道砟膠在道床過渡段的應用與施工

楊建明

(中鐵二十三局集團有限公司，成都 610031)

道砟膠在道床過渡段的應用與施工

楊建明

(中鐵二十三局集團有限公司，成都 610031)

為明確道砟膠在改變道床過渡段剛度方面的作用，進行了室內試驗，測試了不同用膠量時的道床支承剛度，并對其施工方法及方式進行研究。結果表明，通過改變枕底道砟膠的用量達到調整道床剛度的目的，可以將其作為一種新的施工方式。道砟膠的手動施工和機械施工各有所長，施工中可將二者結合使用。

道砟膠 過渡段 道床剛度

在有砟軌道與無砟軌道連接處，存在著一定的剛度差，當列車高速通過時，會增加列車與軌道的振動，引起列車與軌道結構作用力的增加，影響軌道結構的穩定以至危及行車安全。因此，需要在有砟軌道與無砟軌道之間設置一定長度的過渡段，使軌道剛度逐漸變化，降低列車與軌道的振動，減小軌道結構的變形，保證列車的安全運行。隨著新材料工藝的飛速發展，可以通過在道床中添加膠凝材料來增強道砟間的黏結力，進而改變道床剛度，實現剛度漸變。我國鄭西客運專線就采用了道砟膠這一新技術。本文對道砟膠改變道床剛度的原理進行了研究，得到了道砟膠施工方法、用量與道床剛度的關系，可用于指導現場施工與實際應用。

1 過渡段現狀

在已開通的6 497 km高速鐵路線路上，有砟軌道比例為75%，無砟軌道比例為25%，不可避免地遇到有砟和無砟軌道的過渡。我國正在建設的京滬高速鐵路全線長1 318 km，正線有砟軌道鋪設地段有108.743 km，約占正線鋪軌總長的9%。整個線路內，有砟與無砟軌道過渡多處出現，路橋、路隧、路堤、路塹以及不同路基結構之間，兩橋(隧)之間短路基等多種類型間的有砟和無砟軌道之間的過渡段多次相接過渡。

列車經過有砟與無砟兩種剛度不同的軌道結構時，會引起車輛—軌道系統沖擊，造成過渡段鋼軌撓度差。隨著通過總重增加，將會形成軌面不平順。軌面不平順進一步加劇車輛—軌道系統振動，惡性循環，嚴重影響軌道的使用和旅客乘坐舒適性。當列車運行速度提高后，有砟—無砟軌道過渡段問題更加明顯。

在有砟—無砟軌道過渡段有砟側，由于車輛—軌道系統沖擊，道床粉化、坍塌嚴重。軌道重型化可以改良這一狀況，如鋪設長軌枕，設置輔助軌，其中，設置輔助軌可以認為是對鋼軌的加強。其次，還有縮小軌枕間距、鋪設優質道砟等道床強化措施。再者，國內外開始采用道砟膠來解決這一問題。

2 道砟膠對道床剛度的作用原理

道砟膠為聚氨酯樹脂黏合劑，由兩種組分化合而成，每種組分各由幾種單體經過化學反應得到。它具有以下特點:①液態;②冷固化，適用溫度5℃～50℃;③難溶;④滲透進入道砟結構，黏度可調;⑤在道砟表面成膜;⑥在道砟接觸點黏結;⑦與道砟一起形成抗壓整體。

通過在室內進行實尺軌道試驗，得到道砟膠施工方法、用量與道床剛度的關系。試驗室溫度11℃～13℃，相對濕度42%～74%。

2.1 試驗工況

試驗時分兩次噴道砟膠。第一次先噴軌枕以下、軌枕范圍以內的道砟，噴完膠回填道砟。第二次噴軌枕之間及砟肩。試驗測試工況見表1。

2.2 試驗結果

試驗測得工況三和工況五數據見圖1、圖2。對二、三、四組數據進行擬合，可以得到此工況下的擬合線性方程為

其中，D為道床剛度(kN/mm);P為豎向力(kN)。

圖1 工況三鋼軌支點處道床剛度

圖2 工況五鋼軌支點處道床剛度

對二、三組數據進行擬合，可以得到此工況下的擬合線性方程為

對其余工況試驗測得的數據進行擬合，匯總得到表2中各個工況的剛度結果。

工況一情況下穩定后的鋼軌支點處道床剛度遠大于《鐵路軌道設計規范》中線路開通時所要求的最小值100 kN/mm。這是因為本試驗道床下為剛性混凝土基礎，道床用手持搗固棒反復搗固密實，且加載幾次后道砟被壓密。

表2 噴膠前后道床穩定時支承剛度比較

工況一中，道床在豎向力的作用下反復測幾組，道砟越壓越密實，鋼軌支點處道床剛度也越來越大，最終穩定。由于測試完工況一后重新搗固，道砟在未經豎向力壓實的松散狀態下噴膠，工況二和工況三經過第一組測試后道床趨于穩定，塑性降低，接近彈性狀態，不會越壓越密實。因此，表2中工況一的剛度大于工況二和工況三的剛度。工況四和工況五中由于軌枕之間、砟肩都噴道砟膠，軌枕與所有道砟黏成整體，因此剛度明顯提高。

比較工況一、工況四和工況五可以發現，豎向力為140 kN，反復加載后，有膠道床的剛度比無膠時分別大64.0 kN/mm、88.40 kN/mm;工況五比工況四的剛度大24.4 kN/mm。因此，可以通過調整枕底道砟膠的用量來調整道床剛度。

由表2還可以看出，道床支承剛度的提高主要依賴于軌枕側面、端部與道砟的黏結，因此，實際應用中要提高剛度須在軌枕之間及砟肩噴膠，而不能僅在軌枕底部道砟噴膠。

此外，由于道砟接觸點處被道砟膠黏結，減小了道砟間的摩擦，可以延長道砟使用壽命。道砟膠組織后的道床可以將動態壓力更好地分散到更寬的范圍內分布。經過道砟膠組織后的道床具有以下特點:①邊坡穩固;②道砟不飛濺;③道床橫向阻力改善;④具有天然空隙，透水性好;⑤耐油脂、潤滑液、紫外線、排泄物等腐蝕;⑥耐火。但是，道砟膠組織后道床成為整體，給大機維修和清篩帶來困難，需要進一步研究維修方法及道砟膠的溶解技術。

3 道砟膠的施工

德國在過渡段有砟軌道上這樣施工:黏結長度共45 m，分三段施工，第一段為底砟、邊砟、軌枕盒內道砟整體黏結，第二段為底砟、邊砟部分黏結，第三段僅底砟黏結。我國在鄭西客運專線上也是采用同樣的施工方法，達到調整道床剛度的目的。

通過上述試驗研究，也可采用如下施工方法:將過渡段分為三段，每一段施工時，先將枕盒內和砟肩道砟清理至線路兩側，然后，對枕底道砟噴膠，讓膠滲入道砟內，回填道砟后再對枕盒和砟肩道砟進行一次噴膠，通過改變用膠量調整每一段的剛度。道砟膠的現場施工可機械施工，也可由手工操作，二者的特點如表3所示。

表3 機械施工與手動施工的特點

室內試驗采用手工施工，充分利用了手動施工的特點。鑒于兩種施工方式的特點，現場施工時，應以機械施工為主，手動施工為輔。這樣，既保證了噴灑的均勻性，同時避免因噴灑在鋼軌及墊片上造成損失。

4 結論

1)高速鐵路修建中，有砟—無砟過渡段大量出現，噴涂道砟膠作為調整道床剛度一種新方法，有廣闊的應用前景。

2)通過試驗可知，可以通過調整枕底道砟膠的用量來改變道床剛度，且要提高剛度須在軌枕之間及砟肩噴膠。現場施工時可將過渡段分為三段，每一段施工時先將枕盒內和砟肩道砟清理至線路兩側，然后對枕底道砟噴膠讓膠滲入道砟內，回填道砟后再對枕盒和砟肩道砟進行一次噴膠，通過改變用膠量調整每一段的剛度。

3)現場施工可采取機械施工與手動施工相結合的方式，充分發揮二者的特點。

4)道砟膠黏結性能很好，道床成為整體，但對大機維修和清篩帶來困難，需要進一步研究道砟膠溶解技術和道床維修方法。

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U213.6

B

1003-1995(2011)02-0111-03

2010-08-26;

2010-11-10

楊建明(1975—)，男，河北辛集人，工程師。

(責任審編 白敏華)