一種新型改進型無砟軌道板

張 勇

（新疆鐵道勘察設計院有限公司，新疆 烏魯木齊 830011）

隨著我國高速鐵路發展，無砟軌道的應用已經普及，無砟軌道維修和養護問題也在實際工程中逐漸凸顯。在無砟軌道養護和維修中問題較為突出和較難解決的是路基整體沉降引起的無砟軌道整體沉降問題。近年來當無砟軌道沉降量超出扣件調整范圍時，通常采用現場鉆孔至支承層與路基基床表層之間，灌注高強發泡樹脂，抬升無砟軌道的辦法解決。但上述辦法施工工期長，并破壞無砟軌道的結構及耐久性。由此，提出一種新型軌道板，來改進現有的無砟軌道板。

1 現有無砟軌道類型及沉降處理的局限

1.1 主要類型

我國現有的無砟軌道分為板式和枕式兩種，本文涉及的為板式無砟道床，國內主要有3種類型，分別為CRTSⅠ型板式無砟軌道、CRTSⅡ型板式無砟軌道和CRTS Ⅲ型板式無砟軌道。CRTSⅠ型板式無砟軌道（日本板），預制軌道板通過水泥瀝青砂漿調整層，鋪設在現場澆注的具有凸型擋臺的鋼筋混凝土底座上，并適應ZPW-2000軌道電路的單元軌道板無碴軌道結構型式；CRTSⅡ型板式無砟軌道（德國博格板），預制軌道板通過水泥瀝青砂漿調整層，鋪設在現場攤鋪的混凝土支承層或現場澆注的鋼筋混凝土底座（橋梁）上，并適應ZPW-2000軌道電路的連續軌道板結構無碴軌道結構型式如圖1所示。

圖1 CRTSⅡ型板式無砟軌道結構Fig.1 CRTSⅡtype slab ballastless track structure

CRTSⅢ型板式無砟軌道（國產化研發），預制軌道板通過水泥瀝青砂漿調整層，鋪設在現場攤鋪的混凝土支承層或現場澆注的鋼筋混凝土底座（橋梁）上，并適應ZPW-2000軌道電路的連續軌道板結構，且對每塊板限位的無碴軌道結構型式。

圖2 CRTSⅢ型板式無砟軌道結構Fig.2 CRTSⅢ type slab ballastless track structure

以上3種類型的無砟軌道其基本結構；上部為鋼筋混凝土或預應力混凝土軌道板，下部為鋼筋混凝土底座或干硬性支承層，兩者之間填充CA瀝青砂漿或自密實混凝土，三層體系坐落于鐵路路基頂面，承擔鋼軌向下傳遞的列車荷載。

在鐵路線后期的運營過程中，由于前期施工預壓不足，所經軟土地段沉降加劇，以及地下水位變化等因素影響，極易引起路基的沉降，從而造成鋼軌軌面不平順，靜、動態指標超限，出現三角坑病害，增加列車運行的安全風險。

1.2 沉降處理存在的局限

（1）通過鋼軌扣件進行調整。但較常用的WJ-8型扣件，鋼軌高低的調整量為-4 mm~+24 mm，沉降量稍大就難以滿足；

（2）拆除軌道結構，對路基本體進行碾壓，消除殘余應變。該方法需要封閉線路施工，對運營產生的影響極大；

（3）在上部軌道板及下部支承層之間，注漿抬升。同樣需要封閉線路，對運營產生的影響大；同時需要專用的起吊設備，對人員、設備的要求高，調整高度有限，沉降量稍大就難以滿足；

（4）對路基底部的天然地基注漿加固，提升地基承載能力。該方法無法控制加固程度，且存在擾動地基后，加速沉降的風險；

（5）近年來，一些無砟軌道地段，采用在軌道板上機械鉆孔，同時鉆通軌道板、填充層、支承層結構，利用形成的貫通孔道，向支承層底部與路基土體之間，注漿抬升。該方法不用長期封閉線路，無需大型起吊設備；但在實施中，必須要利用列車 “天窗”，在軌道板鉆孔作業，每一個預計段落抬升完畢，都需要再次申請“天窗”，進行下一個抬升段落的，軌道板鉆孔施工，反復循環，直至所有段落完成抬升。

軌道板上鉆孔的工序，隨著抬升范圍的延伸，需要多次申請“天窗”，施工進度受列車運營的控制，多次“天窗”計劃對列車的運輸組織存在很大的影響。同時，鉆孔作業需要大量人員、空壓設備配合，在高填方、深路塹以及隧道等作業空間狹窄的地段，實施難度大。

目前的無砟軌道板，均為鋼筋混凝土或預應力混凝土結構，后期的鉆孔作業，稍有不慎，將對軌道板內鋼筋或預應力鋼筋造成損傷，對軌道板的強度及剛度形成破壞。同時，鉆孔作業削弱了原有軌道板的有效截面，孔洞處容易發生應力集中，在列車動力作用下，會出現結構性裂縫，影響軌道板的承載能力及耐久性。

2 新型無砟軌道板的結構設計

為了解決上述問題。本文提出一種新型無砟軌道結構，該軌道結構在發生沉降后，可以通過自帶的注漿通道進行注漿抬升，省略了繁瑣的施工工序，避免了對既有軌道板的破壞，減小了對列車運輸組織的干擾，同時提出利用該新型無砟軌道進行抬升的方法，將施工“天窗”的申請次數大大壓縮，極大地降低對列車運輸組織的干擾，同時對軌道結構中的主要結構軌道板不產生任何破壞。

一種自帶注漿通道的無砟軌道結構，其包括預制軌道板、板下填充調整層、底座、注漿管、注漿管保護柱，如圖3、圖4、圖5所示。本新型軌道板結構預留注漿通道，向支承層底部與路基基床表層之間注漿抬升無砟軌道，完成因沉降引起的無砟軌道修復工作。

圖3 新型無砟軌道板整體結構Fig.3 Whole structure of new ballastless track slab

圖4 預制軌道板結構Fig.4 Structure of prefabricated track slab

圖5 注漿鋼管設計圖Fig.5 Design drawing of grouting steel pipe

（1）無砟軌道結構，其底座沿線路方向為單元分塊式結構，相鄰軌道板之間設有橫向縫隙，且無任何連接；（2）底座，在每對應1塊軌道板長度范圍內，底座中線位置處，設置3至6根注漿鋼管，優先選用4根。注漿鋼管垂直于底座平面設置，其頂面與軌道板頂面平齊，其底面與底座底面平齊，注漿鋼管全長等于軌道板厚度、調整層厚度、底座厚度之合。注漿鋼管內徑為30~50 mm，優選采用35 mm；（3）注漿鋼管宜布置在軌枕間隙內，間距為1~2 m，優先選用1.25 m；（4）注漿鋼管頂面內側，設有螺紋內絲，采用帶螺紋絲扣的管帽擰壓遮擋，防止自然環境及人為因素對注漿鋼管內的污染；（5）注漿管外壁包裹混凝土保護柱，以獲得較大的截面剛度，防止注漿管在軌道板作用下彎曲變形，影響后期的注漿作業。保護柱內鋼筋同底座鋼筋綁扎固定，同底座一并澆注混凝土，形成整體。保護柱截面為圓形，在實施例中，優選直徑采用35 cm。混凝土保護柱可與CRTSⅠ型板式無砟軌道的凸型擋臺合設；（6）預制軌道板平面為矩形，其沿線路方向的兩個端部無半圓形構造。軌道板沿線路方向長度，優選采用5 m，所述軌道板在對應注漿鋼管位置處，構造上形成圓形的貫通孔，其圓心同注漿管圓心重合，其內徑大于注漿管保護柱的直徑，在實施工程中，優選內徑采用45 cm。貫通孔與注漿管保護柱之間的空隙，用于灌注填充層的瀝青砂漿或自密實混凝土，待填充層高度已達軌道板底面后，該縫隙以高強度樹脂材料填充；（7）無砟軌道結構，預制軌道板坐落于底座結構之上，兩者之間為填充調整層，軌道板之上為軌枕、扣件及鋼軌等線路設備，底座之下為路基面。

3 新型無砟軌道結構的抬升方法

（1）測量沉降范圍的沉降量，確定分塊抬升段落；（2）沿線路方向，在底座同路基面兩側的接觸邊線上，進行封邊處理，封邊長度應等于抬升長度，該措施可降低注漿抬升過程中的跑漿、露漿現象，封邊材料，優先選用速凝水泥；（3）在軌道板與底座兩側接觸邊線，同軌枕軸線的交叉點上，向底座內，斜向鉆設側孔道，側孔道底面應盡量接近鋼軌下方，且側孔道應以剛好鉆通底座底面為準，同時記錄鉆設深度。側孔道鉆孔布置于線路兩側，按線路沉降量由大到小，布置的孔數由密至疏；（4）在“天窗”計劃內，放松鋼軌扣件，去除軌下非原設計的調高墊板，擰開軌道板中線處的注漿鋼管管帽，準備進行抬升作業；（5）首先，依據線路沉降量的大小，按從大到小的順序，依次向線路兩側孔道內注漿。由沉降發生最大的位置處的注漿鋼管開始，向其最臨近的4個側孔道內進行注漿作業。所選注漿漿液，應為雙組分高強發泡材料，具備低粘度、易流動、同土以及混凝土結合良好、雙組分液體接觸后快速硬化、并產生膨脹力的特點；（6）對側孔道注入漿液，抬升軌道結構。漿液的易流動性，使得其在土體中方便擴散，以獲得同底板較大的接觸面，在膨脹力的作用下，容易實現抬升。同時，4個側孔道注漿抬升，使得抬升平面受力均勻，避免底座結構的破壞。第一個注漿鋼管臨近的4個側孔道注漿完畢，應轉向相鄰注漿鋼管臨近的4個側孔道進行注漿，沿線路方向，按沉降量由大到小，依次進行；（7）無砟軌道抬升量應分次實現，第一遍側孔道注漿完成后，尚未達到抬升高度的下沉段落，進行第二遍注漿作業。首先采用鉆孔設備，將第一遍注漿已硬化的材料鉆通，以前次記錄的鉆設深度為輔助，加深側孔道，直至路基土，再進行注漿抬升。如此循環作業，控制每次注漿量，逐漸接近設計值，實現精度控制。如此，按沉降量變化，依次、分次進行抬升，能夠避免底座結構發生較大的變形量，引起破壞；（8）在所述雙組分漿液膨脹力作用下，將底座抬升至預定高度 ，再向軌道板中部的所述注漿鋼管內，進行注漿作業，所選注漿漿液可為水泥基注漿材料、樹脂材料或瀝青砂漿等；（9）由于底座抬升后，其底面與路基面間的壓力減小且存在一定的縫隙，所述注漿鋼管的注入漿液，可在注漿壓力及自流性的作用下，順暢均勻地填充到底座下方，同時該漿液不具備膨脹力，不會導致抬升過度的問題，只需等待固化后即完成施工作業；（10）抬升完畢，擰緊注漿鋼管管帽，避免污染，如后期沉降加劇出現，仍可利用該通道，將固化的水泥及注漿材料鉆通至路基面，再次實施注漿抬升；（11）側孔道注入雙組分高強發泡材料的作用在于材料固化后，膨脹力可達0.48 MPa，在底座板下方，形成多個均勻抬升的受力點，分次將軌道結構抬升到預定高度；（12）注漿鋼管注入水泥基注漿材料的作用在于：在已抬升就位的底座下方，形成均勻的填充層，實現無砟軌道結構的修復。

4 新型無砟軌道板實施效果

（1）避免了在軌道板上機械鉆孔的作業環節，省略了實施該工序必需的“天窗”計劃，極大地降低了對列車運營的干擾，壓縮了施工周期；（2）避免了實施機械鉆孔后，對軌道板所帶來的結構性及耐久性的破壞；（3）軌道板中部貫通孔與注漿鋼管保護柱之間的縫隙圓周，大于傳統的注漿孔，從而觀察范圍、灌注范圍擴大，便于填充層的灌注、觀察、排氣以及提高灌注的均勻性；（4）軌道板中部的注漿鋼管及混凝土保護柱結構，其使用年限與無砟軌道結構本體相同，隨路基的變形累計，沉降的逐年發展，可以反復利用該構件通道，實施修復；（5）軌道板中部的混凝土保護柱結構，可用于承受列車縱、橫向水平力，限制軌道板位移的發生，替代傳統的軌道板端部凸型擋臺。且在地震力作用下，較多的多余約束，使無砟軌道結構擁有更好的整體性；（6）高速鐵路面臨管線、道路穿越時，由于線路控制沉降的要求很高，施工中難以解決，大多采用繞行既有橋孔內通過。造成投資增加，使用不便，制約發展等問題，新型無砟軌道結構，便于穿越工程在高速鐵路實施時，路基沉降的控制。

5 結語

新型無砟軌道板快速實施，能夠彌補路基產生的沉降量，恢復扣件系統的調整能力，保證線路的平順性。可精確控制軌道結構的抬升量，避免產生膨脹力的漿液注入過多，造成抬升過度的情況出現。底座下得多點、分次抬升的方法，使底座均勻受力，變形小而緩和，避免機械剛性抬升對底座的破壞。