某運營高鐵雙塊式無砟軌道軌枕吊空病害綜合維修技術

陸 文 文

(中鐵第四勘察設計院集團有限公司，湖北 武漢 430063)

1 概述

某運營高速鐵路已開通了近8年時間，線路整體狀況良好。但近期在線路調查中發(fā)現(xiàn)雙塊式無砟軌道個別地段軌枕出現(xiàn)了松動吊空現(xiàn)象，軌枕周邊道床板混凝土局部發(fā)生損傷。

軌枕作為軌道結構的重要組成部件，承受來自鋼軌的各種荷載并有效保持軌道幾何形位。軌枕吊空破壞了軌道結構支撐間距和軌下支撐剛度的變化周期性，造成吊空軌枕附近輪軌相互作用加?。卉壵淼蹩帐沟玫来矡o法為軌道結構提供阻尼，繼續(xù)劣化將導致扣件失效和軌枕破壞；軌枕吊空破壞了與其前后毗鄰的正常軌道結構的支撐狀況，形成數(shù)倍軌枕間距范圍內(nèi)的線路幾何與動力不平順；軌枕吊空后削弱道床減震作用，影響其余頻段的軌道結構動力性能，導致列車高速通過時將加劇輪軌間動力作用并造成該區(qū)段軌道結構的破壞[1-3]。為防止病害進一步發(fā)展和惡化，針對具體的病害情況，有必要采取相應的整治維修措施，保證線路運行的舒適性、穩(wěn)定性和安全性。

本文以某運營高速鐵路K1803處雙塊式無砟軌道軌枕吊空病害整治維修為例，通過現(xiàn)場調查，結合吊空病害現(xiàn)狀，對病害產(chǎn)生的原因進行了分析，提出了病害整治維修方案和施工工藝及施工方法，進行了現(xiàn)場施工驗證，取得了良好效果。

2 病害情況

工務人員在某運營高鐵營業(yè)線進行全線病害排查中發(fā)現(xiàn)雙塊式無砟軌道部分位置存在軌枕吊空病害，如圖1，圖2所示。無砟軌道軌枕吊空病害主要表現(xiàn)有軌枕下吊空、軌枕與道床板離縫、軌枕周邊泛漿，嚴重時出現(xiàn)道床板混凝土損傷。

3 軌枕吊空病害產(chǎn)生的原因

無砟軌道軌枕吊空的原因比較復雜，是多種因素共同作用的結果。主要有三個方面原因：

第一個方面是列車荷載的高頻震動、沖擊作用及溫度荷載長期作用，使軌枕與道床板結合面產(chǎn)生塑性變形不斷累積增加，產(chǎn)生微小縫隙；

第二個方面是自由水對混凝土的長期滲透、浸泡、化學作用，使軌道與道床板交界面處混凝土顆粒抗壓強度降低，逐漸脫落并粉化；

第三個方面是列車荷載擠壓作用，對軌枕底部積聚的自由水產(chǎn)生較大的壓力，將水擠出，而水在流出時沖刷交界面混凝土顆粒，將交界面的混凝土細小顆粒沖刷掉并帶出交界面。

在以上三個方面因素不斷重復循環(huán)交替作用下，軌枕下產(chǎn)生較小縫隙，外部水進入軌枕下空隙，在列車動荷載作用下，積水形成動水壓力，沖出并帶走軌枕下壓碎的細顆粒，使枕下空隙進一步擴大，如此反復，致使軌枕與道床板出現(xiàn)離縫，并隨著時間的發(fā)展不斷加大，最終形成吊空現(xiàn)象。軌枕吊空后，軌道結構內(nèi)荷載破壞應力將逐漸增大，混凝土應力超過混凝土的抗拉強度后，軌道結構產(chǎn)生開裂破壞，形成軌枕吊空[4-6]。

軌枕吊空發(fā)展過程如圖3所示。

4 病害整治維修方案

根據(jù)現(xiàn)場病害情況及成因分析，無砟軌道軌枕吊空病害的產(chǎn)生與枕下填充不密實和水的進入有著密切關系，因此本著“注漿填空，堵滲防漏”的原則進行整治。具體整治方案如下：

1)在道床頂面、側面鉆孔，鉆透軌枕吊空區(qū)域，以此作為軌枕吊空排水、注漿通道，排出軌枕吊空部位積水后，注入SY101型裂縫修補膠填充軌枕吊空。

2)采用聚合物水泥砂漿對軌枕周邊的破損道床板進行修復，消除道床板損傷。

3)采用硅酮對軌枕與道床板交界面進行嵌縫封閉。

主要維修設計方案見圖4，圖5。

5 施工流程及方法

5.1 軌枕吊空注漿填充整治施工流程及方法

1)清理吊空軌枕周邊離縫、破損處的灰渣及疏松混凝土。

2)按鉆孔布置圖要求分別在道床板表面及側面位置布置注漿孔并鉆孔。

道床板頂面注漿孔直徑為10 mm，注漿通道角度：與垂直方向成45°，注漿孔離軌枕垂直距離121 mm～126 mm，注漿孔鉆孔深165 mm。

道床板側面(道床板頂面下107 mm)鉆孔，鉆孔深度應橫向伸入軌枕下至少50 mm，以確保能將內(nèi)部積水抽出，如圖6所示。

3)清理注漿孔內(nèi)及周邊施工灰渣，并施工封邊膠埋設注漿管。

4)待封邊膠固化后，將注漿管連接空壓機，向軌枕下吹入壓縮空氣，將吊空處積水排出。

5)使用SY101型裂縫修補材料和注漿機低壓通過注膠管對軌枕與道床板之間離縫進行注膠，確保軌枕下注滿。SY101型裂縫修補膠性能指標見表1。

表1 SY101型裂縫修補膠性能指標

5.2 軌枕周邊的混凝土破損修復流程及方法

1)首先用電鎬對道床板表面破損部位進行清理，再使用角磨機進行打磨，使混凝土露出新面。

2)對注漿孔進行再次鉆孔，鉆孔深度為50 mm，用吹風機清理干凈。

3)對注漿孔和破損混凝土表面涂刷界面劑，采用聚合物水泥砂漿對道床板缺損面進行修復。聚合物水泥砂漿性能指標如表2所示。

4)待聚合物砂漿達到一定強度，對表面凸出部位進行打磨，并清理灰塵及灰渣。

5.3 軌枕周邊硅酮封閉施工流程及方法

1)界面清理。

軌枕與道床板間接縫及兩側清理。

2)表面防護。

表2 聚合物水泥砂漿性能指標

在接縫兩側粘貼防污膠帶及泡沫膠帶，膠帶至伸縮邊的距離不小于2 cm。

3)界面處理。

嵌縫前在混凝土表面均勻涂刷界面劑。

4)嵌縫涂注。

用膠槍將嵌縫材料緩慢涂布在混凝土表面，并用刮刀整修嵌縫材料外形，使得硅酮表面平滑，內(nèi)部無氣眼。

5)現(xiàn)場清理。

嵌縫完成后，立即拆除防護膠帶，清理并運走施工器具和施工雜物。

6 整治效果

該高鐵K1803處無砟軌道軌枕吊空病害按施工方案對軌枕吊空進行注膠填充、破損混凝土修復、對軌枕與道床板接縫進行嵌縫防水處理后，達到了“注漿填充，堵滲防漏”的整治效果，經(jīng)現(xiàn)場運營驗證整治效果良好(見圖7)。

7 結語

1)采用以上整治方案，并在精心施工下，整治效果良好，達到了消除病害，確保行車安全的目的。

2)選用的軌枕吊空填充整治用裂縫修補材料、道床板修復用聚合物砂漿具有凝固時間短、強度增長快的特點，短時間可恢復道床板對軌枕的支承和約束作用，滿足天窗點結束后列車通行條件。

3)實踐表明，采用該軌枕吊空病害整治設計方案是可行的。通過對設計、施工全過程的探索，并在實踐中不斷優(yōu)化本項整治技術。

參考文獻：

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

[2] 李耀東.列車荷載與水耦合作用下雙塊式軌道軌枕吊空機理研究[D].成都：西南交通大學,2013.

[3] 謝 露,劉學毅,曹世豪,等.雙塊式無砟軌道枕邊裂紋水力特性研究[J].鐵道科學與工程學報,2016,13(2):219-225.

[4] 尹華拓.路基上CRTS I型雙塊式無砟軌道裂縫及疲勞特性研究[D].長沙：中南大學,2012.

[5] 朱劍月,張 艷.軌枕吊空對軌道結構動力性能的影響[J].中國鐵道科學,2011(3):8-15.

[6] 王建輝,董瑩飛.雙塊式軌枕擋肩裂紋原因分析及控制[J].石家莊鐵道大學學報(自然科學版),2013,26(4):87-90.

[7] TG/GW 115—2012，高速鐵路無砟軌道線路維修規(guī)則(試行)[S].