CRTSⅡ型板式無砟軌道高溫脹板成因分析和整治研究

吳海睿

摘要：本文根據(jù)某運(yùn)營(yíng)高鐵無砟軌道路高溫脹板病害為研究對(duì)象，分析軌道板上拱原因，采用新型修補(bǔ)材料，在沒有成熟工藝的情況下，提出了注膠+植筋錨固的一整套整治方案，經(jīng)工程實(shí)踐證明，方案切實(shí)可行、效果良好，可為CRTSⅡ型板式無砟軌道類似病害整治提供借鑒和參考。

關(guān)鍵詞：極端高溫 無砟軌道 脹板 分析 整治

1 引言

CRTS Ⅱ型板式無砟軌道自京津城際鐵路鋪設(shè)以來，相繼在京滬高速鐵路、滬杭、寧杭、杭甬、杭長(zhǎng)和合福客專等得到了廣泛的應(yīng)用并投入運(yùn)營(yíng)。但對(duì)CRTSⅡ型板式無砟軌道維修技術(shù)和維修方法研究較少，尤其針對(duì)CRTS II型板式軌道的力學(xué)特性影響的分析還處于起步階段。隨著高鐵運(yùn)營(yíng)時(shí)間的不斷增長(zhǎng)，國內(nèi)多條鋪設(shè)有CRTS II型板式無砟軌道的線路均不同程度的出現(xiàn)了傷損病害。針對(duì)CRTS II型板式軌道結(jié)構(gòu)養(yǎng)護(hù)維修技術(shù)和維修方法的研究顯得尤為重要并亟待解決。本文根據(jù)某運(yùn)營(yíng)高鐵無砟軌道路高溫脹板病害為研究對(duì)象，提出了一整套整治方案，經(jīng)工程實(shí)踐證明，該方案切實(shí)可行、效果良好。

2? CRTSⅡ型板式無砟軌道系統(tǒng)特點(diǎn)

CRTS Ⅱ型板式無砟軌道系統(tǒng)由鋼軌、彈性扣件、預(yù)制軌道板、砂漿調(diào)整層、連續(xù)底座、滑動(dòng)層、側(cè)向擋塊等部分組成，臺(tái)后路基上設(shè)置摩擦板、端刺及過渡板，梁縫處或隧道沉降縫處設(shè)置硬泡沫塑料板等組成。軌道板的生產(chǎn)結(jié)合線路平、縱斷面及實(shí)設(shè)超高等設(shè)計(jì)參數(shù)經(jīng)數(shù)控機(jī)床打磨，有效地減少了扣件與軌道板安裝上的誤差;軌道板與軌道板間采用張拉鎖縱向張拉鎖定連接，有效約束板端在活載、溫度梯度等荷載作用下翹曲變形，軌道板整體均勻性好，較好地保證線路平順性和舒適性。

3 高溫條件下CRTSⅡ型板式無砟軌道脹板成因分析

高溫條件下CRTS Ⅱ型板式無砟軌道變形均發(fā)生在軌道板板端和板間接縫處，表現(xiàn)為軌道板四角離縫、高低不平順較大、板間接縫開裂或破碎以及部分軌道板劈裂、剪力釘拔出等，對(duì)結(jié)構(gòu)耐久性有一定影響。通過對(duì)發(fā)現(xiàn)病害進(jìn)行梳理分類，無砟軌道脹板病害主要存在多塊軌道板連續(xù)上拱、多塊軌道板間隔上拱、單個(gè)軌道板接縫上拱、軌道板橫移上拱、軌道板承軌臺(tái)失效等病害類型。

1.極端高溫條件下軌道板實(shí)際溫度梯度高于設(shè)計(jì)推薦值。從氣象資料看出，華東地區(qū)夏季部分地區(qū)氣溫均在38℃以上，最高可連續(xù)數(shù)天突破 40℃，在這種氣溫條件，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)觀測(cè)，軌道板白天正溫度梯度（板面溫度高于板底溫度）能達(dá)到100℃/m，凌晨負(fù)溫度梯度（板面溫度低于板底溫度）能達(dá)到-50℃/m（高于設(shè)計(jì)推薦的80～85℃/m和-40～-43℃/m）。軌道板在正溫度下，中間凸四角支承板;負(fù)溫度下中間凹，中間支承板，四個(gè)角翹曲，正、負(fù)溫度交替出現(xiàn)，容易導(dǎo)致軌道板與瀝青砂漿層、瀝青砂漿層與底座之間產(chǎn)生離縫或離縫擴(kuò)大。

2.軌道板縱向溫度力受溫度升高影響軌道結(jié)構(gòu)整體穩(wěn)定。在極端溫度作用下，軌道板縱向上集聚了大量的縱向溫度力無法釋放，軌道板溫度與鎖定溫度之差為溫度變化值，溫度變化值每升溫1℃，軌道板縱向溫度力增加165kN，使軌道板穩(wěn)定性降低。容易導(dǎo)致板間接縫開裂或破碎以及部分軌道板劈裂、剪力釘拔出，鋼軌高低不平順較大等現(xiàn)象。

3.部分線路軌道板縱連不及時(shí)。個(gè)別處所張拉鎖件缺失或安裝不到位、板間接縫混凝土強(qiáng)度不高、板間張拉及澆注混凝土?xí)r溫度過低或高;軌道板下表面和底座板或支承層表面清理不凈或存在浮漿，宜導(dǎo)致砂漿與軌道板和底座板或支承層之間粘結(jié)失效或接縫混凝土破損，宜在薄弱地點(diǎn)釋放軌道板縱向力，導(dǎo)致軌道板穩(wěn)性性降低。

4.軌道板離縫在運(yùn)營(yíng)狀態(tài)下，列車活載作用下，軌道板產(chǎn)生的震動(dòng)、軌道板離縫后雨水的侵入等因素加速了軌道板與瀝青砂漿層、瀝青砂漿層與底座之間發(fā)生離縫的發(fā)展。

4 高溫條件下CRTSⅡ型板式無砟軌道脹板整治

4.1整治思路

4.1.1整治思路。采用注膠+植筋錨固方式修復(fù)可有效阻止軌道變形，其實(shí)質(zhì)是改變軌道結(jié)構(gòu)受力狀態(tài)，從而約束軌道發(fā)生的各種位移導(dǎo)致的軌道結(jié)構(gòu)失穩(wěn)和破壞。使縱向力傳遞不到軌道板縱連的寬接縫等薄弱處所，減少寬接縫離縫上拱的可能性，保持軌道結(jié)構(gòu)穩(wěn)定;同時(shí)，使縱向力的傳遞不至于產(chǎn)生軌道板與水泥瀝青砂漿的離縫，減少因軌道板與水泥瀝青砂漿的離縫向?qū)捊涌p傳遞的可能性，進(jìn)一步控制軌道結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定。

4.1.2整治方法。對(duì)軌道板翹曲變形引起高低不平順較大處所，可以對(duì)離縫進(jìn)行注漿（膠）處理，恢復(fù)軌道板與CA砂漿的粘結(jié)力，增加對(duì)軌道板的約束;對(duì)軌道板端伸縮導(dǎo)致的板間接縫傷損破碎處所，可以進(jìn)行植筋錨固、打開板間接縫、板底注漿（膠）、澆注板間接縫處理，以調(diào)整軌道平順度;同時(shí)，植筋位置、數(shù)量應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)病害實(shí)際情況進(jìn)行有關(guān)計(jì)算。

4.2病害調(diào)查

4.2.1現(xiàn)場(chǎng)勘察

現(xiàn)場(chǎng)病害情況調(diào)查內(nèi)容要求詳見下表4-1 ，調(diào)查人員須認(rèn)真核對(duì)，確保調(diào)查內(nèi)容真實(shí)準(zhǔn)確。

4.2.2研究方案，一處一方案

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查病害情況，判斷病害整治類型，對(duì)錨固區(qū)板底注膠、軌道板植筋錨固、軌道板寬接縫解鎖、軌道板糾偏、板縫壓膠及軌道板修復(fù)、軌道板張拉、板間接縫澆筑、板底注漿、寬接縫相鄰軌道板植筋、鋼軌精調(diào)，做到一處一方案，合理安排整治步驟，并提出相關(guān)注意事項(xiàng)和質(zhì)量控制要求。

4.3選用修補(bǔ)材料性能特點(diǎn)

修補(bǔ)材料應(yīng)適用于CRTS Ⅱ型板式無砟軌道結(jié)構(gòu)病害的快速修復(fù)，尤其要適用于運(yùn)營(yíng)期天窗時(shí)間內(nèi)的快速高效病害整治。包括軌道板裂縫、缺損，砂漿離縫，寬接縫混凝土快速更換。

（1）砂漿離縫修補(bǔ)TK-A型材料性能特點(diǎn)

①極低的粘度及表面張力，可以滲透到細(xì)小的裂縫中;②固化速度快，修補(bǔ)效率高;③較高的粘結(jié)強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度和抗壓強(qiáng)度，較好的彈韌性，可以對(duì)結(jié)構(gòu)起到較好的補(bǔ)強(qiáng)作用。

（2）軌道板裂縫TK-B型修補(bǔ)材料性能特點(diǎn)

①粘度低，可灌入0.5mm以上的混凝土裂縫;②抗壓強(qiáng)度高、粘結(jié)強(qiáng)度高，能起到很好的結(jié)構(gòu)補(bǔ)強(qiáng)作用;③固化時(shí)間可根據(jù)環(huán)境溫度調(diào)節(jié)。

（3）軌道板缺損TK-H型修補(bǔ)材料性能特點(diǎn)

①良好的早期施工性能。②高抗壓強(qiáng)度且不受結(jié)構(gòu)形狀限制，具有補(bǔ)強(qiáng)、加固的作用。③良好的界面粘結(jié)性。④優(yōu)良的體積穩(wěn)定性。⑤化學(xué)性能穩(wěn)定，耐腐耐候性好。

（4）寬接縫混凝土TK-K型修補(bǔ)材料性能特點(diǎn)

①良好的早期施工性能。②匹配的強(qiáng)度發(fā)展性能。修補(bǔ)材料30min即可拆模，2h即可達(dá)到通車所需強(qiáng)度要求。③良好的界面粘結(jié)性。④優(yōu)良的體積穩(wěn)定性。

4.4 病害整治方案

病害模型：該處脹板以損傷寬接縫處為中心大里程方向 7 塊，小里程方向 7 塊軌道板縱向移動(dòng);寬接縫混凝土破損;軌道板局部傷損;軌道板縱向移動(dòng)，軌距塊損害。

4.4.1植筋數(shù)量計(jì)算

鋼材抗剪設(shè)計(jì)值

根據(jù)實(shí)際工況按公式計(jì)算，單邊軌道板軌道板植筋數(shù)量 n=F總/V=3760KN/57.8KN=68 根，最終確定破損寬接縫兩邊各值 7 塊軌道板，植筋總數(shù)為136根。

4.4.2軌道板植筋錨固設(shè)計(jì)要求

（1）植筋設(shè)計(jì)位置：1～3號(hào)和12～14號(hào)軌道板植筋8根/塊，4～5號(hào)和10～11號(hào)軌道板植筋10根/塊，6號(hào)和9號(hào)軌道板植筋16根/塊，7號(hào)和8號(hào)軌道板植筋8根/塊，共計(jì)136根。軌道板植筋位置詳見下圖所示。

（2）鉆孔設(shè)計(jì)要求：鉆孔直徑為35mm，鉆孔深度L=480mm，誤差±10mm。植筋采用HRB500級(jí)Φ28鋼筋，鋼筋長(zhǎng)L=440mm（軌道板內(nèi)160mm，砂漿層內(nèi)30mm，支承層內(nèi)250mm），誤差為±5mm。鉆孔應(yīng)垂直于軌道板板面進(jìn)行，允許偏差1°。

4.4.3施工工藝流程

第一個(gè)天窗點(diǎn)：→錨固區(qū)板底注膠、軌道板植筋錨固

第二個(gè)天窗點(diǎn)（確保天窗施工時(shí)間不小于3小時(shí)）：→軌道板解鎖→板縫壓膠及軌道板修復(fù)→軌道板張拉、板間接縫澆筑→板底注漿→寬接縫相鄰軌道板植筋→鋼軌精調(diào)。

（1）放樣鉆孔

該處病害共14塊軌道板需鉆孔植筋，以傷損寬接縫為中心往大小里程算起分別鉆孔植筋的根數(shù)為8-16-10-10-8-8-8，植筋共136根。放樣孔位中心距離軌道板橫向中心線205mm，距離擋肩166.6mm。現(xiàn)場(chǎng)采用無震動(dòng)鉆孔設(shè)備及專用鉆頭進(jìn)行鉆孔施工，鉆孔前應(yīng)在植筋設(shè)計(jì)位置使用雷達(dá)或其他設(shè)備探測(cè)軌道板及底座內(nèi)的鋼筋布置情況，嚴(yán)禁鉆斷軌道板和底座內(nèi)鋼筋，鉆后進(jìn)行清孔。

（2）植筋錨固

①清孔完成后，對(duì)軌道板進(jìn)行植筋錨固，根據(jù)設(shè)計(jì)方案在第一個(gè)封鎖點(diǎn)要將寬接縫相鄰的兩塊軌道板共16根鋼筋預(yù)留不植，所以此次只需植筋120根。②鋼筋采用HRB500級(jí)Φ28鋼筋，鋼筋長(zhǎng)440mm，植筋前確保孔內(nèi)干燥潔凈，植筋時(shí)先用膠槍在孔內(nèi)注入植筋膠，灌入約孔深的1/2時(shí)停止，將鋼筋旋轉(zhuǎn)慢入，待鋼筋到底后在用植筋膠漿孔內(nèi)補(bǔ)滿，并用鏟刀將頂面刮平，植筋完成并植筋膠完全固化后才能進(jìn)行后續(xù)工程施工。

（3）軌道板解鎖

錨固區(qū)軌道板植筋完成并達(dá)到強(qiáng)度后，鑿除已傷損的寬、窄接縫混凝土。①軌道板解鎖前，要用土工布對(duì)相鄰的承軌臺(tái)及梁面進(jìn)行保護(hù)，避免污染。②用寬膠帶將解鎖處的砂漿離縫封住，避免混凝土細(xì)小顆粒進(jìn)入板底，影響降板效果。③鑿除寬接縫上拱處，采用切割機(jī)和風(fēng)鎬拆除C55混凝土，鑿除接縫混凝土應(yīng)精細(xì)操作，防止傷損軌道板、精軋螺紋鋼等。

（4）板縫壓膠

軌道板解鎖后，如軌道板有劈裂和承軌臺(tái)失效，對(duì)軌道板的板端縫隙進(jìn)行壓膠處理。對(duì)軌道板上表面剝落、掉角等采用聚合物水泥砂漿進(jìn)行修復(fù)。①板縫壓膠。在離縫位置用1cm的鉆頭鉆孔，每個(gè)軌道板單側(cè)鉆6-10個(gè)孔;鉆孔同時(shí)用植筋膠將板縫封閉;在鉆孔內(nèi)安裝專用注漿嘴和高壓軟管，待植筋膠固化后，就可進(jìn)行離縫注膠。②現(xiàn)場(chǎng)可采用人工注漿與注漿機(jī)注漿兩種方式同時(shí)進(jìn)行。注漿時(shí)要注意周邊出氣孔及壓力表的情況，漿液注滿后，立即停止注膠。③注膠完成后，待膠體凝固，用鐵錘敲掉注漿嘴，打磨機(jī)磨平整即可。

（5）軌道板張拉、板間接縫澆筑

軌道板解鎖后，將寬接縫里的虛渣清除干凈并潤(rùn)濕處理。清點(diǎn)張拉鎖件，用張拉扳手從中間向兩邊對(duì)稱張拉，要求扭矩450N.m，張拉力50kN/根。軌道板張拉時(shí)的環(huán)境溫度應(yīng)與底座板張拉鎖定時(shí)的溫度保持一致，困難條件下環(huán)境溫度不應(yīng)超過30℃。張拉后在寬接縫中放入已綁扎好的接縫鋼筋籠，鋼筋籠必須經(jīng)過絕緣測(cè)試方可使用;最后采用聚合物混凝土澆注軌道板窄接縫、寬接縫。通車前，寬接縫修補(bǔ)材料的性能指標(biāo)性能應(yīng)不低于C40混凝土相應(yīng)指標(biāo)。

（6）寬接縫相鄰軌道板植筋

軌道板解鎖，降板后，對(duì)寬接縫相鄰7、8號(hào)軌道板進(jìn)行植筋，植筋根數(shù)8根/塊。

（7）板底注膠及軌道板修復(fù)

①7號(hào)、8號(hào)軌道板植筋后，按照要求對(duì)這兩塊軌道板進(jìn)行板底注膠。②利用專用修補(bǔ)材料對(duì)傷損軌道板進(jìn)行修補(bǔ)。③修補(bǔ)好后的軌道板，用角磨機(jī)打磨平整即可。

（8）軌道精調(diào)

軌道板整治后，用軌道精調(diào)小車測(cè)出軌道數(shù)據(jù)，據(jù)此對(duì)線路進(jìn)行鋼軌精調(diào)，使其滿足平順度要求。精調(diào)完成后在進(jìn)行復(fù)測(cè)，滿足開通要求。

（9）離場(chǎng)檢查

開通前，組織專人清掃現(xiàn)場(chǎng)各種遺留物，做到工完料清。修復(fù)的整治地段逐級(jí)提速，安全第一。

5結(jié)束語

1.時(shí)間驗(yàn)證，效果良好。工務(wù)系統(tǒng)對(duì)脹板集中整治地段通過結(jié)構(gòu)檢查、弦繩測(cè)量、添乘、動(dòng)檢車波形圖分析等手段進(jìn)行數(shù)個(gè)周期全面檢查、監(jiān)控，其軌道結(jié)構(gòu)狀態(tài)良好、修補(bǔ)材料無明顯變化，軌道平順穩(wěn)定。

2.預(yù)防為主，加強(qiáng)巡查。必須始終堅(jiān)持“預(yù)防為主、防治結(jié)合、嚴(yán)檢慎修”的高速鐵路維修理念，堅(jiān)持“動(dòng)態(tài)檢查為主，動(dòng)、靜態(tài)檢查相結(jié)合，結(jié)構(gòu)檢查與幾何尺寸檢查并重”的線路檢查原則。在夏季、冬季和遇極端氣溫時(shí)，應(yīng)加強(qiáng)重點(diǎn)設(shè)備的檢查和巡視。

3.防治結(jié)合，提倡創(chuàng)新。做好預(yù)防工作要掌握病害變化規(guī)律，精確檢測(cè)、全面分析、精細(xì)修理，有針對(duì)性地整治病害;并提倡積極采用新技術(shù)、新設(shè)備、新材料、新工藝和先進(jìn)的施工作業(yè)方法，優(yōu)化作業(yè)組織，提高檢修質(zhì)量。

4.長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)，探索規(guī)律。建議對(duì)無砟軌道進(jìn)行長(zhǎng)期跟蹤監(jiān)測(cè)和觀測(cè)，研究砂漿與軌道板或底座板離縫、軌道板與寬接縫裂縫的發(fā)展變化規(guī)律和軌道板離縫周期性軌道不平順的發(fā)展規(guī)律。

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