高溫環境板式無砟軌道離縫成因分析與整治技術

徐永

摘要：通過對高鐵運營過程中板式無砟軌道離縫問題進行調查，系統分析了導致離縫問題的主要原因，提出了相應的施工整治方案，并在此基礎上提出了優化及預防措施，以便為其他類似無砟軌道的營運線路相關情況提供借鑒和參考。

Abstract： Through the investigation of the problem of slab ballastless track separation during the operation of high-speed railway， the main reasons are systematically analyzed， and the corresponding construction remediation plan is put forward. Based on this， optimization and preventive measures are proposed to provide reference for other relevant lines of the innocent track.

關鍵詞：高速鐵路;高溫;板式無砟軌道;施工處理

Key words： high-speed railway;high temperature;slab ballastless track;construction treatment

中圖分類號：U213.2+44 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻標識碼：A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號：1006-4311（2019）14-0096-03

0 ?引言

我國高速鐵路 CRTS II型板式無砟軌道主要集中在華東和華北地區，截止目前其運營里程已超過5000km，被應用在多條線路上，包括京津城際、津秦客專、杭甬客專、滬杭客專、京滬高鐵、合福客專、寧杭客專、杭長客專等線路。華東地區夏季高溫天氣多，且持續時間較長，而這種持續的高溫天氣對管內Ⅱ型板式無砟軌道的縱連體系會造成極大的不利影響，再加上板式無砟軌道鋪設數量大，運營中極容易造成局部寬接縫破損、軌道板間寬接縫離縫、軌道板與砂漿離縫等問題。通過對全線軌道板天窗調查，主要存在軌道板與砂漿層間或底座板與砂漿層間出現離縫等情況。

①橋梁地段軌道板離縫。

橋上軌道板離縫個別地段，軌道板與砂漿離縫 4mm 左右，鋼軌高低1～2mm/10m。

②路基地段軌道板離縫。

路基上軌道板離縫個別地段，路基上以寬接縫為中心 1.3m 范圍內離縫 1mm。（圖3）

根據現場實地查看，無論橋梁上還是路基上離縫，按照離縫地段長度劃分：一類是局部（單塊軌道板）離縫，另一類是成區段（連續多塊軌道板）離縫。

1 ?無砟軌道離縫問題成因分析

1.1 溫度梯度影響

根據氣象資料，當年華東地區最高氣溫超過了40℃，平均氣溫也在38℃以上。一般來說，軌道板白天正溫度梯度與凌晨負溫度梯度的設計值為80～85℃/m 和-40～-43℃/m，而實際上現場觀測的結果顯示，這兩項數值分別在100℃/m和-50℃/m，均高于設計推薦值。在極端溫度的作用下，軌道板內會聚集大量的溫度應力，且無法及時的得到釋放，如此將會極大的影響軌道板穩定性。

由圖4、圖5可看出，軌道板在正溫度下，中間凸四角支承板;負溫度下中間凹，中間支承板，四個角翹曲，正、負溫度交替出現，容易導致軌道板與瀝青砂漿層、瀝青砂漿層與底座之間產生離縫或離縫擴大。

1.2現場施工影響

正是由于板式無砟軌道縱向連續結構的特殊性，要求施工溫度必須進行合理控制，在實際鋪板施工時，若縱連合龍溫度低于設計溫度，在高溫作用下軌道板內會聚集壓應力，而一旦壓應力超過規定值，就會導致接縫或軌道板破損。此外，造成離縫的重要原因還有寬接縫混凝土密實性差、個別處所張拉鎖件安裝不到位、部分線路軌道板縱向連接不及時等。

1.3 列車荷載影響

運營狀態列車活載作用下，對軌道板產生的震動，導致軌道板發生離縫;軌道板離縫后雨水的侵入，加速了軌道板與瀝青砂漿層、瀝青砂漿層與底座之間發生離縫的發展。

2 ?無砟軌道離縫施工處理

2.1 基本思路及工藝流程

采用對離縫處進行注漿處理，恢復軌道板與底座板的粘結力，同時在適當位置采取剪力釘植筋，增加對軌道板的約束;植筋位置、數量應根據現場病害實際情況進行相關計算。

工藝流程：安全技術交底→上線施工準備→軌道板植筋錨固→板底注漿→軌道精調→檢查確認→清理現場下線。

2.2 具體施工處理方案

無砟軌道離縫病害類型分為兩類：第一類是局部（單塊軌道板）離縫，第二類是成區段（連續多塊軌道板）離縫。根據現場離縫情況，對應采取不同的施工處理方案，詳見表1。

2.2.1 局部離縫處理

方案一：離縫較?。?<離縫≤3），采用注膠方案

處理順序：板底注膠→鋼軌精調。

注膠范圍：注膠 3 塊板（1+1+1），以異常軌道板為中心，各增加一塊軌道板在大、小 里程每一端。

植筋范圍：無。

方案二：離縫較大（3<離縫≤5），采用（注膠+植筋）方案

處理順序：軌道板植筋錨固→板底注漿→軌道精調。

注膠范圍：注膠 3 塊板（1+1+1），以存在病害軌道板為中心，大、小里程每一端各增加 1 塊軌道板;

植筋范圍：植筋 3 塊板（6+8+6）根植筋，存在病害軌道板植 8 根，大、 小里程每一端軌道板各植 6 根。

方案三：離縫較大且貫通（5<離縫），采用（注膠+植筋）方案

處理順序：軌道板植筋錨固→板底注漿→軌道精調。

注膠范圍：注膠 5 塊板，以存在病害軌道板為中心，各增加 2 塊軌道板在大、小里程每一端;

植筋范圍：植筋 5塊板（4+6+8+6+4）根植筋，存在病害軌道板植 8 根，大、小里程每一端，相鄰第一塊軌道板各植 6 根，相鄰第二塊軌道板各植4 根。

2.2.2 成區段離縫施工處理

方案四：離縫較?。?<離縫≤3），采用注膠方案

處理順序：板底注膠→鋼軌精調。

注膠范圍：注膠（1+N+1）塊板，以存在病害軌道板為中心，各增加一塊軌道板在大、小里程每一端。

植筋范圍：無。

方案五：離縫較大（3<離縫≤5），采用（注膠+植筋）方案

處理順序：軌道板植筋錨固→板底注漿→軌道精調。

注膠范圍：注膠（1+N+1）塊板，存在病害軌道板區段和大、小里程每一端各增加 1 塊軌道板;

植筋范圍：植筋（1+N+1）塊板（6+8*N+6）根植筋，存在病害軌道板區段每塊板植 8 根，大、小里程每一端軌道板各植 6 根。

方案六：離縫較大且貫通（5<離縫），采用（注膠+植筋）方案

處理順序：軌道板植筋錨固→板底注漿→軌道精調。（圖11）

注膠范圍：注膠（2+N+2）塊板，存在病害軌道板區段和大、小里程每一端各增加 2 塊軌道板;

植筋范圍：植筋（2+N+2）塊板（4+6+8*N+6+4）根植筋，存在病害軌道板區段每塊板植 8 根，大、小里程每一端，相鄰第一塊軌道板各植 6 根， 相鄰第二塊軌道板各植 4 根。

2.2.3 軌道板植筋要求

依照規范標準用鉆機鉆孔，鉆孔深度L=390mm，鉆孔直徑為 35mm，誤差±20mm;采用 HRB500 級 Φ28 鋼筋作為植筋，鋼筋長 L=350mm（軌道板內 160mm，底座內 160mm），誤差為±5mm。垂直于軌道板板面鉆孔，允許偏差1°。植筋膠性能指標需滿足設計要求，本次全部選用喜利得植筋膠。（圖12）

鉆孔放樣尺寸：中心距離擋肩 166.6mm，距離軌道板橫向中心線 205mm，若地段的砂漿厚度超過30mm，鉆孔及錨固鋼筋長度可依據實際情況適當增加砂漿層厚度。

鉆孔施工時應選用無震動鉆孔設備及專用鉆頭，在正式開始鉆孔前，應先使用雷達或者其他設備進行必要的鋼筋布置情況探測，然后再合理設計植筋位置，杜絕鉆斷軌道板和底座內鋼筋。鉆孔時應合理控制鉆孔深度和鉆孔位置，且鉆孔后應及時將周圍異物清除干凈，保證孔內整潔和干燥。植筋完成且植筋膠完全固化后，才能開展下一環節施工。（圖13）

3 ?施工過程注意事項

①軌道板與砂漿離縫地段，接縫、軌道板、側向擋塊傷損等問題加強觀測、檢測和監測，確保后續行車安全。

②錨固區板底注膠，可以安排在軌道板鉆孔植筋之前或之后進行，但必須確保注膠錨固區板底期間，砂漿與軌道板下表面和底座板上表面之間無積水和潮濕問題，保證干燥無異物。解鎖軌道板之前，保證已完成錨固區軌道板植筋錨固;已完成寬接縫相鄰軌道板鉆孔，但不植筋。

③在施工過程中應加強軌道板與砂漿離縫狀態的監測，避免軌道板在剪力釘處承受過大的局部應力，防止局部出現裂紋。當發現軌道板與砂漿出現錯位或離縫現象時，應及時加強錨固，確保安全。

④因處于天窗施工，相關單位必須嚴格依照相關規范標準合理安排人員和設備，保證保質保量按時完成天窗內的各項工作，且要求每次施工完必須認真清理現場，保證任何異物都不留在現場，確保行車安全。

⑤現場使用的各項材料應得到相關單位的認可，且可符合天窗時間內修補、天窗時間后列車通行要求。其中：選用鐵科院研究的TK-A型修補材料進行水泥乳化瀝青砂漿離縫，該材料適用于 CRTS Ⅱ型水泥乳化瀝青砂漿離縫的注漿修復，是一種可快速固化的雙組份注漿材料;植筋膠應符合 A 級膠的相關要求，優先需用喜利得植筋膠，該材料具有施工時間可調、強度發展可控等特點。

4 ?優化預防措施

首先，軌道板離縫問題基本以采用植筋結合注膠的方式進行綜合處理。綜合現場各項實際情況及植筋對軌道板的破壞影響，在不影響現場注膠質量的前提下，應適當減少植筋的范圍和數量。其次，充填砂漿層的粘接失效及雨水沖刷是導致離縫問題的主要原因之一，應考慮研究新型砂漿材料替代原有填充材料，以強化砂漿層作用。再次，高溫季節應加強對軌道板離縫施工處理地段及相鄰地段的觀測巡檢頻次，以便及時發現問題，避免離縫繼續發展危及行車安全。

5 ?結論

結合在現場對軌道板離縫實地調查、參與制定設計方案、施工處理過程，得出以下結論：

①夏季高溫是引起CRTSⅡ型板式無砟軌道離縫病害的主要外部因素，高溫天氣應加強對全線軌道板的巡檢，特別要加強施工處理地段及其相鄰地段的巡檢頻次。

②對于軌道板離縫問題處理，主要采用注漿結合剪力釘植筋技術解決。一般情況，可根據文中方案結合現場情況進行細化處置。

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