CRTSⅠ型雙塊式無砟軌道軌枕松動修復(fù)試驗研究

楊俊斌，劉學(xué)毅，段玉振，楊榮山

(西南交通大學(xué)高速鐵路線路工程教育部重點實驗室，四川成都 610031)

CRTSⅠ型雙塊式無砟軌道是我國客運專線無砟軌道結(jié)構(gòu)主要形式之一，在遂渝、武廣、蘭新等新建鐵路都有鋪設(shè)。該型軌道結(jié)構(gòu)由鋼軌、扣件、雙塊式鋼桁架軌枕、道床板和底座板(橋上)或貧混凝土支承層(路基上)等組成，CRTSⅠ型雙塊式軌枕采用鋼桁架聯(lián)結(jié)，軌枕只保留承軌與預(yù)埋扣件螺栓部位的混凝土，最大限度地減少了軌枕與現(xiàn)澆混凝土結(jié)合面面積，增加了軌道整體性，避免在結(jié)合面處產(chǎn)生裂縫。

2011年11月，在對遂渝、黃井等線路調(diào)查發(fā)現(xiàn)，CRTSⅠ型雙塊式無砟軌道在預(yù)制軌枕與現(xiàn)澆道床板接觸面間出現(xiàn)裂縫、道床板面混凝土掉塊等現(xiàn)象。從調(diào)查結(jié)果來看，大部分預(yù)制軌枕與現(xiàn)澆道床板接觸面間裂縫寬度目測均＜1 mm，但在個別地段，由于伴有道床板面混凝土掉塊，軌枕與道床板接觸面間的縫隙＞1 mm。軌枕與道床板接觸面間的裂縫是影響CRTSⅠ型雙塊式無砟軌道結(jié)構(gòu)整體耐久性的主要原因之一，因此，研究軌枕松動對CRTSⅠ型雙塊式無砟軌道動力學(xué)性能的影響，是提升該型無砟軌道結(jié)構(gòu)耐久性的重要內(nèi)容。

1 軌枕松動成因分析

CRTSⅠ型雙塊式無砟軌道軌枕松動的原因主要有以下幾個方面:

1)軌道結(jié)構(gòu)自身的因素。預(yù)制軌枕與現(xiàn)澆混凝土結(jié)合面問題一直是影響軌枕埋入式無砟軌道結(jié)構(gòu)耐久性的主要因素之一。

2)施工及環(huán)境因素。施工過程中現(xiàn)澆道床板混凝土層振搗不密實、混凝土養(yǎng)生時間不足、或養(yǎng)生條件無法保證都會使得軌枕與道床板結(jié)合面裂縫過早產(chǎn)生，通車后，在列車動荷載的反復(fù)作用下，微小的接觸面裂縫會增大，軌枕塊出現(xiàn)縱向、橫向的動態(tài)位移，擠壓混凝土道床板，使得道床板面的混凝土出現(xiàn)掉塊、剝離，道床板面混凝土剝離后，又會使得軌枕的動態(tài)位移值增大，進(jìn)一步惡化軌枕與道床板的結(jié)構(gòu)整體性和穩(wěn)定性。在多雨季節(jié)，道床板面的雨水會沿著這些縫隙滲入道床板內(nèi)，銹蝕道床板內(nèi)的鋼筋;另一方面，在列車動荷載作用下，縫隙中的水會變成具有一定速度的壓力水，對軌枕塊、道床板混凝土結(jié)構(gòu)產(chǎn)生水切作用，進(jìn)一步減弱軌道結(jié)構(gòu)的整體性及耐久性。

3)列車荷載因素。在調(diào)查中了解到，遂渝及黃井線在開通伊始，只是開行了速度快、軸重輕的客運列車，近期，為了緩解遂渝、黃井兩地的貨運壓力，又開行了速度慢軸重大的貨運列車。在只開行客運列車時，軌枕與道床板接觸面間只是出現(xiàn)了結(jié)構(gòu)性的微小裂縫，軌枕松動現(xiàn)象并不明顯，但是自從貨運列車開行后，軌枕松動現(xiàn)象明顯加劇。可見，貨運列車雖然速度慢但軸重大，對軌道結(jié)構(gòu)整體穩(wěn)定性及耐久性的影響較大。

2 軌枕塊松動對行車影響分析

為了分析列車動荷載作用下CRTSⅠ型雙塊式無砟軌道軌枕松動后鋼軌、軌枕、道床板的動力響應(yīng)，2011年11月中旬，對黃井線一處松動明顯的軌枕進(jìn)行了修復(fù)前后的鋼軌、軌枕、道床板的垂向位移及加速度對比測試試驗。圖1為試驗中選擇的有明顯松動的軌枕，其中圖1(a)為修復(fù)前的軌枕，從圖中可清晰看到軌枕四周道床板混凝土出現(xiàn)了較大范圍的剝離，桁架鋼筋也暴露在外。圖1(b)為修復(fù)后的軌枕。

圖1 松動軌枕塊

2.1 測點布置

考慮到在測試修復(fù)前后鋼軌、軌枕、道床板的垂向位移及加速度的同時，檢查一下松動軌枕是否有縱、橫向的翻轉(zhuǎn)運動，整體測點布置如圖2所示。軌枕四角各設(shè)置一個彈片式位移計，軌枕一端設(shè)置一個加速度計。在靠近測試軌枕一邊的鋼軌底部上表面各設(shè)置了一個彈片式位移計及加速度計。道床板上設(shè)置了一個加速度計。

圖2 測點布置

試驗中測試的有HXD1、HXD3、SS7機(jī)車牽引的3類列車，其中HXD1牽引的是貨車，其余兩種列車牽引的是客車，HXD3牽引的客車較少，因此，后期分析時只采用HXD1貨車及SS7客車數(shù)據(jù)。

2.2 試驗結(jié)果與分析

2.2.1 軌道各部垂向加速度

由表1及圖3～圖5可知，松動軌枕修復(fù)后，無論是客車還是貨車通過，鋼軌、軌枕加速度均有較大幅度下降，而道床板加速度變化較小。鋼軌及軌枕加速度的下降主要得益于松動軌枕修復(fù)后，軌道結(jié)構(gòu)整體性的增強(qiáng)。鋼軌、軌枕、道床板3種軌道部件作為一個整體結(jié)構(gòu)抵抗列車動荷載激振的能力要明顯強(qiáng)于軌枕松動時，只有鋼軌、軌枕及部分道床板結(jié)構(gòu)承受列車動荷載的情況。由于CRTSⅠ型雙塊式無砟軌道道床板結(jié)構(gòu)在線路縱向是連續(xù)鋪設(shè)的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，整體性很強(qiáng)，因此，松動軌枕修復(fù)前后，列車動荷載作用下，道床板加速度的變化不大。

表1 各結(jié)構(gòu)垂向加速度數(shù)據(jù) g

圖3 鋼軌加速度

圖4 軌枕塊加速度

圖5 道床板加速度

2.2.2 軌道各部垂向位移

由表2、圖6和圖7可知，松動軌枕修復(fù)后，鋼軌及軌枕豎向位移有較大幅度的減小，鋼軌最大位移減少了近1.2 mm，軌枕最大位移減少了1.8 mm;軸重大、速度慢的貨車對軌道結(jié)構(gòu)的作用效果要大于軸重輕、速度快的客車;軌枕四個角上最大位移差由0.33 mm降至0.17 mm。說明，松動軌枕的修復(fù)對降低列車動荷載作用下CRTSⅠ型雙塊式無砟軌道結(jié)構(gòu)的垂向動位移是比較明顯的，同時，軌枕縱橫向的翻轉(zhuǎn)幅度也有了較大幅度的減少。

圖6 鋼軌垂向位移

圖7 軌枕塊垂向位移

表2 各結(jié)構(gòu)垂向位移數(shù)據(jù) mm

3 結(jié)論

1)松動軌枕塊修復(fù)后，鋼軌、軌枕塊的垂向位移及加速度均明顯減小，軌枕塊縱向、橫向的翻轉(zhuǎn)運動幅度也明顯減小。為了提高軌道幾何形位的準(zhǔn)確及穩(wěn)定，應(yīng)及時對松動軌枕塊進(jìn)行修復(fù)。

2)松動軌枕塊修復(fù)前后，道床板加速度的變化不太明顯，但在列車動荷載作用下，沒有及時修復(fù)的松動軌枕塊，會對道床板表面的混凝土層造成破壞，進(jìn)一步加大軌枕塊松動，影響行車平穩(wěn)性。

3)對軌枕塊松動的及時修復(fù)應(yīng)作為該類型無砟軌道日常養(yǎng)護(hù)維修工作的主要內(nèi)容之一，這對提高其耐久性是非常必要的措施。

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