一種新型改進(jìn)型無砟軌道板

張勇

摘 要：一種鐵路無砟軌道結(jié)構(gòu)，它由預(yù)制軌道板、填充調(diào)整層、鋼筋混凝土底座組成三層體系，坐落于線路路基頂面。預(yù)制軌道板上包括傳統(tǒng)的軌枕、扣件、鋼軌等線路設(shè)備。該軌道結(jié)構(gòu)自帶注漿通道，每塊軌道板長(zhǎng)度范圍內(nèi)，中心線位置處，設(shè)置多根注漿鋼管以及鋼筋混凝土保護(hù)柱，所述注漿鋼管頂面同軌道板頂面平齊，底面同底座底面平齊;注漿鋼管外側(cè)包裹鋼筋混凝土圓形保護(hù)柱，其頂面同軌道板頂面平齊，底部同底座聯(lián)為整體，注漿鋼管同鋼筋混凝土保護(hù)柱兩圓心重合。填充調(diào)整層之上的軌道板，對(duì)應(yīng)所述混凝土保護(hù)柱設(shè)置貫通孔。本文提供的無砟軌道結(jié)構(gòu)及其抬升方法，能夠?qū)崿F(xiàn)無砟軌道沉降后的抬升，極大減少對(duì)列車運(yùn)營(yíng)的干擾，避免對(duì)軌道板的破壞;注漿通道的設(shè)置，在路基沉降變化期內(nèi)，便于重復(fù)使用;同時(shí)為高速鐵路的穿越工程實(shí)施，提供了一種控制沉降的手段。

關(guān)鍵詞：無砟軌道板;預(yù)留注漿孔;鋼筋混凝土保護(hù)柱;節(jié)省工期;減少結(jié)構(gòu)破壞

中圖分類號(hào)：U213.7+22 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1001-5922（2022）04-0131-04

Abstract： A railway ballastless track structure， which is composed of prefabricated track slab， filling adjustment layer and reinforced concrete base， and is located on the top of the subgrade surface. Prefabricated track slab includes ordinary sleeper， rail fastening， rail and other railway equipment. The track structure has its own grouting channel. Within the length range of each track slab， a plurality of grouting steel pipes and reinforced concrete protection columns are set at the center line. The top surface of the grouting steel pipe is flush with the top surface of the track slab， and the bottom surface is flush with the bottom surface of the base. The outer side of the grouting steel pipe is wrapped with steel reinforced concrete circular protection column， the top surface is flush with the top surface of the track slab， and the bottom is connected with the base as a whole. The two circle centers of the grouting steel pipe and the reinforced concrete protective column are coincided. The track plate above the filling adjustment layer is provided with a through hole corresponding to the concrete protective column. The ballastless track structure and its lifting method provided in this paper can realize the lifting of ballastless track after settlement， greatly reduce the interference to train operation and avoid the damage to track slab; the setting ofgrouting channel is easy to reuse in the period of subgrade settlement change; at the same time， it provides a means to control settlement for the implementation of high-speed railway crossing project.

Key words：? ballastless track slab; reserved grouting hole; reinforced concrete protective column; saving construction period; reducing structural damage

隨著我國(guó)高速鐵路發(fā)展，無砟軌道的應(yīng)用已經(jīng)普及，無砟軌道維修和養(yǎng)護(hù)問題也在實(shí)際工程中逐漸凸顯。在無砟軌道養(yǎng)護(hù)和維修[1]中問題較為突出和較難解決的是路基整體沉降引起的無砟軌道整體沉降問題。近年來當(dāng)無砟軌道沉降量超出扣件調(diào)整范圍時(shí)，通常采用現(xiàn)場(chǎng)鉆孔至支承層與路基基床表層之間，灌注高強(qiáng)發(fā)泡樹脂[2]，抬升無砟軌道的辦法解決。但上述辦法施工工期長(zhǎng)，并破壞無砟軌道的結(jié)構(gòu)及耐久性。由此，提出一種新型軌道板，來改進(jìn)現(xiàn)有的無砟軌道板。

1 現(xiàn)有無砟軌道類型及沉降處理的局限

1.1 主要類型

我國(guó)現(xiàn)有的無砟軌道分為板式和枕式兩種，本文涉及的為板式無砟道床，國(guó)內(nèi)主要有3種類型，分別為CRTSⅠ型板式無砟軌道、CRTSⅡ型板式無砟軌道和CRTS Ⅲ型板式無砟軌道[3]。CRTSⅠ型板式無砟軌道（日本板）[4]，預(yù)制軌道板通過水泥瀝青砂漿調(diào)整層，鋪設(shè)在現(xiàn)場(chǎng)澆注的具有凸型擋臺(tái)的鋼筋混凝土底座上，并適應(yīng)ZPW-2000軌道電路的單元軌道板無碴軌道結(jié)構(gòu)型式;CRTSⅡ型板式無砟軌道（德國(guó)博格板）[5]，預(yù)制軌道板通過水泥瀝青砂漿調(diào)整層，鋪設(shè)在現(xiàn)場(chǎng)攤鋪的混凝土支承層或現(xiàn)場(chǎng)澆注的鋼筋混凝土底座（橋梁）上，并適應(yīng)ZPW-2000軌道電路的連續(xù)軌道板結(jié)構(gòu)無碴軌道結(jié)構(gòu)型式如圖1所示。

CRTSⅢ型板式無砟軌道（國(guó)產(chǎn)化研發(fā)）[6]，預(yù)制軌道板通過水泥瀝青砂漿調(diào)整層，鋪設(shè)在現(xiàn)場(chǎng)攤鋪的混凝土支承層或現(xiàn)場(chǎng)澆注的鋼筋混凝土底座（橋梁）上，并適應(yīng)ZPW-2000軌道電路的連續(xù)軌道板結(jié)構(gòu)，且對(duì)每塊板限位的無碴軌道結(jié)構(gòu)型式。

以上3種類型的無砟軌道其基本結(jié)構(gòu);上部為鋼筋混凝土或預(yù)應(yīng)力混凝土軌道板，下部為鋼筋混凝土底座或干硬性支承層，兩者之間填充CA瀝青砂漿或自密實(shí)混凝土，三層體系坐落于鐵路路基頂面，承擔(dān)鋼軌向下傳遞的列車荷載。

在鐵路線后期的運(yùn)營(yíng)過程中，由于前期施工預(yù)壓不足，所經(jīng)軟土地段沉降加劇，以及地下水位變化等因素影響，極易引起路基的沉降[7]，從而造成鋼軌軌面不平順，靜、動(dòng)態(tài)指標(biāo)超限，出現(xiàn)三角坑病害，增加列車運(yùn)行的安全風(fēng)險(xiǎn)。

1.2 沉降處理存在的局限

（1）通過鋼軌扣件進(jìn)行調(diào)整。但較常用的WJ-8型扣件，鋼軌高低的調(diào)整量為-4 mm～+24 mm[8]，沉降量稍大就難以滿足;

（2）拆除軌道結(jié)構(gòu)，對(duì)路基本體進(jìn)行碾壓，消除殘余應(yīng)變。該方法需要封閉線路施工，對(duì)運(yùn)營(yíng)產(chǎn)生的影響極大;

（3）在上部軌道板及下部支承層之間，注漿抬升。同樣需要封閉線路，對(duì)運(yùn)營(yíng)產(chǎn)生的影響大;同時(shí)需要專用的起吊設(shè)備，對(duì)人員、設(shè)備的要求高，調(diào)整高度有限，沉降量稍大就難以滿足;

（4）對(duì)路基底部的天然地基注漿加固[9]，提升地基承載能力。該方法無法控制加固程度，且存在擾動(dòng)地基后，加速沉降的風(fēng)險(xiǎn);

（5）近年來，一些無砟軌道地段，采用在軌道板上機(jī)械鉆孔，同時(shí)鉆通軌道板、填充層、支承層結(jié)構(gòu)，利用形成的貫通孔道，向支承層底部與路基土體之間，注漿抬升[10]。該方法不用長(zhǎng)期封閉線路，無需大型起吊設(shè)備;但在實(shí)施中，必須要利用列車 “天窗”，在軌道板鉆孔作業(yè)，每一個(gè)預(yù)計(jì)段落抬升完畢，都需要再次申請(qǐng)“天窗”，進(jìn)行下一個(gè)抬升段落的，軌道板鉆孔施工，反復(fù)循環(huán)，直至所有段落完成抬升。

軌道板上鉆孔的工序，隨著抬升范圍的延伸，需要多次申請(qǐng)“天窗”，施工進(jìn)度受列車運(yùn)營(yíng)的控制，多次“天窗”計(jì)劃對(duì)列車的運(yùn)輸組織存在很大的影響。同時(shí)，鉆孔作業(yè)需要大量人員、空壓設(shè)備配合，在高填方、深路塹以及隧道等作業(yè)空間狹窄的地段，實(shí)施難度大。

目前的無砟軌道板，均為鋼筋混凝土或預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)，后期的鉆孔作業(yè)，稍有不慎，將對(duì)軌道板內(nèi)鋼筋或預(yù)應(yīng)力鋼筋造成損傷，對(duì)軌道板的強(qiáng)度及剛度形成破壞。同時(shí)，鉆孔作業(yè)削弱了原有軌道板的有效截面，孔洞處容易發(fā)生應(yīng)力集中，在列車動(dòng)力作用下，會(huì)出現(xiàn)結(jié)構(gòu)性裂縫，影響軌道板的承載能力及耐久性。

2 新型無砟軌道板的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

為了解決上述問題。本文提出一種新型無砟軌道結(jié)構(gòu)，該軌道結(jié)構(gòu)在發(fā)生沉降后，可以通過自帶的注漿通道進(jìn)行注漿抬升，省略了繁瑣的施工工序，避免了對(duì)既有軌道板的破壞，減小了對(duì)列車運(yùn)輸組織的干擾，同時(shí)提出利用該新型無砟軌道進(jìn)行抬升的方法，將施工“天窗”的申請(qǐng)次數(shù)大大壓縮，極大地降低對(duì)列車運(yùn)輸組織的干擾，同時(shí)對(duì)軌道結(jié)構(gòu)中的主要結(jié)構(gòu)軌道板不產(chǎn)生任何破壞。

一種自帶注漿通道的無砟軌道結(jié)構(gòu)，其包括預(yù)制軌道板、板下填充調(diào)整層、底座、注漿管、注漿管保護(hù)柱[11]，如圖3、圖4、圖5所示。本新型軌道板結(jié)構(gòu)預(yù)留注漿通道，向支承層底部與路基基床表層之間注漿抬升無砟軌道，完成因沉降引起的無砟軌道修復(fù)工作。

（1）無砟軌道結(jié)構(gòu)，其底座沿線路方向?yàn)閱卧謮K式結(jié)構(gòu)，相鄰軌道板之間設(shè)有橫向縫隙，且無任何連接;（2）底座，在每對(duì)應(yīng)1塊軌道板長(zhǎng)度范圍內(nèi)，底座中線位置處，設(shè)置3至6根注漿鋼管，優(yōu)先選用4根。注漿鋼管垂直于底座平面設(shè)置，其頂面與軌道板頂面平齊，其底面與底座底面平齊，注漿鋼管全長(zhǎng)等于軌道板厚度、調(diào)整層厚度、底座厚度之合。注漿鋼管內(nèi)徑為30～50 mm，優(yōu)選采用35 mm;（3）注漿鋼管宜布置在軌枕間隙內(nèi)，間距為1～2 m，優(yōu)先選用1.25 m;（4）注漿鋼管頂面內(nèi)側(cè)，設(shè)有螺紋內(nèi)絲，采用帶螺紋絲扣的管帽擰壓遮擋，防止自然環(huán)境及人為因素對(duì)注漿鋼管內(nèi)的污染;（5）注漿管外壁包裹混凝土保護(hù)柱，以獲得較大的截面剛度，防止注漿管在軌道板作用下彎曲變形，影響后期的注漿作業(yè)。保護(hù)柱內(nèi)鋼筋同底座鋼筋綁扎固定，同底座一并澆注混凝土，形成整體。保護(hù)柱截面為圓形，在實(shí)施例中，優(yōu)選直徑采用35 cm?；炷帘Ｗo(hù)柱可與CRTSⅠ型板式無砟軌道的凸型擋臺(tái)合設(shè);（6）預(yù)制軌道板平面為矩形，其沿線路方向的兩個(gè)端部無半圓形構(gòu)造。軌道板沿線路方向長(zhǎng)度，優(yōu)選采用5 m，所述軌道板在對(duì)應(yīng)注漿鋼管位置處，構(gòu)造上形成圓形的貫通孔，其圓心同注漿管圓心重合，其內(nèi)徑大于注漿管保護(hù)柱的直徑，在實(shí)施工程中，優(yōu)選內(nèi)徑采用45 cm。貫通孔與注漿管保護(hù)柱之間的空隙，用于灌注填充層的瀝青砂漿或自密實(shí)混凝土，待填充層高度已達(dá)軌道板底面后，該縫隙以高強(qiáng)度樹脂材料填充;（7）無砟軌道結(jié)構(gòu)，預(yù)制軌道板坐落于底座結(jié)構(gòu)之上，兩者之間為填充調(diào)整層，軌道板之上為軌枕、扣件及鋼軌等線路設(shè)備，底座之下為路基面。

3 新型無砟軌道結(jié)構(gòu)的抬升方法

（1）測(cè)量沉降范圍的沉降量，確定分塊抬升段落;（2）沿線路方向，在底座同路基面兩側(cè)的接觸邊線上，進(jìn)行封邊處理，封邊長(zhǎng)度應(yīng)等于抬升長(zhǎng)度，該措施可降低注漿抬升過程中的跑漿、露漿現(xiàn)象，封邊材料，優(yōu)先選用速凝水泥;（3）在軌道板與底座兩側(cè)接觸邊線，同軌枕軸線的交叉點(diǎn)上，向底座內(nèi)，斜向鉆設(shè)側(cè)孔道，側(cè)孔道底面應(yīng)盡量接近鋼軌下方，且側(cè)孔道應(yīng)以剛好鉆通底座底面為準(zhǔn)，同時(shí)記錄鉆設(shè)深度。側(cè)孔道鉆孔布置于線路兩側(cè)，按線路沉降量由大到小，布置的孔數(shù)由密至疏;（4）在“天窗”計(jì)劃內(nèi)，放松鋼軌扣件，去除軌下非原設(shè)計(jì)的調(diào)高墊板，擰開軌道板中線處的注漿鋼管管帽，準(zhǔn)備進(jìn)行抬升作業(yè);（5）首先，依據(jù)線路沉降量的大小，按從大到小的順序，依次向線路兩側(cè)孔道內(nèi)注漿。由沉降發(fā)生最大的位置處的注漿鋼管開始，向其最臨近的4個(gè)側(cè)孔道內(nèi)進(jìn)行注漿作業(yè)。所選注漿漿液，應(yīng)為雙組分高強(qiáng)發(fā)泡材料，具備低粘度、易流動(dòng)、同土以及混凝土結(jié)合良好、雙組分液體接觸后快速硬化、并產(chǎn)生膨脹力的特點(diǎn);（6）對(duì)側(cè)孔道注入漿液，抬升軌道結(jié)構(gòu)。漿液的易流動(dòng)性，使得其在土體中方便擴(kuò)散，以獲得同底板較大的接觸面，在膨脹力的作用下，容易實(shí)現(xiàn)抬升。同時(shí)，4個(gè)側(cè)孔道注漿抬升，使得抬升平面受力均勻，避免底座結(jié)構(gòu)的破壞。第一個(gè)注漿鋼管臨近的4個(gè)側(cè)孔道注漿完畢，應(yīng)轉(zhuǎn)向相鄰注漿鋼管臨近的4個(gè)側(cè)孔道進(jìn)行注漿，沿線路方向，按沉降量由大到小，依次進(jìn)行;（7）無砟軌道抬升量應(yīng)分次實(shí)現(xiàn)，第一遍側(cè)孔道注漿完成后，尚未達(dá)到抬升高度的下沉段落，進(jìn)行第二遍注漿作業(yè)。首先采用鉆孔設(shè)備，將第一遍注漿已硬化的材料鉆通，以前次記錄的鉆設(shè)深度為輔助，加深側(cè)孔道，直至路基土，再進(jìn)行注漿抬升。如此循環(huán)作業(yè)，控制每次注漿量，逐漸接近設(shè)計(jì)值，實(shí)現(xiàn)精度控制。如此，按沉降量變化，依次、分次進(jìn)行抬升，能夠避免底座結(jié)構(gòu)發(fā)生較大的變形量，引起破壞;（8）在所述雙組分漿液膨脹力作用下，將底座抬升至預(yù)定高度 ，再向軌道板中部的所述注漿鋼管內(nèi)，進(jìn)行注漿作業(yè)，所選注漿漿液可為水泥基注漿材料、樹脂材料或?yàn)r青砂漿等;（9）由于底座抬升后，其底面與路基面間的壓力減小且存在一定的縫隙，所述注漿鋼管的注入漿液，可在注漿壓力及自流性的作用下，順暢均勻地填充到底座下方，同時(shí)該漿液不具備膨脹力，不會(huì)導(dǎo)致抬升過度的問題，只需等待固化后即完成施工作業(yè);（10）抬升完畢，擰緊注漿鋼管管帽，避免污染，如后期沉降加劇出現(xiàn)，仍可利用該通道，將固化的水泥及注漿材料鉆通至路基面，再次實(shí)施注漿抬升;（11）側(cè)孔道注入雙組分高強(qiáng)發(fā)泡材料的作用在于材料固化后，膨脹力可達(dá)0.48 MPa[19]，在底座板下方，形成多個(gè)均勻抬升的受力點(diǎn)，分次將軌道結(jié)構(gòu)抬升到預(yù)定高度;（12）注漿鋼管注入水泥基注漿材料的作用在于：在已抬升就位的底座下方，形成均勻的填充層，實(shí)現(xiàn)無砟軌道結(jié)構(gòu)的修復(fù)。

4 新型無砟軌道板實(shí)施效果

（1）避免了在軌道板上機(jī)械鉆孔的作業(yè)環(huán)節(jié)，省略了實(shí)施該工序必需的“天窗”計(jì)劃，極大地降低了對(duì)列車運(yùn)營(yíng)的干擾，壓縮了施工周期;（2）避免了實(shí)施機(jī)械鉆孔后，對(duì)軌道板所帶來的結(jié)構(gòu)性及耐久性的破壞;（3）軌道板中部貫通孔與注漿鋼管保護(hù)柱之間的縫隙圓周，大于傳統(tǒng)的注漿孔，從而觀察范圍、灌注范圍擴(kuò)大，便于填充層的灌注、觀察、排氣以及提高灌注的均勻性;（4）軌道板中部的注漿鋼管及混凝土保護(hù)柱結(jié)構(gòu)，其使用年限與無砟軌道結(jié)構(gòu)本體相同，隨路基的變形累計(jì)，沉降的逐年發(fā)展，可以反復(fù)利用該構(gòu)件通道，實(shí)施修復(fù);（5）軌道板中部的混凝土保護(hù)柱結(jié)構(gòu)，可用于承受列車縱、橫向水平力，限制軌道板位移的發(fā)生，替代傳統(tǒng)的軌道板端部凸型擋臺(tái)。且在地震力作用下，較多的多余約束，使無砟軌道結(jié)構(gòu)擁有更好的整體性;（6）高速鐵路面臨管線、道路穿越時(shí)，由于線路控制沉降的要求很高，施工中難以解決，大多采用繞行既有橋孔內(nèi)通過。造成投資增加，使用不便，制約發(fā)展等問題，新型無砟軌道結(jié)構(gòu)，便于穿越工程在高速鐵路實(shí)施時(shí)，路基沉降的控制。

5 結(jié)語

新型無砟軌道板快速實(shí)施，能夠彌補(bǔ)路基產(chǎn)生的沉降量，恢復(fù)扣件系統(tǒng)的調(diào)整能力，保證線路的平順性?？删_控制軌道結(jié)構(gòu)的抬升量，避免產(chǎn)生膨脹力的漿液注入過多，造成抬升過度的情況出現(xiàn)。底座下得多點(diǎn)、分次抬升的方法，使底座均勻受力，變形小而緩和，避免機(jī)械剛性抬升對(duì)底座的破壞。

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