道砟膠應(yīng)用于有砟-無(wú)砟軌道過(guò)渡段的關(guān)鍵控制技術(shù)

朱永見(jiàn)（西南交通大學(xué) 高速鐵路線路工程教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，四川 成都　610031）

道砟膠應(yīng)用于有砟-無(wú)砟軌道過(guò)渡段的關(guān)鍵控制技術(shù)

朱永見(jiàn)
（西南交通大學(xué) 高速鐵路線路工程教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，四川 成都610031）

通過(guò)對(duì)有砟-無(wú)砟軌道過(guò)渡段存在問(wèn)題的分析，指出過(guò)渡段最主要的病害為接合部地段薄弱和后期道床沉降差異大；采用道砟膠將散粒體道砟粘結(jié)起來(lái)可以解決這2個(gè)問(wèn)題。針對(duì)目前國(guó)內(nèi)采用道砟膠后存在的問(wèn)題，總結(jié)了施工道砟膠的關(guān)鍵控制技術(shù)；提出應(yīng)從設(shè)置位置、道砟質(zhì)量、施工過(guò)程及材料質(zhì)量、施工初期質(zhì)量和施工后期質(zhì)量5個(gè)方面來(lái)控制道砟膠的施工質(zhì)量，并從根本上解決有砟-無(wú)砟軌道過(guò)渡段病害造成的頻繁維修問(wèn)題，達(dá)到后期養(yǎng)護(hù)維修工作量少的目的。

有砟-無(wú)砟軌道；過(guò)渡段；道砟膠；施工控制

道砟膠應(yīng)用于基礎(chǔ)沉降穩(wěn)定的有砟-無(wú)砟過(guò)渡段時(shí)，主要起穩(wěn)定碎石道床和減少養(yǎng)護(hù)維修工作量的目的［1］。基礎(chǔ)沉降穩(wěn)定的有砟-無(wú)砟過(guò)渡段主要存在3個(gè)問(wèn)題；一是道床剛度的巨大差異，二是道床沉降規(guī)律的巨大差異，三是扣件剛度的差異。因過(guò)渡段的后期沉降差對(duì)行車安全和舒適性的影響比軌道剛度差大［2-3］，故道床沉降規(guī)律差異對(duì)行車安全和舒適性的影響比道床或扣件剛度差異也要大。再加上有砟-無(wú)砟過(guò)渡段接合部有砟側(cè)（與無(wú)砟相接的3根軌枕）施工質(zhì)量難以保證，且不易大機(jī)作業(yè)，進(jìn)而成為一個(gè)薄弱地段；隨著列車的運(yùn)行，還易形成暗坑，進(jìn)而成為一個(gè)永久性病害而需要頻繁地維修。因此，有砟-無(wú)砟過(guò)渡段最主要的病害是接合部地段薄弱和道床后期沉降差異大。

采用道砟膠將散粒體道砟粘結(jié)成整體，一方面可以對(duì)接合部的薄弱地段進(jìn)行加強(qiáng)，另一方面，通過(guò)限制道砟的移位和分段提高道床的支承剛度（即可以減小無(wú)砟道床與有砟道床的沉降差異性）。圖1是歐洲國(guó)家將道砟膠應(yīng)用于有砟-無(wú)砟過(guò)渡段的平立面布置［4］，它清晰地顯示了接合部4根軌枕和通過(guò)改變斷面粘結(jié)形式形成四級(jí)剛度過(guò)渡來(lái)達(dá)到減小無(wú)砟-有砟道床沉降差異的目的。

目前，中國(guó)已在鄭西、哈大、六沾、成灌、大西、山西中南部通道等線的有砟-無(wú)砟過(guò)渡段上進(jìn)行了道砟膠的初步應(yīng)用。本文通過(guò)道砟膠施工工藝、應(yīng)用過(guò)程中出現(xiàn)的返工問(wèn)題和使用目的的分析總結(jié)，提出使用過(guò)程中應(yīng)控制的關(guān)鍵技術(shù)。

圖1　道砟膠用于過(guò)渡段平立面布置

1　道砟膠施工工藝

道砟膠的施工溫度應(yīng)在5～40℃，上膠前的道砟需滿足干燥、無(wú)油脂和無(wú)污泥污染，空氣潮濕度不大于70%；否則，禁止作業(yè)［1］。參照《聚氨酯道砟膠暫行技術(shù)條件》（TJ/GW 116—2013），并結(jié)合本人在施工現(xiàn)場(chǎng)的經(jīng)驗(yàn)，道砟膠施工擬按以下步驟進(jìn)行。

1）刨開(kāi)枕底以上道砟及軌道部件防護(hù)

在過(guò)渡段范圍內(nèi)，將軌枕及其兩側(cè)200～250 mm范圍內(nèi)枕底以上的道砟全部刨開(kāi)。道砟刨開(kāi)后，應(yīng)能看見(jiàn)軌枕底面及兩端面。與此同時(shí)，對(duì)粘結(jié)范圍內(nèi)的鋼軌、扣件系統(tǒng)等進(jìn)行防護(hù)，避免施工時(shí)道砟膠飛濺的污染。

2）枕底道砟粘結(jié)

按照設(shè)計(jì)的枕下粘結(jié)厚度，粘結(jié)過(guò)渡段范圍內(nèi)軌枕底部的道砟，見(jiàn)圖2。

圖2　枕底道砟粘結(jié)

3）回填道砟及軌枕之間道砟的粘結(jié)

枕底道砟粘結(jié)完成30～120 min后（根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)天氣情況，以道砟膠表干強(qiáng)度達(dá)到初期強(qiáng)度為標(biāo)準(zhǔn)），回填軌枕之間及枕端200～250 mm肩砟部分的道砟，見(jiàn)圖3。按設(shè)計(jì)要求，對(duì)軌枕之間的道砟進(jìn)行整形，然后進(jìn)行軌枕之間道砟的粘結(jié)，見(jiàn)圖4。

圖3　回填道砟

4）肩部道砟粘結(jié)

按照設(shè)計(jì)要求，對(duì)肩部道砟進(jìn)行整形，粘結(jié)道床肩部道砟，見(jiàn)圖5。

圖4　粘結(jié)枕盒道砟

圖5　粘結(jié)肩部道砟

2　已施工的道砟膠地段

以國(guó)內(nèi)某家公司生產(chǎn)的道砟膠為例，自2009年使用以來(lái)，共計(jì)施工了54處，見(jiàn)表1。

從表1可以看出，從2009—2014年施工的54個(gè)地段，除了烏蒙山二號(hào)隧道等5個(gè)地段外，均沒(méi)有出現(xiàn)后期軌道幾何形位超限的情況，返工比例為9.3%。這5段均因施工后軌道幾何形位超限而造成無(wú)法完成靜態(tài)驗(yàn)收，最終耗費(fèi)很大的人力、物力和財(cái)力，才把粘結(jié)之后的道床破壞再行返工。雖然刨除時(shí)采用了降低道砟膠粘結(jié)強(qiáng)度的降解溶劑，但破壞作業(yè)仍是很困難的。

表1　2009—2014年施作的道砟膠地段

3　關(guān)鍵控制技術(shù)

采用道砟膠后的道床參數(shù)與上膠前道床的密度、道砟的孔隙和表面清潔度等有密切關(guān)系。道砟的孔隙和清潔度直接影響粘結(jié)質(zhì)量和軌枕底部的粘結(jié)厚度，而道床密度對(duì)道床參數(shù)的提高程度起著關(guān)鍵性的作用，尤其是道床支承剛度。此外，由于采用道砟膠后，軌枕的底部與道砟粘結(jié)在一起，無(wú)法進(jìn)行起道、撥道和搗固作業(yè)；因此，采用道砟膠后軌道的幾何形位只能通過(guò)扣件系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)整。

鋪軌施工應(yīng)在道砟膠施工前使軌道狀態(tài)達(dá)到投入運(yùn)營(yíng)前的技術(shù)指標(biāo)，但道砟膠的施工工藝中缺少對(duì)道床質(zhì)量和軌道幾何形位的復(fù)核控制，進(jìn)而導(dǎo)致了施工初期不能滿足靜態(tài)驗(yàn)收的要求而造成返工。

為保證有砟-無(wú)砟過(guò)渡段的施工質(zhì)量并達(dá)到減少后期養(yǎng)護(hù)維修工作量的目的，應(yīng)從設(shè)置位置、道砟質(zhì)量、施工過(guò)程及材料質(zhì)量、施工初期質(zhì)量和施工后期質(zhì)量5個(gè)方面，研究并提出道砟膠施工的關(guān)鍵控制技術(shù)。

3.1設(shè)置位置

為了盡可能地減小無(wú)砟道床與有砟道床的沉降差異性，減小后期的軌面不平順，有砟-無(wú)砟過(guò)渡段宜設(shè)置在基礎(chǔ)沉降穩(wěn)定的地段［1］，如隧道、橋梁地段等。如若設(shè)置在路基地段，應(yīng)有必要的措施控制路基的后期沉降，或改變斷面粘結(jié)形式，使粘結(jié)后的軌道具有可維修性。如英國(guó)采用XITRACK技術(shù)的可維修的粘結(jié)形式（見(jiàn)圖6）；英國(guó)對(duì)這種軌道結(jié)構(gòu)形式應(yīng)用于黏土路基地段時(shí)的沉降規(guī)律進(jìn)行了大量的疲勞試驗(yàn)，結(jié)果表明，該軌道結(jié)構(gòu)形式可顯著改善路基的受力狀態(tài)，大大減少其塑性變形，從而減少軌道的后期沉降，進(jìn)而減小軌道后期的養(yǎng)護(hù)維修工作量。

圖6　XITRACK技術(shù)用于隧道有砟-無(wú)砟過(guò)渡段

3.2道砟質(zhì)量

道砟膠可以把松散的道砟顆粒粘結(jié)起來(lái)，從而形成一個(gè)整體。但臟污嚴(yán)重的道床會(huì)影響道砟膠的下滲，從而達(dá)不到預(yù)期的粘結(jié)質(zhì)量和粘結(jié)厚度。要想保證粘結(jié)質(zhì)量和粘結(jié)厚度，一方面要求道砟表面要清潔，不能被污泥、油脂等雜物包裹；另一方面要求道砟顆粒之間要有足夠的孔隙，不能被小顆粒堵塞。

3.3施工過(guò)程及材料質(zhì)量

采用道砟膠后軌道的后期沉降主要由未粘結(jié)的道砟層產(chǎn)生。因此，道砟膠應(yīng)在道床完成初期沉降之后方可施工，一般應(yīng)通過(guò)80～100萬(wàn)t運(yùn)量［5］。

為使有砟-無(wú)砟過(guò)渡段在采用道砟膠后達(dá)到較小的沉降差異，除了要保證上膠前道床的質(zhì)量和穩(wěn)定性之外，還要對(duì)道砟膠的施工過(guò)程及材料質(zhì)量進(jìn)行把控。材料的質(zhì)量可參照TJ/GW 116—2013進(jìn)行相應(yīng)的檢查和檢測(cè)；施工過(guò)程應(yīng)從軌道穩(wěn)定性、枕下粘結(jié)厚度、肩部及軌枕之間回填道砟的粘結(jié)質(zhì)量3個(gè)方面進(jìn)行控制。

3.3.1軌道穩(wěn)定性

道砟膠在施工過(guò)程中，會(huì)把軌枕之間及肩部的道砟刨除，這在很大程度上降低了道床阻力，減小了對(duì)軌排的約束，尤其是橫向阻力的減小，對(duì)無(wú)縫線路的穩(wěn)定性特別不利［6］。因此，在夏季高溫季節(jié)刨開(kāi)道砟時(shí)，不應(yīng)將施工段的道砟一次全部刨除，而應(yīng)分段刨除，且軌枕端部肩砟刨除時(shí)應(yīng)保留枕底以上10 cm的部分，先將部分肩砟進(jìn)行粘結(jié)以保證線路的穩(wěn)定性，然后再繼續(xù)下一段刨除作業(yè)。

以過(guò)渡段的3次噴涂工序?yàn)槔涫┕すば蛞?jiàn)圖7，根據(jù)設(shè)計(jì)的斷面粘結(jié)形式，按照1，2，3的順序分段粘結(jié)相應(yīng)的區(qū)域。在高溫季節(jié)，考慮到軌道板的穩(wěn)定性，建議其施工工序按圖8，分4次噴涂，施工工序?yàn)?，2，3，4。

圖7　道砟膠的施工工序

圖8　高溫季節(jié)的施工工序建議（單位：mm）

3.3.2枕下粘結(jié)厚度

采用道砟膠后的道床參數(shù)主要與枕下粘結(jié)厚度和枕底與道砟的粘結(jié)面積有關(guān)。為保證道床參數(shù)有較大的提高，需要保證枕下的粘結(jié)厚度和枕底與道砟的粘結(jié)面積。

根據(jù)道砟膠噴涂工序的不同，粘結(jié)每立方米道砟的用膠量為25～35 L，且噴涂施工用的噴槍與流量的關(guān)系能很容易地進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)標(biāo)定。因此，根據(jù)設(shè)計(jì)的斷面粘結(jié)形式計(jì)算每個(gè)枕跨的道砟膠用量，然后通過(guò)控制每個(gè)枕跨的噴膠時(shí)間，就可以有效控制枕下道砟的粘結(jié)厚度；另外，通過(guò)技術(shù)人員對(duì)噴槍的使用控制，盡可能地提高枕底與道砟的粘結(jié)面積。

3.3.3肩部及軌枕之間回填道砟的粘結(jié)質(zhì)量

軌枕底面以下的道砟在施工過(guò)程中并沒(méi)有受到擾動(dòng)，其粘結(jié)質(zhì)量可通過(guò)控制用膠量得以保證。但經(jīng)刨開(kāi)回填的道砟會(huì)變得比較松散（密實(shí)性降低），而道砟的密實(shí)性對(duì)道床阻力參數(shù)的提高具有重要作用。因此，僅通過(guò)控制用膠量來(lái)保證質(zhì)量是不夠的，還要采取措施，使回填的道砟變得密實(shí)。

為使回填的道砟變得密實(shí)，TJ/GW 116—2013中提出應(yīng)將刨開(kāi)的道砟回填原狀并搗固密實(shí)；但這種方式在施工現(xiàn)場(chǎng)的可操作性不強(qiáng)。對(duì)肩部及軌枕之間的回填道砟進(jìn)行分層夯拍，可以提高其密實(shí)性，進(jìn)而提高道床的阻力參數(shù)［7］。因此，通過(guò)對(duì)回填道砟的分層夯拍和用膠量的控制，可保證回填道砟的粘結(jié)質(zhì)量。

3.4施工初期質(zhì)量

鑒于施工道砟膠后，軌道無(wú)法進(jìn)行起道、撥道和搗固作業(yè)，只能通過(guò)扣件系統(tǒng)進(jìn)行軌道幾何形位的調(diào)整，為滿足軌道靜態(tài)驗(yàn)收的要求，不但要控制施工前軌道的幾何形位，即施工前對(duì)線路進(jìn)行精調(diào)（當(dāng)施工處于橋、隧地段時(shí)，還要與橋、隧進(jìn)行聯(lián)合精調(diào)，以免橋、隧地段精調(diào)時(shí)影響過(guò)渡段軌道的幾何形位），還要控制道砟膠施工過(guò)程對(duì)軌道幾何形位的影響。

3.5施工后期質(zhì)量

采用道砟膠的目的是減小有砟道床與無(wú)砟道床較大的沉降差異，對(duì)有砟-無(wú)砟接合部的薄弱區(qū)域進(jìn)行加強(qiáng)，從而減少后期的養(yǎng)護(hù)維修工作量。為達(dá)到這2個(gè)目的，有砟-無(wú)砟過(guò)渡段不但要設(shè)置在沉降穩(wěn)定的基礎(chǔ)上，還要通過(guò)采用道砟膠固化道砟，使道床支承剛度有較大的提高，從而保證后期的累積變形比較小。

此外，為確保采用道砟膠后的過(guò)渡段具有較長(zhǎng)的使用壽命，應(yīng)配套使用較大調(diào)整量的扣件系統(tǒng)。

4　結(jié)論

通過(guò)對(duì)道砟膠施工工藝、應(yīng)用過(guò)程中出現(xiàn)返工問(wèn)題和使用目的的分析總結(jié)，提出施工過(guò)程中應(yīng)控制的關(guān)鍵技術(shù)，主要結(jié)論如下：①有砟-無(wú)砟過(guò)渡段宜設(shè)置在基礎(chǔ)沉降穩(wěn)定的地段，否則應(yīng)改變斷面粘結(jié)形式，使粘結(jié)后的軌道具有可維修性；②道砟級(jí)配滿足要求；③高溫季節(jié)施工時(shí)，應(yīng)改變?cè)械氖┕すば颍虎軐?duì)回填的道砟進(jìn)行分層夯拍，并控制道砟膠的噴涂量；⑤施工前對(duì)線路進(jìn)行精調(diào)或聯(lián)合精調(diào)，上膠前對(duì)軌道幾何形位復(fù)核確認(rèn)；⑥施工前對(duì)道床的支承剛度或枕下密度進(jìn)行檢測(cè)；⑦建議配套使用調(diào)整量大的扣件系統(tǒng)。

［1］中國(guó)鐵路總公司.TJ/GW 116—2013聚氨酯道砟膠暫行技術(shù)條件［S］.北京：中國(guó)鐵道出版社，2014.

［2］羅強(qiáng)，蔡英，李成輝.高速鐵路路橋過(guò)渡段的動(dòng)力分析與結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)［J］.路基工程，1998（1）：1-5.

［3］ESVELD C.現(xiàn)代鐵路軌道［M］.王平，陳嶸，井國(guó)慶，譯.2 版.北京：中國(guó)鐵道出版社，2014.

［4］LAKU?I S，AHAC M，HALADIN I.Track Stability Using Ballast Bonding Method［J］.Slovenski Kongres O Cestah In Prometu，2010（10）：332-340.

［5］許琰，李家林.瀝青道床新型軌下基礎(chǔ)［J］.鐵道建筑，1980 （1）：4-9.

［6］曾樹(shù)谷.鐵路散粒體道床［M］.北京：中國(guó)鐵道出版社，1997.

（責(zé)任審編孟慶伶）

Key Control Technologies in Application of Ballast Glue to Ballast-Ballastless Track Transition Zone

ZHU Yongjian
（MOE Key Laboratory of High-speed Railway Engineering，Southwest Jiaotong University，Chengdu Sichuan 610031，China）

T hrough the analysis of the existing defects in ballast-ballastless track transition zone，the most important defects in transition zone are the weak joint zone and the large settlement difference of roadbed.T hese two problems can be solved by gluing ballast together by using ballast glue.In view of the existing problems after using ballast glue in China，the key control technologies of ballast glue during construction were summarized.T he construction quality of using ballast glue should be controlled through five aspects，which are the location，the ballast quality，the construction process and material quality，the early construction quality，and the late construction quality.T he frequent maintenance caused by the defects in ballast-ballastless track transition zone can be avoided fundamentally to achieve the purpose of maintenance reducing during later period.

Ballast-ballastless track；T ransition zone；Ballast glue；Construction control

U214.2

A

10.3969/j.issn.1003-1995.2016.08.33

1003-1995（2016）08-0133-04

2016-02-26；

2016-05-23

朱永見(jiàn)（1987— ），男，博士研究生。