高速鐵路無砟軌道裂紋分析及處理方法研究

高健勛

摘 要：無砟軌道裂紋通常發生在路基、橋梁、隧道地段，滬昆客專云南段施工過程中路基段落裂紋較為突出。下面將對路基段、橋梁段、隧道段有代表性的無砟軌道裂紋表現形式、主要原因分析和采取的預防措施進行分析研究。

關鍵詞：高速鐵路；無砟軌道；裂紋；研究

前言

無砟軌道是客運專線鐵路重要工程結構，是核心建造技術之一，工程質量直接決定客運專線鐵路的安全性、舒適性和耐久性。無砟軌道的制造與施工鋪設技術復雜，精度要求高，無砟軌道的建設必須推行標準化管理，按照工廠化、機械化、專業化、信息化的要求組織實施，但還是有部分路基段落產生裂紋。本文將介紹作業過程中如何有效控制裂紋產生及處理方法，提高無砟軌道施工作業質量，減少運營過程中的病害。

1 工程概況

新建長沙至昆明鐵路客運專線云南段線路由貴州盤縣進入云南省境內后，經富源北、曲靖北、嵩明站最終到達昆明南，沿線設富源北、曲靖北、嵩明中間站。該段線路正線建筑長度177.307km，其中區間路基48.916km，站場路基長度5.306km，共54.222km，占線路長度30.581%；正線橋梁129座-60.688km，占線路長度34.228%；涵洞130座，地道1座；正線隧道40座-62.536km，占正線建筑長度35.270%；正線橋隧比69.497%。正線為客運專線鐵路，按一次鋪設跨區間無縫線路設計。正線及與正線相鄰的到發線均鋪設CRTS I型雙塊式無砟軌道，岔區鋪設軌枕埋入式無砟軌道。

CRTS Ⅰ型雙塊式無砟軌道自上而下由鋼軌、扣件、軌枕、道床板、底座（支承層）組成。其中路基和隧道地段道床板采用連續結構，橋梁地段采用單元式結構。軌道結構高度見表1。

路基、橋梁、隧道均為CRTSⅠ型雙塊式無砟軌道結構，由60kg/m鋼軌、WJ-8B扣件、SK-2型雙塊式軌枕、道床板、支承層（或底座）等組成。道床板采用C40鋼筋混凝土，現場澆筑。路基地段道床板連續澆筑，道床板的寬度均為2800mm，高度為260mm。支承層優先采用水硬性混合料進行機械化作業，困難條件下亦可采用低塑性水泥混凝土，支承層寬度為3400mm，厚度為300mm，支承層兩側設置3：1的斜坡。

2 裂紋產生原因分析

（1）支承層在3.9m假縫處往下面開裂。

設計圖紙要求在路基支承層每隔3.9m鋸一道10.5mm深的伸縮縫（假縫），在支承層混凝土澆筑完成其上部的道床板混凝土也澆筑完成的14天后，在支承層伸縮縫的下部會出現0.5mm-1.0mm寬的裂紋，深度不一，如圖1所示。

其主要原因：一是設計圖紙要求，支承層結構應當使用水硬性材料采用攤鋪機攤鋪，或者采用低塑性混凝土模筑，但是有些施工單位在某些路基地段，使用普通C20混凝土簡單地代替低塑性混凝土模筑。低塑性混凝土理論配合比設計膠材總量185kg/m3，用水量126kg/m3，坍落度50mm；普通C20混凝土理論配合比設計膠材總量310kg/m3，用水量156kg/m3，坍落度160mm。兩者相比膠材總量幾乎翻番，坍落度大大增加，無疑增加了混凝土內部收縮量和收縮時間。二是伸縮縫鋸縫后沒有進行很好的沖洗、清理和保護，道床板混凝土澆筑時水泥漿可能透過無紡布下滲堵塞伸縮縫，造成伸縮縫失效或者不能有效發揮伸縮縫的功能。

（2）道床板表面出現豎向和橫向貫通裂紋。

道床板表面出現豎向和橫向裂紋，橫向貫通裂紋在路基段道床板表面數量最多，相比較路基段落來說，橋梁段和隧道段無砟軌道裂紋偏少。因此路基段道床板表面豎向、橫向裂紋和橫向貫通裂紋是整治重點。道床板表面的豎向裂紋寬度一般在0.2-0.4mm，深度在50mm-150mm居多。道床板表面橫向裂紋較多，分布范圍較廣，有貫通的也有不貫通的，寬度一般在0.5mm左右。

道床板表面在豎向和橫向出現裂紋，從理論上分析是軌枕中間的混凝土在釋放應力過程中，受到軌枕間鋼筋骨架橫梁的約束，首先在軌枕兩側產生橫向裂紋，沿著軌枕邊緣向外擴展，較嚴重地會在橫向兩軌枕之間貫通，形成橫向和豎向貫通裂紋。裂紋深度有深有淺，因為道床板側面約束最小，因此在道床板側面裂紋表現得最寬、最嚴重。

除了軌枕間鋼筋骨架的約束和不可避免的混凝土內部溫度應力、收縮應力，影響道床板表面裂紋產生外，施工過程中混凝土制拌過程中，膠材總量大于400kg，為了滿足抹面和泵送要求，將水灰比和坍落度人為加大，造成混凝土收縮量增加，加大了裂紋出現的概率。抹面工人熟練程度不高、人數不夠，不按照技術交底要求，使用木抹、鋼抹交互抹面，不及時松開扣件，不認真進行覆蓋灑水養護，都有可能誘發裂紋的產生和加劇。

（3）軌枕四周45度角裂紋、八字裂紋和道床板表面龜裂，道床板表面出現不規則的龜裂，主要表現在曲線地段，在路基、隧道曲線段都會不同程度出現，裂紋呈不規則閉合狀，縫寬在0.2mm左右。軌枕四周出現45度角裂紋，或者兩根軌枕都出現45度角裂紋，形成俗稱的“八字”裂紋。“八字”裂紋或45度角裂紋一般寬度都在0.2mm左右，長度在20cm左右，對道床板結構和運營安全影響不大。“八字”裂紋或45度角裂紋產生原因，主要是在道床板混凝土澆筑前，沒有很好地用噴霧器灑水將軌枕塊濕潤，道床板混凝土抹面和扣件放松、養護不到位所造成。

道床板表面龜裂的出現，主要原因在于曲線超高段低處未進行“之”字形布料，低處的混凝土靠流動而成，加上混凝土坍落度過大，水泥漿聚集在此，表層浮漿大于10mm，加上不能及時養護于是表面在終凝后很快形成了龜裂。

（4）隧道內無砟軌道床表面的裂紋本身就不多，只要施工單位加強現場施工組織，按照無砟軌道首件評估總結的工藝工法標準化施做，基本上可以杜絕無砟道床表面裂紋的產生。產生的主要原因在于施工單位在道床板混凝土澆筑前2小時未對軌枕進行充分的灑水濕潤，不重視對軌枕塊四周的抹光處理，認為隧道內部溫度不高、處于較恒溫狀態，忽視了隧道貫通后風速較大的影響，不注意或者沒有進行足夠的覆蓋灑水養護。

3 裂紋傷損判定

根據TG/GW115-2012《高速鐵路無砟軌道線路維修規則（試行）》，雙塊式無砟軌道傷損等級分為Ⅰ級、Ⅱ級、Ⅲ級，第3.3.7條規定；對Ⅰ級傷損應做好記錄，對Ⅱ級傷損應列入維修計劃并適時進行修補，對Ⅲ級傷損應及時修補。

4 裂紋預防措施

（1）支承層裂紋的預防措施：一是建設單位、監理單位、介入單位和施工單位，必須按照設計圖紙要求，使用低塑性的混凝土模筑或攤鋪機攤鋪。二是伸縮縫鋸開之后一定要將雜物清理干凈，采取合適的材料對伸縮縫保護，一定要對保護材料進行固定（施工過程沒有很好的固定）。

（2）橋梁段無砟軌道采取的重要預防措施。預防“八字”裂紋或45度角裂紋發生的主要措施在于加強現場施工組織和現場管理，嚴格按工藝工法施作。

（3）道床板表面出現橫向和豎向貫通裂紋已被認為是一種具有特征性的不可避免現象，但是通過對道床板混凝土拌制質量的控制，貫徹“三低一高”（低膠材數量、低水灰比、低坍落度、高含氣量）原則，加強現場施工組織和技術交底、技術培訓，保證支承層與道床板混凝土澆筑時間大于30天，提高道床板混凝土養護質量，可以有效地減少裂紋產生數量，減緩道床板表面混凝土裂紋發展。

（4）離縫的預防措施。無砟軌道采用的CRTSⅠ型雙塊式軌枕都是提前預制，后澆筑道床板混凝土和軌枕形成無砟軌道道床板結構。由于軌枕混凝土收縮已經完成，其外型尺寸和體積基本上是不變的，而道床板混凝土由于水化作用產生溫度應力，凝固過程中產生收縮，加上軌枕與道床板接觸面都是光面，無法有效連接，因而從理論上講收縮不一樣就不可避免地在界面上產生了裂紋，表現在軌枕四周與道床板之間形成了“離縫”。加強道床板混凝土質量控制，要求抹面壓光時對軌枕塊四周的加強抹面，還是能夠有效減少“離縫”產生的。

5 整治方法

根據無砟軌道結構特點、無砟道床混凝土裂縫性質和裂縫傷損等級，混凝土裂縫修補方法可分為表面封閉法、無壓注漿法和低壓注漿法。

5.1 表面封閉法

（1）用于表面封閉的涂層材料宜采用聚合物水泥基材。

（2）底層材料可采用高聚合物乳液含量的聚合物水泥基材料。

5.2 無壓注漿法

無壓注漿法修補混凝土裂縫應采用低黏度樹脂材料，低黏度樹脂材料性能應滿足相關技術要求。

5.3 低壓注漿法

（1）低壓注漿法修補混凝土裂縫宜采用滿足技術要求的樹脂材料。

（2）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。

6 實施效果

滬昆客專云南段無砟軌道首件實施單位為中鐵三局四標段，通過養護措施、混凝土坍落度控制、溫度變化控制、凹槽四角安裝防裂鋼筋、控制保護層厚度、假縫處切縫時間合理控制等措施，使滬昆客專云南段其他標段無砟軌道作業質量得到顯著提高，均未出現返工及質量不合格現象，三標段中鐵十二局的無砟軌道施工質量得到鐵路總公司的高度評價并在全路推廣借鑒，特別是裂紋修補技術更是得到充分認可，全部段落在靜動態驗收過程中全部評定為優。

7 結束語

根據裂紋產生的各種原因及機理，結合滬昆線的環境特征，采取加強施工過程、原材料、工藝工法的控制，嚴格執行技術標準，有效減少了無砟軌道裂紋產生的數量及概率。

參考文獻

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