片尺寸為15cm×20cm，置于防裂鋼筋上方。隧道內(nèi)其他段落軌枕四角處增設(shè)金屬網(wǎng)片，尺寸一致，與主筋通過絕緣卡進行絕緣處理。

3.3 預(yù)防反射裂紋關(guān)鍵技術(shù)

隧道內(nèi)襯砌施工縫位置，為避免出現(xiàn)反射裂縫，首先必須保證隧道內(nèi)仰拱、填充、襯砌施工縫同縫，后續(xù)存在仰拱回填層施工的，在隧道施工縫位置對仰拱回填層進行切縫處理。同時在施工縫位置增加一層0.3mm厚的滑動膜進行隔離，滑動膜鋪設(shè)在混凝土道床板下，縱向長度300mm，寬度與道床板等寬。

3.4 其他措施

3.4.1 優(yōu)化混凝土配合比

目前，雙塊式無砟軌道主要利用軌排框架法施工，除橋梁段落采用泵送混凝土外，路基、隧道段落利用料斗澆筑（非泵送）。施工前應(yīng)優(yōu)化混凝土性能，按照“三低一高”原則配置，具體可按照低膠材、低用水量、低坍落度、高含氣量控制。

3.4.2 適時解除軌排支撐系統(tǒng)

混凝土澆筑完成后，當(dāng)混凝土達到初凝時及時松開扣件和軌排間魚尾板，防止溫度變化時鋼軌伸縮對混凝土造成破壞，初凝時間由試驗人員根據(jù)鋼球壓痕試驗確定。具體操作為使用質(zhì)量為2kg直徑75mm的鐵球輕輕放在混凝土表面靜置1min，然后將鐵球拿起，測量混凝土表面壓痕，當(dāng)直徑小于15mm時即表示混凝土已初凝。

3.4.3 加強混凝土養(yǎng)護

無砟軌道施工精度要求高，為避免陽光影響精調(diào)結(jié)果，路基、橋梁段落精調(diào)工序一般在晚上或者凌晨進行，同時為保證混凝土入模溫度，一般早上開始澆筑?；炷吝B續(xù)澆筑，一般在當(dāng)日下午3點左右完成，混凝土施工期間環(huán)境溫度變化較大。澆筑完成后應(yīng)及時覆蓋養(yǎng)護，避免混凝土水分損失過快，后期出現(xiàn)裂紋。混凝土收面時嚴禁加水，利用木模找平，鋼模精平?，F(xiàn)場應(yīng)配足收面人員，縮短每次收面時間。

現(xiàn)場通過采取土工布+塑料膜結(jié)合措施確?；炷临|(zhì)量，混凝土面布設(shè)2根Φ5cm塑料管，管壁按梅花形布置出水孔，間距50cm。直線段水管布置于線路中線兩側(cè)40cm位置，曲線段布置于超高側(cè)距離混凝土邊緣15cm及線路中線位置?，F(xiàn)場指定專人根據(jù)現(xiàn)場實際情況定時通過預(yù)埋花管補充養(yǎng)護水，確保做好水分預(yù)儲存，減少水分收縮，提高混凝土抗裂能力。養(yǎng)護時間具體結(jié)合現(xiàn)場環(huán)境可參照表1執(zhí)行。

4 現(xiàn)場數(shù)據(jù)分析

太焦鐵路3標無砟軌道主要分兩個時間段施工。2019年10月5日開始橋梁工點無砟軌道施工，于2020年1月10日完成橋梁、白北隧道段落無砟軌道施工；榆社隧道、區(qū)間路基無砟軌道于2020年3月1日開始施工，4月9日全部完成?，F(xiàn)場根據(jù)施工時間、工點類型、過程中采取的措施，各選取左線無砟軌道100m（50m）做數(shù)據(jù)分析。

通過對兩個時間段無砟軌道裂紋統(tǒng)計分析，主要以軌枕四角裂紋為主，占比約為85%。采取措施后，路基段落裂紋長度整體下降75%，隧道洞口200m范圍內(nèi)裂紋長度下降34%，其他段落裂紋長度下降40%。圖2為采取措施前、后各種類型裂紋長度對比柱狀圖。

圖2 現(xiàn)場采取措施前后無砟軌道裂紋對比圖

5 結(jié)束語

隨著社會經(jīng)濟水平越來越高，“綠色出行”理念越來越深入，出行舒適度要求越來越高，高速鐵路必將成為大家出行的日常工具。鐵路運行安全也必將是關(guān)注重點。其中，無砟軌道施工質(zhì)量控制從源頭抓，主要通過優(yōu)化設(shè)計實現(xiàn)；從施工過程抓，主要通過現(xiàn)場優(yōu)化混凝土配合比、加強過程措施控制、嚴格落實養(yǎng)護措施實現(xiàn)。有效降低或避免道床板裂紋出現(xiàn)，確保鐵路運行安全，將是以后無砟軌道施工的重點。