CRTSⅡ型板式無砟軌道高溫脹板病害研究與整治

苗雨

摘 要：結(jié)合高速鐵路CRTSII型板結(jié)構(gòu)特點，分析了脹板病害的誘因，提出了此類病害防治方法與具體處置措施。

關(guān)鍵詞：無砟軌道；軌道板；高溫脹板；整治技術(shù)

引言

高速鐵路CRTS II型板式無砟軌道自在京津城際鐵路鋪設以來，相繼在京滬高速鐵路、滬杭客專、京武高速鐵路、合蚌客專、寧杭客專、杭甬客專、津秦客專、杭長客專和合福客專等得到了廣泛的應用，實踐證明了其在高速運行過程中的平穩(wěn)性和舒適性較優(yōu)。這是由CRTS Ⅱ型板式無砟軌道主要特點及系統(tǒng)結(jié)構(gòu)決定的：它是由鋼軌、扣件、軌道板、CA砂漿、底座板或支承層、二布一膜、錨固裝置、側(cè)向擋塊等組成，其中軌道板為有擋肩、單向先張預應力混凝土預制板。

運營實踐證明，CRTSII型板因縱連體系受溫度影響較為明顯，易產(chǎn)生軌道板與砂漿離縫；軌道板間寬接縫離縫；局部寬接縫破損等病害，對結(jié)構(gòu)耐久性有一定影響。為解決此類現(xiàn)象，2013年7月在中鐵十七局某高鐵項目部召開的由建設、運營、設備、設計、施工等單位參加的研討會上；通過對軌道板溫度變形原理的分析，針對軌道板在高溫條件下產(chǎn)生的綜合病害，首先我們將其定名為“高溫脹板病害”。其次我們在整個研討過程中，結(jié)合現(xiàn)場實際病害，在研究分析了具體情況后，提出了相應的整治措施。

1 軌道板溫度變形的表現(xiàn)形式及成因分析

CRTSⅡ型板式無砟軌道溫度變形均發(fā)生在軌道板板端和板間接縫處，表現(xiàn)為軌道板四角離縫、高低不平順較大、板間接縫開裂或破碎以及部分軌道板開裂、剪力釘拔出等。從氣象資料看出，夏季部分地區(qū)氣溫均在38℃以上，最高可突破40℃，其中長江以南個別地區(qū)7月5日以來出現(xiàn)持續(xù)40℃以上天氣。在這種氣溫條件，根據(jù)現(xiàn)場觀測，軌道板白天正溫度梯度（板面溫度高于板底溫度）能達到100℃/m，凌晨負溫度梯度（板面溫度低于板底溫度）能達到-50℃/m（高于設計推薦的80～85℃/m和-40～-43℃/m）。軌道板實際溫度梯度已經(jīng)超過設計推薦值，軌道板白天中間上拱、四角下壓CA砂漿層，晚上軌道板四角翹曲，軌道板容易在四個角附近產(chǎn)生離縫或離縫擴大，形成自由端，軌道板在極端高溫作用下，集聚了大量的溫度應力無法釋放，使軌道板穩(wěn)定性降低。部分線路軌道縱連不及時；個別處張拉鎖件缺失或安裝不到位、板間接縫混凝土質(zhì)量不好、板間張拉及澆注混凝土時溫度低等也是產(chǎn)生上述問題的原因所在。為解決這些問題，結(jié)合現(xiàn)場實際情況我們采取了以下整治措施。

2 軌道板高溫脹板病害整治對策研究及材料選用

2.1 整治對策

對軌道板翹曲變形引起高低不平順較大處所，對離縫進行注漿（膠）處理，恢復軌道板與CA砂漿的粘結(jié)力，增加對軌道板的約束；對軌道板端伸縮導致的板間接縫傷損破碎處所，進行植筋錨固、打開板間接縫、板底注漿（膠）、澆注板間接縫處理，同時，植筋位置、數(shù)量應根據(jù)現(xiàn)場病害實際情況進行相關(guān)計算。

2.2 整治所用材料

針對病害產(chǎn)生的原因及病害部位，首先選用好修補材料，使其達到快速修復、早強并能盡快恢復列車運行速度的要求。其次，依據(jù)設計基本要求，確定修補施工工藝，并根據(jù)病害具體情況和現(xiàn)場實際細化具體修補方案。

2.2.1 水泥乳化瀝青砂漿離縫選用TK-A型修補材料。該材料是一種可快速固化的雙組份注漿材料。適用于水泥乳化瀝青砂漿離縫的注漿修復，尤其適合運營期天窗時間內(nèi)施工使用。（見表1）

2.2.2 軌道板裂縫修補材料選用TK-B型修補材料。TK-B型修補材料具有較低的粘度，滲透性好，粘結(jié)強度高，適用于軌道板混凝土裂縫的修補。（見表2）

2.2.3 軌道板缺損修補材料

軌道板缺損修補材料選用TK-H型修補材料。該材料具有固化速度快、粘結(jié)強度高、抗壓強度高等優(yōu)點，有優(yōu)異的抗?jié)B、抗凍、防腐蝕性能。適用于高強度預制混凝土構(gòu)件的修補。（見表3）

2.2.4 寬接縫混凝土修補材料

寬接縫混凝土修補選用TK-K型修補材料。該材料通過采用聚合物改性、粒度匹配優(yōu)化、組分設計等技術(shù)途徑，以無機材料為主，輔以多種助劑，具有施工時間可調(diào)、強度發(fā)展可控等特點，能夠滿足天窗時間內(nèi)修補、天窗時間后列車通行的要求。（見表4）

3 軌道板高溫脹板病害的整治與工藝

3.1 現(xiàn)場情況

現(xiàn)場病害地段里程為K173+100，多塊軌道板縱向移動，局部軌道板上拱，砂漿離縫10mm～15mm，軌面高低3mm/10m～5mm/10m超限；以上拱處為中心大里程方向7塊，小里程方向7塊軌道板縱向移動；寬接縫混凝土破損；軌道板局部傷損；軌道板縱向移動，軌距塊損害。

3.2 工藝流程圖

3.3 軌道板錨固植筋數(shù)量計算

3.3.1 錨固鋼筋數(shù)量n

n=F總/V

F總-溫度產(chǎn)生的剪力-軌道板與砂漿的粘結(jié)力；V-抗剪設計值。

3.3.2 溫度剪力F

每升溫1℃軌道板產(chǎn)生的溫度力

F（溫度力）=E×A×△T×α=165.75kn

E-混凝土彈性模量，32500MPa；A-軌道板橫斷面面積，軌道板厚度*寬度：200mm*2550mm；α-線漲系數(shù)；取1*10-5

現(xiàn)場工況中軌道溫差△T取40℃：165.75KN*40=6630KN

軌道板與砂漿的粘結(jié)力取410KN，單邊取6.5塊板軌道板進行植筋植筋

F總=6630-410*6.5=3965KN

3.3.3 考慮混凝土先于鋼筋破壞，V值取混凝土抗剪設計值Vc，

Vc=0.65*Vc0×f×fv×fβ=0.65*88.93KN=57.8KN

Vc0-混凝土邊緣破壞抗剪設計值；143.9KN；endprint

f-混凝土強度影響系數(shù)，取0.6；

fv-邊、間距影響系數(shù)，取1.03；

fβ-剪力方向影響系數(shù)；取1；

單邊軌道板軌道板植筋數(shù)量n=F總/V=3760KN/57.8KN=68根

最終確定破損寬接縫兩邊各值7塊軌道板，植筋總數(shù)為136根。

3.4 鉆孔

3.4.1 根據(jù)計算得知，該處病害共14塊軌道板需鉆孔植筋，植筋共136根。植筋布置為以傷損寬接縫為中心往大小里程算起分別鉆孔植筋；8-16-10-10-8-8-8。

3.4.2 8根植筋的軌道板鉆孔位置在2、4、6、8承軌臺，10根植筋的軌道板鉆孔在1、3、6、8、10承軌臺，16根植筋的軌道板鉆孔位置在1、2、4、5、6、7、9、10成軌臺，鉆孔孔位中心距離軌道板橫向中心線205mm，距離擋肩166.6mm。鉆孔深度要求為480mm，鉆孔直徑35mm。

3.5 植筋錨固

3.6 軌道板解鎖

錨固區(qū)軌道板植筋完成并達到強度后，鑿除已傷損的寬、窄接縫混凝土（板縫下砂漿不鑿除），解開張拉鎖件（如張拉鎖件完好，則可利用原張拉鎖件，張拉鎖不需取出）。接縫混凝土鑿除過程中采用棉絮或膠帶對板端及側(cè)面進行封堵，混凝土雜物等不得進入軌道板下離縫中。

3.7 板縫壓膠及軌道板修復

在軌道板與砂漿離縫的位置用1cm的鉆頭鉆孔，每個軌道板根據(jù)離縫大小情況單側(cè)鉆6-10個孔；在鉆孔的同時，安排人員用植筋膠將板縫封閉；完成后在鉆好的孔內(nèi)安裝專用注漿嘴和高壓軟管，待植筋膠固化后，用TK-A型修補材料進行板縫壓膠（我們在現(xiàn)場整治時，現(xiàn)場采用熱風機，加速植筋膠的凝固）。在壓膠的同時，可安排人員對軌道板表面剝落、掉角等情況，采用TK-H型修補材料進行修復。注意：此處預留寬接縫兩端的7、8號軌道板不進行板縫壓膠。

3.8 軌道板張拉、板間接縫澆筑

軌道板解鎖后，將寬接縫里的虛渣清除干凈，用張拉扳手從中間向兩邊對稱張拉，要求扭矩450N·m，張拉力50kN/根），張拉完成后，將寬接縫處清理干凈，用水潤濕，放入已綁扎好的接縫鋼筋籠（鋼筋籠必須經(jīng)過絕緣測試方可使用）采用TK-K型修補材料澆注軌道板窄接縫、寬接縫。

3.9 寬接縫相鄰軌道板植筋與板底注膠

待寬接縫澆筑完成后，對寬接縫相鄰7號和8號軌道板植筋8根/塊。軌道板植筋后，對7、8號軌道板進行板底注漿，施工全部完成后，對鋼軌進行精調(diào)，使其滿足平順度要求。

4 結(jié)束語

（1）高速鐵路CRTSII型板式無砟軌道板脹板現(xiàn)象亦在特殊的高溫條件下發(fā)生，雖不常見，但發(fā)生后不及時進行整治將對線路運營造成安全隱患，此類病害在國內(nèi)、外尚屬首次出現(xiàn)，整治設計方案、整治材料、施工工藝均無經(jīng)驗可借鑒，本文所提及的整治措施是基于軌道板體系整體結(jié)構(gòu)受力的考慮，如何在不改變軌道板縱連受力體系的條件下，對病害處進行快速、安全的修復。

（2）文中病害整治地段自2013年7月23日完成修復后，至2014年9月，經(jīng)歷一個高低溫循環(huán)周期考驗，并經(jīng)運營單位認定，現(xiàn)場復查其軌道結(jié)構(gòu)狀態(tài)良好、修補材料無明顯變化，軌道平順穩(wěn)定。

（3）上述處置對策表明，對高溫產(chǎn)生的CRTSII型板出現(xiàn)的脹板現(xiàn)象我們所采用的修復方案可行、措施得力、安全、快速，可供今后借鑒。

參考文獻

[1]鐵道部工程管理中心.客運專線鐵路無砟軌道施工手冊[M].中國鐵道出版社，2010.

[2]趙國堂.高速鐵路無砟軌道結(jié)構(gòu)[M].中國鐵道出版社，2006.

[3]王平，楊榮山，劉學毅，等，客運專線無砟軌道設計理論與方法[M].西南交通大學出版社，2010.

[4]TB10621-2009 .高速鐵路設計規(guī)范[S].

[5]鐵運（2012）83號.高速鐵路無砟軌道線路維修規(guī)則（試行）[S].endprint

f-混凝土強度影響系數(shù)，取0.6；

fv-邊、間距影響系數(shù)，取1.03；

fβ-剪力方向影響系數(shù)；取1；

單邊軌道板軌道板植筋數(shù)量n=F總/V=3760KN/57.8KN=68根

最終確定破損寬接縫兩邊各值7塊軌道板，植筋總數(shù)為136根。

3.4 鉆孔

3.4.1 根據(jù)計算得知，該處病害共14塊軌道板需鉆孔植筋，植筋共136根。植筋布置為以傷損寬接縫為中心往大小里程算起分別鉆孔植筋；8-16-10-10-8-8-8。

3.4.2 8根植筋的軌道板鉆孔位置在2、4、6、8承軌臺，10根植筋的軌道板鉆孔在1、3、6、8、10承軌臺，16根植筋的軌道板鉆孔位置在1、2、4、5、6、7、9、10成軌臺，鉆孔孔位中心距離軌道板橫向中心線205mm，距離擋肩166.6mm。鉆孔深度要求為480mm，鉆孔直徑35mm。

3.5 植筋錨固

3.6 軌道板解鎖

錨固區(qū)軌道板植筋完成并達到強度后，鑿除已傷損的寬、窄接縫混凝土（板縫下砂漿不鑿除），解開張拉鎖件（如張拉鎖件完好，則可利用原張拉鎖件，張拉鎖不需取出）。接縫混凝土鑿除過程中采用棉絮或膠帶對板端及側(cè)面進行封堵，混凝土雜物等不得進入軌道板下離縫中。

3.7 板縫壓膠及軌道板修復

在軌道板與砂漿離縫的位置用1cm的鉆頭鉆孔，每個軌道板根據(jù)離縫大小情況單側(cè)鉆6-10個孔；在鉆孔的同時，安排人員用植筋膠將板縫封閉；完成后在鉆好的孔內(nèi)安裝專用注漿嘴和高壓軟管，待植筋膠固化后，用TK-A型修補材料進行板縫壓膠（我們在現(xiàn)場整治時，現(xiàn)場采用熱風機，加速植筋膠的凝固）。在壓膠的同時，可安排人員對軌道板表面剝落、掉角等情況，采用TK-H型修補材料進行修復。注意：此處預留寬接縫兩端的7、8號軌道板不進行板縫壓膠。

3.8 軌道板張拉、板間接縫澆筑

軌道板解鎖后，將寬接縫里的虛渣清除干凈，用張拉扳手從中間向兩邊對稱張拉，要求扭矩450N·m，張拉力50kN/根），張拉完成后，將寬接縫處清理干凈，用水潤濕，放入已綁扎好的接縫鋼筋籠（鋼筋籠必須經(jīng)過絕緣測試方可使用）采用TK-K型修補材料澆注軌道板窄接縫、寬接縫。

3.9 寬接縫相鄰軌道板植筋與板底注膠

待寬接縫澆筑完成后，對寬接縫相鄰7號和8號軌道板植筋8根/塊。軌道板植筋后，對7、8號軌道板進行板底注漿，施工全部完成后，對鋼軌進行精調(diào)，使其滿足平順度要求。

4 結(jié)束語

（1）高速鐵路CRTSII型板式無砟軌道板脹板現(xiàn)象亦在特殊的高溫條件下發(fā)生，雖不常見，但發(fā)生后不及時進行整治將對線路運營造成安全隱患，此類病害在國內(nèi)、外尚屬首次出現(xiàn)，整治設計方案、整治材料、施工工藝均無經(jīng)驗可借鑒，本文所提及的整治措施是基于軌道板體系整體結(jié)構(gòu)受力的考慮，如何在不改變軌道板縱連受力體系的條件下，對病害處進行快速、安全的修復。

（2）文中病害整治地段自2013年7月23日完成修復后，至2014年9月，經(jīng)歷一個高低溫循環(huán)周期考驗，并經(jīng)運營單位認定，現(xiàn)場復查其軌道結(jié)構(gòu)狀態(tài)良好、修補材料無明顯變化，軌道平順穩(wěn)定。

（3）上述處置對策表明，對高溫產(chǎn)生的CRTSII型板出現(xiàn)的脹板現(xiàn)象我們所采用的修復方案可行、措施得力、安全、快速，可供今后借鑒。

參考文獻

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[5]鐵運（2012）83號.高速鐵路無砟軌道線路維修規(guī)則（試行）[S].endprint

f-混凝土強度影響系數(shù)，取0.6；

fv-邊、間距影響系數(shù)，取1.03；

fβ-剪力方向影響系數(shù)；取1；

單邊軌道板軌道板植筋數(shù)量n=F總/V=3760KN/57.8KN=68根

最終確定破損寬接縫兩邊各值7塊軌道板，植筋總數(shù)為136根。

3.4 鉆孔

3.4.1 根據(jù)計算得知，該處病害共14塊軌道板需鉆孔植筋，植筋共136根。植筋布置為以傷損寬接縫為中心往大小里程算起分別鉆孔植筋；8-16-10-10-8-8-8。

3.4.2 8根植筋的軌道板鉆孔位置在2、4、6、8承軌臺，10根植筋的軌道板鉆孔在1、3、6、8、10承軌臺，16根植筋的軌道板鉆孔位置在1、2、4、5、6、7、9、10成軌臺，鉆孔孔位中心距離軌道板橫向中心線205mm，距離擋肩166.6mm。鉆孔深度要求為480mm，鉆孔直徑35mm。

3.5 植筋錨固

3.6 軌道板解鎖

錨固區(qū)軌道板植筋完成并達到強度后，鑿除已傷損的寬、窄接縫混凝土（板縫下砂漿不鑿除），解開張拉鎖件（如張拉鎖件完好，則可利用原張拉鎖件，張拉鎖不需取出）。接縫混凝土鑿除過程中采用棉絮或膠帶對板端及側(cè)面進行封堵，混凝土雜物等不得進入軌道板下離縫中。

3.7 板縫壓膠及軌道板修復

在軌道板與砂漿離縫的位置用1cm的鉆頭鉆孔，每個軌道板根據(jù)離縫大小情況單側(cè)鉆6-10個孔；在鉆孔的同時，安排人員用植筋膠將板縫封閉；完成后在鉆好的孔內(nèi)安裝專用注漿嘴和高壓軟管，待植筋膠固化后，用TK-A型修補材料進行板縫壓膠（我們在現(xiàn)場整治時，現(xiàn)場采用熱風機，加速植筋膠的凝固）。在壓膠的同時，可安排人員對軌道板表面剝落、掉角等情況，采用TK-H型修補材料進行修復。注意：此處預留寬接縫兩端的7、8號軌道板不進行板縫壓膠。

3.8 軌道板張拉、板間接縫澆筑

軌道板解鎖后，將寬接縫里的虛渣清除干凈，用張拉扳手從中間向兩邊對稱張拉，要求扭矩450N·m，張拉力50kN/根），張拉完成后，將寬接縫處清理干凈，用水潤濕，放入已綁扎好的接縫鋼筋籠（鋼筋籠必須經(jīng)過絕緣測試方可使用）采用TK-K型修補材料澆注軌道板窄接縫、寬接縫。

3.9 寬接縫相鄰軌道板植筋與板底注膠

待寬接縫澆筑完成后，對寬接縫相鄰7號和8號軌道板植筋8根/塊。軌道板植筋后，對7、8號軌道板進行板底注漿，施工全部完成后，對鋼軌進行精調(diào)，使其滿足平順度要求。

4 結(jié)束語

（1）高速鐵路CRTSII型板式無砟軌道板脹板現(xiàn)象亦在特殊的高溫條件下發(fā)生，雖不常見，但發(fā)生后不及時進行整治將對線路運營造成安全隱患，此類病害在國內(nèi)、外尚屬首次出現(xiàn)，整治設計方案、整治材料、施工工藝均無經(jīng)驗可借鑒，本文所提及的整治措施是基于軌道板體系整體結(jié)構(gòu)受力的考慮，如何在不改變軌道板縱連受力體系的條件下，對病害處進行快速、安全的修復。

（2）文中病害整治地段自2013年7月23日完成修復后，至2014年9月，經(jīng)歷一個高低溫循環(huán)周期考驗，并經(jīng)運營單位認定，現(xiàn)場復查其軌道結(jié)構(gòu)狀態(tài)良好、修補材料無明顯變化，軌道平順穩(wěn)定。

（3）上述處置對策表明，對高溫產(chǎn)生的CRTSII型板出現(xiàn)的脹板現(xiàn)象我們所采用的修復方案可行、措施得力、安全、快速，可供今后借鑒。

參考文獻

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[4]TB10621-2009 .高速鐵路設計規(guī)范[S].

[5]鐵運（2012）83號.高速鐵路無砟軌道線路維修規(guī)則（試行）[S].endprint