高鐵無砟軌道結構病害與維修技術探討

孫 濤

中交第一公路工程局有限公司

高鐵無砟軌道結構病害與維修技術探討

孫 濤

中交第一公路工程局有限公司

道岔是高速鐵路軌道的薄弱環節和限制列車通過速度的關鍵設備。道岔由于其結構復雜、輪軌相互作用強烈，導致其病害較多，歷來是鐵路養修的重點和難點。滬昆客專聯調聯試逐級提速時，動檢車檢測某站8#道岔輪軸橫向力54.36，通過速度318km/h，超過輪重橫向力上限48KN，影響下行線逐級提速。當晚天窗，由主管副經理帶隊對8#岔進行檢查、整治，取得了較好的效果。下面是我單位整治影響高速道岔動力學試驗參數病害的具體做法。

高速鐵路；無砟軌道；病害與維修

1 國內外同類技術研究的發展現狀

國內外技術現狀、專利等知識產權情況分析，目前國外對于此項技術的發展正處于研究試用階段；國內對于此項技術正處于可行性研究階段，無專利和知識產權。80年代初曾試鋪過瀝青整體道床，由瀝青混凝土鋪裝層與寬軌枕組成的整體道床，以及由瀝青灌注的固化道床等，但未正式推廣。進入90年代以來，開始針對高速鐵路無砟軌道技術進行試驗研究。為適應我國發展高速鐵路的需求，初步提出了幾種高速鐵路無砟軌道結構型式，雖然我國在高速鐵路的建設中和建成的總里程長度上都處于世界領先水平，但是無砟軌道的的研制工作又進入了一個新階段。

國內外技術發展趨勢，無砟軌道結構的出現，解決了有砟軌道存在的穩定性差、維修工作量大的問題，為高速度、高密度的鐵路運輸提供了有利的條件。經過40多年的國內外鐵路發展和100多種結構形式的試驗，最后遴選出30多種軌道類型進行現場試鋪，形成了適合不同運輸條件下的無砟軌道體系，為無砟軌道的發展墊定了堅實的基礎，但是我們必須看到，無砟軌道的還應用存在局限性和缺陷性，在國內外許多鐵路上還處于試驗階段，在高速鐵路大面積的推廣也只有30年時間，無砟軌道結構的發展，還存在很大的空間和優化提高。

國內外的施工研究項目。2006年第一個高速鐵路無縱向鋼筋雙塊式軌枕道床試驗項目在西班牙被執行；同時，在德國的試驗項目和商業項目特別是在城市交通領域(輕軌交通/捷運)已經成功地實現了；在希臘和臺灣等地已經意識到此項研究的價值，并有各自跟蹤的項目。

2 存在的結構病害問題

2.1 砂漿墊層與軌道板結構離縫

砂漿層與軌道板結構離縫是高鐵板式無砟軌道的常見傷損之一，這類離縫深度不等，一般在1mm以下，最長可達十幾米。此離縫缺陷的原因比較復雜，軌道板溫度梯度引起的板端翹曲、軸向溫度荷載導致軌道板伸縮、砂漿層灌注不飽滿、列車動力荷載及基礎不均勻沉降等都會造成這類離縫傷損。產生離縫之后，砂漿墊層與軌道板之間的粘結會逐漸失效，無砟道床的整體性被嚴重削弱，嚴重影響軌道的靜態幾何形位和動態穩定性。

2.2 砂漿層結構缺損

滬昆線無砟軌道試驗段的調研中發現水泥砂漿層的破損。砂漿層病害主要包括砂漿層的斷裂和剝落，一般在軌道板板間接縫部位和軌道板精調爪附近較為突出，并且會日趨嚴重。砂漿層缺損病害是由砂漿的穩定性和強度直接決定的，與砂漿的配合比、生產工藝、施工工藝、運營條件和溫度變化等因素密切相關，同時是在列車荷載作用下產生的離縫和豎向裂縫等傷損下誘發產生的。施工中補灌砂漿與原砂漿層無法有效粘結的情況下，極易出現砂漿層缺損掉塊，嚴重影響到砂漿層的性能和軌道結構的耐久性。

2.3 道床板混凝土傷損

主要包括底座及路基混凝土裂縫和軌道板混凝土掉塊等。在高鐵客運專線中出現的混凝土裂縫，主要是由于變形作用導致形成。變形受到約束后引起的壓力超過混凝土的抗壓強度從而導致裂縫出現。材料不均勻、施工溫度、收縮變形、鋼筋異常、地基不均勻沉降、混凝土骨料沉落等，都會引起混凝土裂縫。混凝土道床板出現裂縫以后，板中鋼筋容易銹蝕，并對混凝土不斷擠脹，使裂縫不斷擴張，導致混凝土的掉塊傷損。在長期服役的環境下，混凝土會與大氣中的二氧化碳作用發生反應，碳化后混凝土的脆性增大，加速了混凝土的掉塊剝離，大大降低了無砟軌道混凝土道床的耐久性以及承載能力。

3 結構病害的維修技術與策略

3.1 無砟軌道損傷的修復方法

針對不同病害損傷，應根據不同誘發原因采取不同的針對性措施，從根本上避免修復后再次出現損傷的可能。具體維修修補工藝應按相關技術規程要求實施。對于砂漿層與軌道板結構離縫，最普遍有效的方法是注漿修補法。由溫度荷載引起的砂漿層與軌道板離縫，應對軌道板進行應力放散和重新鎖定，然后采用低黏度的樹脂材料對離縫進行注漿修補。對于基礎不均勻沉降引起的離縫傷損，首先要解決基礎的沉降問題然后再進行離縫修補。對于砂漿層缺損掉塊傷損，應根據砂漿層缺損面積的大小，采用直接修補或者立模修補的方法來進行處理。目前比較成熟的方案是首先清除破損的砂漿層，然后加塞混凝土塊或者樹脂支承塊，再灌注環氧樹脂砂漿修補材料。對于混凝土的傷損，應及時對其傷損面進行植筋，涂刷底漆之后根據原混凝土的形狀制模并填入樹脂。維修部位在強度上應達到原混凝土要求，新植入的材料應具備良好的耐腐蝕性能，且與原混凝土粘結良好。

3.2 高速道岔結構病害的防治

高速道岔結構復雜、技術標準高，簡單的幾何尺寸病害很容易被發現，但造成動力學病害的原因是很多種小病害共同導致的，往往很隱蔽，有時甚至是幾何參數良好的地段偏偏出現了動力學病害，所以找到產生病害的根本原因才是徹底整治動力學病害的關鍵。

3.3 無鋼筋混凝土道床裂紋的控制

在這種情況下，通過添加纖維改善混凝土性能防止裂紋的出現，但是連續的無砟軌道混凝土道床受施工和復雜的外界環境影響，在道床的薄弱環節還是會出現一些自由的裂紋，且出現裂紋的位置不受控制，自由發展。當沒有配筋而脆弱的混凝土受到張力的時候，道床開始變形，繼續有微裂縫，局部大裂縫。加入纖維后，混凝土會改良破裂后的狀態。改良程度要依據很多因素，例如基礎的強度，纖維類形，纖維模量，纖維長寬比率，纖維強度，黏結特性，纖維劑量，纖維黏聚性及骨料的級配和外界環境。也根據裂紋自由發展不受控制的狀態，提出了道床單元的設計，單元式結構使無砟軌道形成相對獨立的單元，基本消除了長大混凝土收縮及溫度的影響，局部的損壞對整體影響小，可方便實現軌道單元的維修和重建。由此裂紋被限制在某些特定的位置出現，例如在軌道板每3-4米間隔設置接縫，引導道床開裂，裂化只發生在這些接縫位置，在獨立的軌道單元內裂紋幾乎不存在。如此措施就很好的解決了裂紋的發展，也滿足軌道道床結構的承載力要求。

3.4 纖維混凝土的選用

纖維混凝土是由水泥，骨料及松散纖維料組成，適合用于加強混凝土的纖維物料有鋼、玻璃或有機聚合物制成。對于摻加纖維素纖維的混凝土質量檢驗與控制尚無國家標準，纖維素纖維在混凝土中的應用存在使用不規范的情況。通過由5個實驗室分別在5個施工點對C30，C35，C40強度等級的混凝土進行摻加纖維素試驗，檢測摻加纖維素纖維前后混凝土試件的力學和耐久性指標并進行對比分析。研究結果表明，C30，C35混凝土摻加纖維后強度變化不明顯，電通量略有下降，C40混凝土摻加纖維后強度有下降趨勢，電通量則有上升趨勢，這種現象應引起高度重視。因此選擇正確類型的纖維是纖維混凝土的關鍵問題，從幾種類型的纖維其特點進一步研究，根據無砟軌道道床的結構性能從而選出最合適的聚丙烯纖維滿足雷達軌道使用。在2012年10月第一次通過批準后，評審程序在一座30米長的橋上系統測試，2013年2月，經過幾周的操作，得到一個詳細的檢查結果，沒有發現橋上合成纖維混凝土道床上有裂紋。總之，(1)高鐵無砟軌道病害主要涉及砂漿墊層與軌道板結構離縫、砂漿層缺損和混凝土傷損等，必須經過全面整治后才能恢復正常使用。(2)高鐵無砟軌道病害的修復要堅持快速維修和可二次維修的原則，在修復過程中應根據不同原因采取不同的針對性措施，具體修補工藝應按照相關的技術規范要求實施。(3)高鐵無砟軌道目前的維修材料主要包括快干水泥砂漿、水泥乳化瀝青材料等無機材料和環氧樹脂和有機硅材料等有機材料。這些材料存在著一些固有的缺陷，開發一種新型無機快速修復材料迫在眉睫。

[1]高睿.CRTS Ⅱ型板式無砟軌道軌道板離縫上拱整治及效果研究[D].西南交通大學,2014.

[2]趙磊.高速鐵路無砟軌道空間精細化分析方法及其應用研究[D].北京交通大學,2015.

[3]楊薪.高架橋基礎上高速鐵路無砟軌道結構受力分析[D].東南大學,2015.