板式無砟軌道軌道板與砂漿層離縫快速維修技術研究

吳紹利，吳智強，王 鑫，毛昆朋，陸方斌

(中國鐵道科學研究院 金屬及化學研究所，北京 100081)

我國高速鐵路及客運專線，廣泛采用板式無砟軌道。根據國外高鐵經驗和國內調研情況，隨著雨雪凍融和因動車組不斷高速通過對軌道板和砂漿層的沖擊，軌道板與砂漿層會出現不同程度的離縫。這類離縫如果不及時維修，在軌道板的四角將會出現應力集中，進而向軌道板中部發展，最終造成砂漿層傷損，對無砟軌道結構的平順性、耐久性和列車運行的舒適性有著重大影響，甚至很有可能影響到行車安全［1］。

我國客運專線跨區域大、線路長，這些客觀情況決定了維修天窗設置不同于德、日、法等國，而必須具有短時性，目前均采用4 h垂直“天窗”。在如此短的天窗點內，如何快速處理軌道板與砂漿層離縫成了工務維修人員的難題［2］。

根據上述實際情況，課題組提出了如圖1的維修工藝。該工藝中，最難的是選擇合適的注漿管、注漿機和可快速固化且與砂漿物性匹配良好的填充材料。

圖1 軌道板與砂漿層離縫快速維修工藝

1 注漿設備選擇

根據調研情況，目前軌道板與砂漿層離縫普遍在1～2 mm之間，個別離縫可達5 mm以上，縱深長度不等。為了讓注漿管能更深地插入縫隙內以保證注漿飽滿，確定采用硬而韌的銅管作為注漿管，并通過特殊的接頭裝置聯上注漿機。考慮到動車組通過時軌道板對砂漿層的擠壓強度約為0.1 MPa，選擇注漿機的灌注壓強為0.1 MPa，以保證注漿時漿液的壓力對軌道板和砂漿層均沒有破壞性。

2 維修材料選擇

維修材料的選擇必須考慮到4 h固化保證通車和與原砂漿層匹配兩大因素，而目前可以應用到軌道板與砂漿層離縫快速維修的材料僅有三種，分別是CA砂漿、環氧砂漿和異丁烯樹脂材料。

2.1 CA砂漿

水泥乳化瀝青砂漿(簡稱CA砂漿)是高速鐵路板式無砟軌道的核心技術，是一種由水泥、乳化瀝青、細骨料、水和多種外加劑等原材料組成，經水泥水化硬化與瀝青破乳膠結共同作用而形成的一種新型有機無機復合材料［3］。將該材料作為修補材料從原砂漿層匹配的角度來看是最佳選擇，但是水泥瀝青砂漿是一種利用水泥吸水后水化加速乳化瀝青破乳，由水泥水化物和瀝青裹砂形成的立體網絡，其物理化學反應過慢，很難在4 h達到強度以保證動車組通過。即便在尚未開通的線路上使用，新CA砂漿和舊CA砂漿之間的融合問題以及新CA砂漿與軌道板之間的黏結強度都難以保證;一旦通車，隨著雨雪侵蝕和動車組的高速通過時的擠壓，很有可能將新的CA砂漿層擠出，從而出現二次離縫問題。

2.2 環氧砂漿

環氧砂漿是以環氧樹脂為主劑，配以促進劑等一系列助劑，經混合固化后形成一種高強度、高黏結力的固結體，具有優異的抗滲、抗凍、耐鹽、耐堿、耐弱酸腐蝕性能及修補加固性能。其主要優點:①化學性能穩定，耐腐耐候性好;②固結體具有高黏結力，高抗壓強度;③具有補強和加固作用;④具有抗滲、抗凍性能;⑤黏結強度高，熱膨脹系數與混凝土接近，不易從混凝土基材上脫開，耐久性好［4-5］。但是環氧砂漿作為軌道板與砂漿層離縫填充材料又有兩個不能彌補的不足:①彈模匹配問題，CA砂漿層的特點是剛柔并濟，以柔性為主，而環氧砂漿一般以剛性為主，在各方面性能上更接近于混凝土，很難達到CA砂漿的彈模范圍;②固化情況受溫度影響大，環境溫度變化5℃以上，環氧砂漿固化時間就可能延長或加快半小時以上，這對于天窗點有限的施工人員來說很難把握。

2.3 異丁烯樹脂

異丁烯樹脂，是含有不飽和雙鍵的特殊結構的不飽和聚酯樹脂，采用自由基固化形式，受環境影響小，是目前國外應用于短時快速維修技術中較成熟的樹脂材料。其具有如下優點:①優異的流動性和親潤性，即使軌道板與砂漿層的離縫在1 mm以下也能適用;②黏結強度高且動態載荷性能優越，具有更好的耐疲勞性能和耐沖擊性能;③固化時間穩定，受環境溫度影響小，施工人員使用便捷;④化學性能穩定，耐腐耐候性好;⑤通過填料調節，可以匹配不同彈模范圍的砂漿墊層。

2.4 LF系列材料

最終選用的LF系列無砟軌道維修材料，是一種針對板式無砟軌道軌道板與砂漿層離縫快速維修材料，根據我國板式無砟軌道中CRTSⅠ型與CRTSⅡ型砂漿層彈性模量不同的實際情況分為LF-CRTSⅠ型和LF-CRTSⅡ型，同時也可根據實際情況調節材料的彈性模量及其它性能。該系列主體材料為異丁烯樹脂，分為樹脂液和固化劑雙組份，可操作時間20 min左右，2 h后基本達到砂漿層彈模要求，表1為LF-CRTSⅠ型無砟軌道維修材料的部分性能。

表1 LF-CRTSⅠ型材料主要性能

3 維修工藝

圖2 LF-CRTS I型快速維修材料應用實例

圖2是LF材料在CRTS I型板式無砟軌道上應用的實例。維修前，該段線路軌檢數據不良，維修總計用時1.5 h，1.0 h后通車，同時維修后該段線路軌檢數據顯示良好。具體維修過程如下:

1)維修相關人員在確定維修當天無雨的情況下將維修配套工具及材料提前運到離維修位置最近的地點，天窗點開始后，運到維修位置;

2)用鋼板尺檢查離縫狀態，選擇將銅管能插入最深的地方標注為注漿孔;

3)用裁紙刀或者剪刀將聚乙烯泡沫材料裁成高度為離縫高度的1.5倍，厚度為5～6 mm的條狀用于封堵縫隙;

4)用玻璃膠或者其他快速密封劑，將泡沫條與軌道板和砂漿層的縫隙密封，防止注漿時漏液;

5)待密封材料固化后，在遠離注漿孔處設立觀察孔，即將軟管插入泡沫條內，或不設立觀察孔，以多點溢流觀察注漿時漿液是否灌注飽滿，一般以第二種方式較多;

6)將注漿機的銅管沿標注位置刺穿泡沫條并插入縫隙最深處;

7)攪拌 LF維修材料1～2 min，攪拌均勻后倒入注漿機，開始注漿;

8)當觀察口處有漿液流出時或多點溢流時，認為灌注飽滿，停止灌漿機，并堵住觀察孔或溢流處;

9)1 h后可拆除密封條，檢查維修后情況，如果未灌注飽滿可按照上述步驟重新注漿;

10)收拾施工垃圾，保持環境干凈并撤離。

4 結論

對于CRTS型板式無砟軌道軌道板與砂漿層離縫的快速維修，目前國內沒有行之有效的解決方案。鑒于此，本文針對軌道板與砂漿層離縫的快速維修工藝及材料進行了探討，提出了較為可行的維修方案，并在多條客運專線上進行了快速維修試驗，軌檢數據證明效果良好。通過兩年多的運營，修補后的軌道結構未出現二次離縫或其他傷損情況，得到了各客運專線工務部門的信賴和好評，填補了鐵路工務上關于 CRTS型板式無砟軌道軌道板與砂漿層離縫的快速維修這一空白，延長了板式無砟軌道的使用壽命，確保了客運專線的行車安全。

［1］曾真.高速鐵路板式無砟軌道破損分析及工務修程修制研究［D］.成都:西南交通大學，2009.

［2］趙麗珍.高速鐵路綜合維修“天窗”開設形式與行車組織協調問題的研究［J］.中國鐵道科學，2002(2):127-131.

［3］李海燕，邵丕彥.我國 CRTSⅠ型水泥乳化瀝青砂漿技術的研發和特點［J］.中國鐵路，2011(9):57-60.

［4］陳平.環氧樹脂［M］.北京:化學工業出版社，2002.

［5］吳紹利，王鑫，吳智強，等.無砟軌道套管快速維修技術研究［J］.鐵道建筑，2011(10):107-109.