客貨共線鐵路雙塊式無砟軌道道床病害的整治

易佳俊

(中鐵二院工程集團有限責任公司，四川成都 610031)

客貨共線鐵路雙塊式無砟軌道道床病害的整治

易佳俊

(中鐵二院工程集團有限責任公司，四川成都 610031)

道床開裂、滲水是無砟軌道常見的病害之一。由于客貨共線鐵路同時承擔運行速度較高的客車和軸重較大的貨車通行，對軌道病害的發展有推動作用，因此必須及時采取有效的整治措施，以減緩和阻止道床病害的發展。文章通過對雙塊式無砟軌道道床出現的病害進行研究分析，提出整治措施，并對隧道和軌道設計、施工提出建議。

客貨共線鐵路； 無砟軌道； 病害； 整治措施

1 線路概況

本文涉及鐵路為我國鐵路“八縱八橫”主骨架的重要組成部分，是西南地區與我國東、中部發達地區社會和經濟聯系的重要區際運輸通道。線路為新建雙線，速度目標值160 km/h。氣候屬亞熱帶高原型季風氣候，氣候垂直變化顯著。夏無酷暑，氣候溫暖濕潤，雨量充沛，冬季寒冷而干燥，常有勁風的特點。地震震動峰值加速度為0.05g(Ⅵ度)。

本段線路為山區越嶺地段，考慮線路連續以6.5 km(1號隧道)、12.3 km(2號隧道)、12.1 km(3號隧道)等隧道穿越山區，為提高線路質量水平、降低養護工作量，在上述三座隧道中采取了雙塊式無砟軌道設計方案。

雙塊式無砟軌道設計方案如圖1。鋼軌采用60 kg/m U75V鋼軌，軌枕采用SK-1型雙塊式軌枕，扣件采用WJ-7A型扣件，軌枕間距625 mm。道床板采用C40鋼筋混凝土，分段澆筑。無砟軌道結構高度為570 mm。

圖1 雙塊式無砟軌道設計方案

2 病害類型

根據工務部門報告，線路自開通運營以來，整體道床出現道床板與線下基礎結合部滲水并冒漿、道床結構縫處滲水并冒漿，造成道床板晃動，影響線路動態平順參數，通過(簡單)維修無法進行整治。主要病害類型是道床板線下基礎出現裂縫，隧道滲水進入道床板底部，致使道床與線下基礎結合位置(或道床結構縫處)出現滲水。截至2014年6月，1號隧道報告病害63處，2號隧道報告病害28處，3號隧道報告病害20處，詳見表1。

各類病害情形報告如圖2～圖5。

表1 無砟軌道整體道床病害統計

圖2 道床與線下基礎結合面滲水

圖3 道床與線下基礎結合面滲水并冒泥漿

圖4 道床結構縫滲水

圖5 道床結構縫滲水并冒泥漿

根據設計部門現場進行的補充調查，現場還存在兩類道床病害，一是整體道床軌枕與道床結合部位出現滲水，二是道床板本身開裂，但無滲水(圖6、圖7)。

圖6 整體道床軌枕與道床結合部位出現滲水

圖7 道床板本身開裂無滲水

3 病害成因分析

根據統計資料，現場道床出現的病害分可為兩類，第一類是道床本身因混凝土質量瑕疵或收縮徐變導致道床板開裂，其特征為裂縫處表觀無滲水或滲水痕跡；第二類是道床板線下基礎出現裂縫，隧道滲水進入道床板底部，致使道床與線下基礎結合位置(或道床結構縫處)出現滲水。

3.1 道床開裂

道床混凝土由于搗鼓不密實、未按規定進行混凝土養護等原因，加之前期混凝土組料、拌合和運輸等都可能存在瑕疵。道床直接承受列車動荷載，因此道床裂紋比較容易集中暴露。

3.2 道床結構滲水

無砟軌道整體道床本身不會產生水，因此病害水源必然為隧道襯砌滲漏水。通常位于中部及上部的襯砌開裂及滲漏容易觀察，也相對容易采取整治措施。但對于隧道下部的襯砌滲漏水而言，由于軌道道床結構、隧道仰拱回填區域的存在，襯砌病害難以檢測；加之病害位置位于軌行區，很難有條件在不影響既有線運營的情況下做出相應處理。

軌道專業與隧道專業設計人員對工務部門報告進行了研究，分析出了可能的滲水病害發生路徑(圖8)。

圖8 滲水病害發生路徑研判

道床結構滲水是工務部門報告較為集中的病害。滲水病害比較容易觀察，即便是非雨季節隧道滲水較少時，以往病害遺留下的滲水痕跡也非常明顯；由于滲水在外部水壓以及列車荷載的共同作用下，會對道床結構不斷進行侵蝕和削弱，原有的道床初始裂紋將會隨之發展，不但軌道道床耐久性無法保證，部分地段道床已經和線下基礎產生剝離的趨勢，連整個軌道結構的安全性都將受到影響。

4 道床病害整治方案

4.1 道床板傷損分級

首先應對無砟軌道地段重新普查，并對道床板開裂位置逐一登記，參考《高速鐵路無砟軌道線路維修規則》(鐵運〔2012〕83號，以下簡稱《維規》)關于雙塊式無砟道床的線路標準，將傷損等級進行分類。

根據《維規》，道床板裂縫寬度達0.2 mm時為Ⅰ級傷損，達0.3 mm時為Ⅱ級傷損，達0.5 mm時為Ⅲ級傷損；對于道床板混凝土與雙塊式軌枕界面的裂縫，裂縫寬度達0.1 mm時為Ⅰ級傷損，達0.2 mm時為Ⅱ級傷損，達0.3 mm時為Ⅲ級傷損。

4.2 道床板裂縫修補措施

4.2.1 道床板裂縫，Ⅱ級傷損

對于道床板裂縫形成的Ⅱ級傷損，應采用《維規》附錄十規定的“表面封閉法”。

(1)修補材料。用于表面封閉的涂層材料采用聚合物水泥基材料，其性能應滿足表2要求。底涂材料采用高聚合物乳液含量的聚合物水泥基材料。

表2 表面封閉法涂層材料性能要求

注：1.涂層材料顏色應盡量與混凝土顏色相近。 2.GB/T 16777《建筑防水涂料試驗方法》。 3.GB/T 19250《聚氨酯防水涂料》。

(2)主要修補工機具。鋼絲刷、真空吸塵器、計量工具、攪拌工具、盛料容器、涂刷工具等。

(3)修補工藝。

①使用鋼絲刷將裂縫表面兩側刷毛，用真空吸塵器清除灰塵等雜物。當裂縫內有道床表面流入的明水時，采用熱風機等將裂縫處吹干。

②稱量并配置表面封閉用修補材料，采用手持式攪拌機或專用攪拌器將修補材料攪拌均勻。

③沿裂縫表面涂刷一層底涂材料。

④待底涂材料表干后，涂刷表面封閉用涂層材料，涂刷3遍以上，以涂層厚度達到300 μm以上為宜，每遍涂刷都要等到上遍涂層材料表干后再涂，且兩次涂刷方向互相垂直。

⑤若天窗時間較短，應適當采取薄膜覆蓋等方法養護，防止涂層材料失水過快導致涂層開裂。

(4)環境要求。隧道內溫度5℃～30℃。

4.2.2 道床板裂縫，Ⅲ級傷損

對于道床板裂縫形成的Ⅲ級傷損，應采用《維規》附錄十五規定的“傷損修補法”。

(1)修補材料。傷損修補法采用彈性聚氨酯樹脂材料，其性能應滿足表3要求。

表3 傷損修補法修補材料性能要求

注：1.GB/T 1033.1《塑料 非泡沫塑料密度的測定 第1部分：浸漬法、液體比重和滴定法》。 2.GB/T 2794《膠粘劑粘度的測定》。 3.GB/T 7193《不飽和聚氨酯樹脂試驗方法》。 4.GB/T 13354《液態膠粘劑密度的測定方法重量杯法》。 5.JC/T 1041《混凝土裂縫用環氧樹脂灌漿材料》。

(2)主要修補機具。手動注漿器、鋼絲刷、真空吸塵器等。

(3)修補工藝。

①使用鋼絲刷、真空吸塵器清除裂縫內雜物。

②采用膠帶封閉兩側縫隙。

③采用手動注漿器向裂縫內注入修補材料，直至注滿。

④待修補材料固化后，去除兩側封閉膠帶；修正磨平凸出部位。

(4)環境要求。隧道內溫度5℃～30℃。

4.2.3 道床板混凝土與雙塊式軌枕界面的裂縫，Ⅱ、Ⅲ級傷損

對于道床板與雙塊式軌枕界面的Ⅱ、Ⅲ級傷損，應采用《維規》附錄十規定的“低壓注漿法”。

(1)修補材料。低壓注漿法修補混凝土裂縫采用樹脂材料，其性能應滿足表4要求。封縫材料可采用聚合物快硬水泥漿、專用封縫材料或專用封縫帶等。

表4 低壓注漿法修補材料性能要求

注：1.GB/T 2567《樹脂澆鑄體性能試驗方法》。

(2)主要修補機具。注漿器、注漿嘴、鋼絲刷、真空吸塵器、打磨器等。

(3)修補工藝。

①使用鋼絲刷清潔裂縫區域表面，用真空吸塵器清除周圍雜物。

②用封閉材料封閉裂縫，封閉過程中留出注漿孔和排氣孔。

③通過注漿器向裂縫內注入修補材料，直至注滿為止。

④當修補材料固化后，去除封閉材料，并將裂縫表面打磨平整。

⑤在裂縫表面涂刷裂縫封閉材料，其修補材料及工藝與上述“表面封閉法”相同。

(4)環境要求。隧道內溫度5℃～30℃。

4.2.4 Ⅰ級傷損

對于普查發現的Ⅰ級傷損，應作好臺賬，平時巡道時加強監測。若裂縫發展至Ⅱ、Ⅲ級傷損時，及時采取相應措施進行整治。

4.3 滲水病害地段道床加固措施

道床板與線下基礎結合部位滲水病害地段，或道床結構縫處出現滲水病害地段，應采取措施加強道床板與線下基礎的連接，采用植筋加固法。

4.3.1 修補材料

(1)植筋膠技術要求。

①植筋膠應滿足《混凝土結構加固設計規范》(GB 50367-2006)中錨固用A級膠標準，并符合《建筑結構加固施工質量驗收規范》(GB 50550-2010)和《工程結構加固材料安全性鑒定技術規范》(GB 50728-2011)中關于植筋膠的相關規定。必須具有符合上述GB 50728要求的安全性鑒定報告。

②植筋膠必須采用專門配制的改性環氧樹脂膠粘劑。其包裝須采用硬塑包裝，不得采用軟包裝。其安全性檢驗合格指標應滿足表5要求。

表5 錨固用粘膠劑安全性檢驗合格指標

注：1.表中各項性能指標，除標有強度標準值以外，均為平均值。 2.當按現行國家標準《樹脂澆注體彎曲性能試驗方法》(GB/T 2570)進行膠體抗彎強度試驗時，其試件厚度h應改為8 mm。

③植筋膠的觸變指數≥4.0 ，垂流度<2.0 mm。

④植筋膠應提供不少于5 000 h的濕熱老化報告，鋼-鋼拉伸抗剪強度降低不得大于5%。

⑤植筋膠應具有80次凍融循環的國家級檢測報告，強度降低不得大于5%。

⑥植筋膠應具有滿足重負荷及各種振動負載的性能。隨產品應提供檢測部門的抗振動疲勞試驗報告，試驗次數不少于400萬次。還應隨產品提供抗沖擊剝離強度試驗、防火試驗和抗地震試驗報告和適用于開裂混凝土的的檢測報告。

⑦植筋膠的固化時間應有明確的標示。

⑧植筋膠應符合環保及無毒害要求，能夠提供國際安全認證報告。

(2)錨固鋼筋。選用直徑25 mm的HRB400鋼筋作為錨固鋼筋，其技術條件應符合《鋼筋混凝土用鋼 第2部分：熱軋帶肋鋼筋》(GB 1499.2)的規定。

(3)表面密封膠性能要求見表6。

(3)主要修補機具。鋼筋探測儀、空心鉆、鋼絲刷、真空吸塵器、打磨器等。

表6 表面密封膠性能要求

注：1.涂層材料顏色應盡量與混凝土顏色相近。 2、產品耐煙火的性能應通過相關認證。

(4)加固工藝。

①整治前病害地段應作徹底清掃。清除污物和雜質，為排水疏通徑路，避免積水。

②滲水病害應對方案為對道床板進行植筋加固處理。加固范圍為病害地段及兩端延出各3 m。在每排軌枕之間植入1排錨固鋼筋，每排4根。遇道床結構縫位置，該排不植筋。

③植筋前須在道床板上鉆孔。鉆孔中心距離應稍避開前后兩根軌枕正中位置，鉆孔中心距離一側軌枕邊沿宜為100 mm。鉆孔前應使用鋼筋探測儀確認道床鋼筋位置，并作好標記，然后使用32 mm空心鉆頭鉆孔，鉆孔深度不小于600 mm。

④鉆孔完畢后，利用小型空壓機或吹風機及毛刷等清孔設備清孔，用毛刷刷三遍，吹三遍，確保孔壁無塵。水鉆鉆孔后，應使用棉絲或棉布將孔壁上的泥漿清除干凈，保持孔壁干燥。

⑤將植筋膠放入專用注射槍內，采用專用混合器將植筋膠注入孔內大約2/3體積，然后將鋼筋手動旋轉插入孔內，鋼筋頂部距離道床面留出5 cm左右的空間，用于密封。按產品說明書中對應的時間待膠固化后再進行其他各項工作。

⑤處理完畢后應及時清理現場。

⑥植筋施工應符合《混凝土結構加固設計規范》的其他規定。

(5)環境要求。隧道內溫度5℃～30℃。

(6)工藝圖。加固工藝可詳見圖9、圖10。

圖9 雙塊式無砟軌道道床滲水病害整治方案(平面示意)

圖10 雙塊式無砟軌道道床滲水病害整治方案(橫斷面示意)

4.4 其他注意事項

(1)營業線施工必須把確保行車安全放在首位，堅持“安全第一，預防為主”的方針，參與病害整治的單位必須嚴格執行既有線上施工安全的有關規定。影響營業線設備穩定、使用和行車安全的施工，必須納入天窗，對影響行車和施工安全的每個環節，都必須強化管理，確保行車和施工安全。

(2)在病害整治期間及病害整治完成后，工務部門應加強對隧道變形、道床裂縫發展、道床滲水等工程指標的監測。

5 結束語

(1)無砟道床出現的滲水病害一般是由作為線下基礎的隧道仰拱回填層(襯砌)開裂引起的繼發病害。原則上無砟道床的病害整治應在隧道病害整治完成后進行，以確保無砟道床修補的可靠性、徹底性。工程實踐中，已建議路局有關部門盡快組織力量完成隧道病害整治，以便對道床作進一步修復。

(2)隧道設計和施工時，應加強仰拱的防水措施，切實保證仰拱回填層質量。因為一旦出現隧道病害，將比隧道側墻和頂面更難以處理。

(3)軌道設計時應加強與線下基礎的連接。遇隧道病害隱患較大地段，隧道專業及現場施工單位應及時與軌道專業溝通，軌道專業可采取較高的加固連接措施，以盡量保證道床的穩定性。

[1] 鐵道部鐵運〔2012〕83號 高速鐵路無砟軌道線路維修規則[S]

[2] GB 50367-2006混凝土結構加固設計規范[S]

[3] JGJ/T 259-2012混凝土結構耐久性修復與防護技術規程[S]

易佳俊，工程師。

U216.42+2

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[定稿日期]2014-09-26