高速鐵路無砟道床上拱病害整治技術研究

李傳勇　羅木華　中國鐵路上海局集團有限公司蕪湖工務段

1 概述

無砟軌道是我國高速鐵路的主要結構形式和發展趨勢，因將傳統有砟軌道散體道砟的軌下基礎改為混凝土結構的整體道床軌下基礎，扣件系統成為無砟軌道幾何尺寸調整的主要部件，扣件調整量的有限性決定了無砟軌道線路狀態調整的局限性。當無砟軌道上拱高度超過扣件調整量時，需進行無砟道床切割以滿足高速鐵路平順性要求。為避免增加高速鐵路鋼軌焊接接頭，最大限度地維持軌道結構的完整性、穩定性，結合高速鐵路白天運營夜間施工的特點，提出了繩鋸法切割高速鐵路無砟道床的可行性分析，并通過某高速鐵路隧道上拱病害整治的工程實踐，驗證了其作業方法的可行性與優越性，為同類病害整治提供借鑒。

2 繩鋸法工作原理

繩鋸法施工是一種先進的混凝土結構切割分離技術，由動力源帶動帶有金剛石串珠的鋼線圍繞切割物高速旋轉進行切割，切割機通過導向輪改變鋼線方向，可進行任意方位、任意厚度、任意角度的切割混凝土。該工藝可在復雜、特殊、困難環境下切割，且切割塊尺寸可控制，施工作業速度快。特別是對超大體積的混凝土結構拆除，繩鋸法切割具有其他任何方法無法比擬的技術優勢。除此之外，繩鋸法切割屬靜力切割，對需保留部分無損傷，操作安全性高，對環境無破壞。

3 繩鋸法應用實例

3.1 施工方案

以高速鐵路某隧道上拱病害整治為例，在運營天窗內將上拱區段按4根軌枕長度劃分為1個單元，利用繩鋸切割仰拱填充層，取出混凝土，精調后灌注聚合物水泥砂漿，實現降低軌道標高、恢復線路平順性的目的。

對于上拱量小于40mm的無砟軌道，采取繩鋸反復切割道床板與調平層混凝土接觸面，實現道床高程的降低；對于上拱量大于40mm的無砟軌道，采取繩鋸分層切割調平層混凝土，通過取出切塊實現道床高度的降低。

3.2 施工準備

施工槽準備：先用盤鋸沿道床板側面豎直切開，再用電鎬或風鎬鑿除線路兩側30cm深、80cm寬、沿整治區段縱向等長范圍內混凝土。

軌道板水平孔鉆取：為保證繩條的自閉循環，必須在無砟道床適合位置鉆取垂直于軌道板的水平貫通孔，便于繩條穿行。

導輪安裝位置準備：根據導輪位置和尺寸，采用電鎬將導輪放置點的調平層混凝土修整，便于導輪安裝。

3.3 施工過程

水平孔鉆取：根據切割單元最大上拱量，選取適當位置鉆取水平繩條穿行孔。對于上拱量小于40mm的無砟軌道，在同一平面鉆取兩個水平貫通孔；對于上拱量大于40mm的無砟軌道，根據上拱高度，在兩個平面鉆取四個水平貫通孔，四孔成矩形排列；縱向斷開切割，在調平層鉆取一個水平貫通孔。

繩鋸切割作業（圖1）：主機通過四輪平車架放在鄰線軌道或隧道兩側水溝蓋板上。繩條運轉面垂直軌道。前端安裝分體式支架，提高繩鋸整機穩定性；后端用繩索拴在鋼軌或固定支點上，通過繩索牽引，為切割提供進給力。

圖1 繩鋸法切割無砟道床

根據主機布置，利用隧道中心或側溝溝槽內壁，安裝機下導向輪。通過調整機下導向輪安裝方向，實現軌道板水平和垂直切割。通過兩個水平貫通孔、導向輪、電機主動輪、機架從動輪，將繩條形成環形傳動。通過十字萬向節，調整機架導向輪和機下導向輪方向，使繩條運轉平面和切割平面都能保持在各自的運行平面內，保證切割作業過程平穩、無振動。

切割層取塊孔鉆取（圖2）：由于繩條切縫較小，切割過程中，如果切塊成梯形，則會給后續頂塊、取塊作業帶來困難。因此，必須在分層塊的兩側鉆取水平取塊孔通道。在無砟道床上拱量大于40 mm的區段分層切割，根據現場實際工況，兩臺繩鋸可對向布置，上下分割層同時切割。

圖2 切割層取塊孔鉆取

3.4 施工技術要點

繩鋸切割過程中，需用水平儀對機下導向輪的水平狀態進行隨時測量，保證上下切割面平行性，有效消除切塊的梯形瑕疵，為后續順利取塊作業創造條件。

軌道板水平分層切割過程中，要同步做好對已切割斷面的膠墊支護工作，消除軌道板自重造成的鋸口閉合，有效保障繩鋸運轉順暢。

控制切割速度，如果速度過快，幾何角度上，串珠繩撓度增加，彎曲應力會加大；受力上，繩條張力會逐漸增加，與軌道板作用力加大，存在斷繩的隱患；金剛石磨粒工作狀態上，單顆粒磨粒工作深度增加，切削反力加大，磨粒磨損加劇，甚至會發生脫粒現象；切削溫度上，單位時間產生的熱量不能及時排出，會使金剛石磨粒發生石墨化，強度降低，串珠會失去切削力。

3.5 安全控制要點

繩鋸主機必須安裝牢固，避免切割過程機體發生傾覆。繩條運轉徑向及周邊嚴禁站人，避免繩條異常斷裂甩出，造成人員傷害。

切割作業過程中，應由專業技術人員實時觀察、控制繩鋸運行狀態，其他人員不得隨意操控設備。嚴禁在運轉中檢查、維修和更換設備部件。切割過程中，繩條徑向范圍內上下行鋼軌及縱向斷開切割軌底，必須設置必要的槽形防護罩裝置，防止損傷鋼軌。

4 繩鋸法施工應用分析

4.1 應用實績

目前，已利用繩鋸法完成某高速鐵路上行線 K1156+680-K1156+740、K1157+175-K1157+250，下行線K1156+670-K1156+750、K1157+170-K1157+270隧道地段CRTSⅠ型雙塊式無砟軌道上拱病害整治，其中上行最大上拱61mm，下行最大上拱35mm，從根本上消除了安全隱患，且對結構的破壞降到了最低限度。

4.2 效益分析

與采取封鎖線路并對發生上拱區段的軌道板進行鑿除和現場再澆注鋪設方案相比，繩鋸法工藝簡潔、實用，有效節約了人力、物力成本投入，減小了對運營高鐵運輸秩序的影響小。同時，繩鋸切割過程的平穩性和低振動性，對既有軌道板結構及力學性能沒有傷害，保障了軌道板上拱病害施工的安全、質量和工期控制目標。可作為高速鐵路無砟軌道（隧道、路基）上拱地段整治的首選。

[1]徐偉昌，許玉德，譚社會等，高速鐵路無砟軌道線路質量等級管理[M].北京：中國鐵道出版社，2016.

[2]國家鐵路局.TB10621-2014.高速鐵路設計規范[S].北京：中國鐵道出版社，2015.

[3]中國版本圖書CIP數據核字（2003）第104922號.機械設計手冊-常用工程材料.北京：化學工業出版社，2004.

[4]中國版本圖書CIP數據核字（2012）第027315號.實用檢修鉗工速查手冊.北京：化學工業出版社，2012.

[5]中國版本圖書CIP數據核字（2002）第018800號.機械實用手冊.北京：科學出版社，2002.