高速鐵路無砟軌道道岔區(qū)結(jié)構(gòu)偏移整治技術(shù)

宋國亮

中國鐵路上海局集團(tuán)有限公司工務(wù)部，上海 200071

無砟軌道具備高整體性、高平順性和高穩(wěn)定性等特點(diǎn)，是我國300 km/h 及以上高速鐵路的主要軌道結(jié)構(gòu)形式。受地質(zhì)病害、堆載、外部施工等因素影響，部分區(qū)段高速鐵路無砟軌道結(jié)構(gòu)會發(fā)生偏移，通過不斷探索，目前已經(jīng)開展并實(shí)踐了高壓旋噴樁糾偏技術(shù)、箱梁頂升及平移技術(shù)、基床表層注漿抬升技術(shù)、軌道板揭板抬升糾偏技術(shù)、繩鋸切割回填層技術(shù)［1-3］，解決了橋墩偏移、路基沉降、隧道上拱等病害。但以上糾偏技術(shù)主要適用于一般線路地段，對道岔等特殊部位并不具備通用性。

一高速鐵路道岔區(qū)存在沉降及偏移，現(xiàn)已穩(wěn)定，上行線最大偏移量為22.9 mm（K28+337），下行線最大偏移量為24.1 mm（K28+360），由于偏移主要分布在道岔（軌枕埋入式）及道岔前后雙塊式無砟軌道（下部含端梁）區(qū)段，尚無成熟經(jīng)驗(yàn)可借鑒［4-5］。鑒于此，本文從工程實(shí)際出發(fā)，論證道岔區(qū)結(jié)構(gòu)糾偏修復(fù)技術(shù)難點(diǎn)，提出整治關(guān)鍵技術(shù)，明確質(zhì)量控制要點(diǎn)，以期為類似無砟軌道部位糾偏修復(fù)提供借鑒。

1 技術(shù)研究路線

1.1 技術(shù)難點(diǎn)

1）糾偏所需反力大

軌枕埋入式道岔結(jié)構(gòu)寬，橫向剛度大，雙塊式無砟軌道下部端梁深入至路基本體，增大了軌道糾偏難度。此外，線路兩側(cè)設(shè)置反力裝置的空間狹小，路基本體所能提供的反力有限，增加了工程難度。

2）糾偏精度要求高

道岔糾偏除整體平順性滿足要求外，對軌道幾何形位精度要求也高。道岔尖軌及心軌位置的變化會對結(jié)合部密貼產(chǎn)生不利影響，影響道岔轉(zhuǎn)換。

3）質(zhì)量控制難度大

道岔區(qū)無砟軌道結(jié)構(gòu)寬度沿線路方向漸變，為實(shí)現(xiàn)平穩(wěn)糾偏，不同頂推位置的糾偏力須差異化控制。此外，道岔區(qū)設(shè)備復(fù)雜，糾偏作業(yè)對工序銜接及作業(yè)組織要求高，施工工藝與工法需精準(zhǔn)設(shè)計(jì)與實(shí)施。

1.2 技術(shù)方案

針對以上技術(shù)難點(diǎn)，以維持無砟軌道結(jié)構(gòu)整體性、減少道岔區(qū)次生病害為原則，提出了基于無砟道床層間解離的無砟軌道結(jié)構(gòu)糾偏修復(fù)技術(shù)方案，其主要工藝流程和關(guān)鍵工序?yàn)椋壕€形測量→道床板與支承層解離→反力結(jié)構(gòu)及機(jī)械頂推裝置布置→道床板糾偏→道床板離縫修復(fù)→道岔精調(diào)→道床板植筋錨固、端梁結(jié)構(gòu)幫寬→道岔區(qū)逐級提速。

1.3 施工方法

1）道床板與支承層解離

雙塊式無砟軌道道床板與支承層間通過鋼筋連接。鑒于道岔區(qū)無砟道床寬度大，道岔前后無砟道床含有端梁，整體糾偏不具備可行性。因此，采用面切割方式沿道床板板底水平切割，實(shí)現(xiàn)道床板與支承層的解離。

2）道床板抬升糾偏

結(jié)合天窗后即放行列車需求，作業(yè)時(shí)應(yīng)從偏移量最大處開展糾偏，以實(shí)現(xiàn)差異偏差逐步改善，如圖1所示。施工過程中，應(yīng)合理布設(shè)千斤頂群，一般5 m 設(shè)置一個，各千斤頂同時(shí)進(jìn)行頂推時(shí)，以位移控制為主，頂推力控制為輔。

圖1 糾偏頂推示意

3）無砟道床結(jié)構(gòu)補(bǔ)強(qiáng)

道床板糾偏完成后，為恢復(fù)層間關(guān)系，采用高分子聚合物材料對軌道結(jié)構(gòu)進(jìn)行注漿填充［6-7］，后續(xù)通過植筋補(bǔ)強(qiáng)。所使用的注漿材料需能夠滿足天窗內(nèi)修補(bǔ)、天窗后放行列車的要求。為恢復(fù)端梁結(jié)構(gòu)功能，道床板與端梁解離范圍采用植筋錨固與幫寬加固相結(jié)合的方式進(jìn)行整治。經(jīng)檢算，每處端梁植筋20 根，植筋深度應(yīng)不小于500 mm，植筋布置如圖2（a）所示。端梁幫寬加固結(jié)構(gòu)每側(cè)寬度為610 mm，其中60 mm 為原道床板及端梁混凝土鑿除部分，幫寬加固長度縱向以端梁為中心，總長為1.4 m，其配筋如圖2（b）所示。

圖2 端梁配筋示意

1.4 結(jié)構(gòu)檢算

為驗(yàn)證施工方法中各項(xiàng)參數(shù)的有效性，基于有限元計(jì)算軟件，建立幫寬地段軌道結(jié)構(gòu)精細(xì)化靜力分析模型。

1）幫寬地段軌道結(jié)構(gòu)計(jì)算模型

無砟軌道結(jié)構(gòu)按照結(jié)構(gòu)尺寸采用實(shí)體單元solid185模擬［8-10］，各構(gòu)件材料特性參數(shù)見表1。

表1 計(jì)算模型材料參數(shù)

底座板與橋面板間預(yù)埋鋼筋采用MPC184剛性梁單元簡化模擬，道床板與支承層間采用接觸單元conta173 模擬［8-10］，法向考慮設(shè)計(jì)接觸剛度，切向考慮一定摩擦因數(shù)0.7 進(jìn)行模擬，支承層底部采用固定約束，具體單元參數(shù)見表2。

表2 各構(gòu)件單元類型及參數(shù)

2）整治方案計(jì)算模型

端梁位置道床板與下部端梁解離范圍采用植筋錨固與幫寬加固方式恢復(fù)結(jié)構(gòu)整體性及縱向傳力體系。根據(jù)整治措施建立四種有限元計(jì)算模型，具體模型尺寸見表3，工況2—工況4有限元模型見圖3。

表3 計(jì)算模型結(jié)構(gòu)參數(shù)

圖3 有限元模型

3）溫度荷載作用

對有限元模型施加溫度荷載，研究溫度荷載下各種整治措施下端梁受力變形規(guī)律。施加45 ℃/m 負(fù)溫度梯度荷載得到工況2 模型垂向變形及主應(yīng)力見圖4。

圖4 負(fù)溫度梯度工況2模型垂向變形及主應(yīng)力

由圖4可知：工況2模型最大垂向變形為0.012 mm，最大應(yīng)力值為1.25 MPa，滿足無砟軌道結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性和安全性要求，說明端梁解離后的植筋恢復(fù)和幫寬加固方案可行。

2 質(zhì)量控制措施

在天窗時(shí)間對道岔區(qū)無砟軌道糾偏修復(fù)過程中，須要嚴(yán)格進(jìn)行全過程質(zhì)量控制，以確保糾偏修復(fù)效果，不得影響天窗后線路開通運(yùn)營。無砟軌道糾偏修復(fù)的質(zhì)量控制重點(diǎn)體現(xiàn)在糾偏位移量控制、軌道應(yīng)力應(yīng)變控制等方面。

2.1 糾偏位移量控制

施工過程中應(yīng)對無砟軌道位移變化進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測，可采用全站儀、位移傳感器、電子水準(zhǔn)儀、軌道測量儀等多種測量方式對無砟軌道位移狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測。糾偏后線形允許偏差按±2 mm 控制，并注意線路水平變化情況，線路靜態(tài)幾何尺寸應(yīng)滿足鐵運(yùn)〔2012〕83 號《高速鐵路無砟軌道線路維修規(guī)則》對應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)要求。當(dāng)采用鄰線作反力墻時(shí)，應(yīng)對鄰線的中線偏移情況進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測。

2.2 應(yīng)力應(yīng)變控制

為確保頂推糾偏時(shí)無砟軌道應(yīng)變不超過混凝土極限拉、壓應(yīng)變，無砟軌道混凝土結(jié)構(gòu)不受損開裂，可采用靜態(tài)應(yīng)變測試系統(tǒng)對無砟軌道結(jié)構(gòu)的應(yīng)力應(yīng)變進(jìn)行監(jiān)測。

監(jiān)測過程中若發(fā)現(xiàn)中線或高程突變，以及反力墩發(fā)生較大位移，應(yīng)停止糾偏作業(yè)。作業(yè)過程中應(yīng)確保結(jié)構(gòu)健康，如發(fā)現(xiàn)裂紋立即停止頂推作業(yè)。

2.3 工程應(yīng)用實(shí)踐

2021 年對一高速鐵路線路上行K28+355—K28+393、下行K28+360—K28+413段偏移無砟軌道進(jìn)行了糾偏修復(fù)，糾偏長度共計(jì)91 m。經(jīng)糾偏修復(fù)后，無砟軌道平面線形得到明顯改善。糾偏后，上行平面扣件最大調(diào)整量為1 mm，下行最大調(diào)整量為2 mm。對比整治前后線路動態(tài)檢測數(shù)據(jù)，無Ⅰ級及以上軌道幾何尺寸偏差，線路平順性得到顯著改善。

3 結(jié)論

1）針對道岔區(qū)和下部含端梁雙塊式無砟軌道糾偏的技術(shù)難點(diǎn)，提出了基于道床板與底座板層間解離的無砟軌道結(jié)構(gòu)糾偏修復(fù)技術(shù)方案。

2）結(jié)合主要工藝流程和關(guān)鍵工序，得出無砟軌道糾偏修復(fù)的質(zhì)量控制要點(diǎn)為糾偏位移量控制和軌道應(yīng)力應(yīng)變控制。

3）通過工程實(shí)例，驗(yàn)證了技術(shù)研究路線及質(zhì)量控制要點(diǎn)合理可行，可有效恢復(fù)結(jié)構(gòu)強(qiáng)度、顯著改善線路平順性。