高速鐵路CRTSⅡ板式無(wú)砟軌道嵌縫修復(fù)整治技術(shù)探討

孔慶堯 中國(guó)鐵路上海局集團(tuán)有限公司上海工務(wù)段

1 概況

上海工務(wù)段地處華東地區(qū)，管轄京滬高無(wú)砟軌道區(qū)段總長(zhǎng)233.115 km，其中路基地段9.915 km，占到無(wú)砟區(qū)段總里程的4.25%。正線軌道結(jié)構(gòu)形式為CRTSⅡ型板式無(wú)砟軌道，岔區(qū)采用道岔板式無(wú)砟軌道。隨著高鐵運(yùn)營(yíng)速度及密度運(yùn)量的不斷增加，路基地段的CRTSⅡ型板式無(wú)砟軌道（結(jié)構(gòu)形式如圖1所示）封閉層嵌縫材料逐漸出現(xiàn)不同程度的傷損，老化、碎裂、脫落等劣化病害情況較為嚴(yán)重達(dá)到5 km,其中：軌道板接縫開(kāi)裂765處，造成CA砂漿流失軌道板冒漿459處，對(duì)高鐵軌道板的穩(wěn)定性及平穩(wěn)性埋下了極大安全隱患。

圖1 路基地段CRTSⅡ型板式無(wú)砟軌道斷面圖

2 病害原因分析

（1）材料及軌道結(jié)構(gòu)性能影響

CRTSⅡ板封閉層原嵌縫瀝青材料穩(wěn)定性較差，容易出現(xiàn)老化、變脆現(xiàn)象，部分老化后已脫落（如圖2所示），失去防水能力；加上路基基床表層人自坡設(shè)計(jì)坡度較小，僅為0.5%，且兩線間的集水井因風(fēng)沙落葉雜草影響部分出現(xiàn)排水不暢。

當(dāng)遇到長(zhǎng)期降雨時(shí)，地表水排水不暢，雨水不能及時(shí)排出，即地表水滯留在兩線間。兩線間路肩封閉層大量已經(jīng)老化的橫向伸縮縫，雨水便滲入到混凝土底座下部的級(jí)配碎石層中。

（2）列車動(dòng)載影響

軌道板與砂漿層及底座板為整體連接承載結(jié)構(gòu)。在列車活載作用下，對(duì)軌道板產(chǎn)生的震動(dòng)，導(dǎo)致軌道板與瀝青砂漿層發(fā)生離縫，離縫后加上雨水的侵入，加速了軌道板與瀝青砂漿層、瀝青砂漿層與底座板之間離縫的發(fā)展。目前京滬高鐵運(yùn)營(yíng)年限逐步增加，復(fù)興號(hào)上線運(yùn)營(yíng)及提速后動(dòng)力學(xué)效應(yīng)更加凸顯。

（3）軌道板溫度荷載影響

跟據(jù)現(xiàn)場(chǎng)觀測(cè)，軌道板白天溫度板面溫度高于板底溫度，凌晨板面溫度低于板底溫度；受這兩種相反的溫度梯度影響，則易引起軌道板與瀝青砂漿層、瀝青砂漿層與底座之間產(chǎn)生離縫或離縫擴(kuò)大。在夏季極端溫度作用下，軌道板內(nèi)集聚大量的溫度應(yīng)力更容易造成軌道板與砂漿層間的粘結(jié)破壞，發(fā)生上拱變形。2013年長(zhǎng)三角地區(qū)氣溫均在38℃以上，2017年更是達(dá)到了40℃以上，造成大面積的砂漿離縫，甚至軌道板上拱。

（4）施工過(guò)程因素影響

施工過(guò)程中，先灌漿再軌道板縱向張拉連接，可能導(dǎo)致軌道板與砂漿層連接處產(chǎn)生破壞；甚至現(xiàn)場(chǎng)存在個(gè)別張拉鎖件缺失或安裝不到位的情況，另澆筑砂漿時(shí)溫度過(guò)高或過(guò)低；砂漿層在灌注時(shí)未達(dá)到凝固狀態(tài)或灌注不飽滿，出現(xiàn)砂漿層孔洞，也易造成雨水滲入侵蝕。

圖2 路基地段封閉層原來(lái)嵌縫材料老化、脫落情況

綜上所述，路基地段CRTSⅡ板封閉層原嵌縫失效的主要原因有材料結(jié)構(gòu)性能不穩(wěn)定、列車動(dòng)荷載、軌道板溫度荷載變化、施工過(guò)程控制等造成。

3 CRTSⅡ板封閉層原嵌縫整治方案

3.1 施工材料、工藝選擇

CRTSⅡ板封閉層嵌縫材料整治的要求是：通過(guò)修復(fù)材料，對(duì)線間混凝土填充層縱或橫向線間失效的嵌縫進(jìn)行重新封堵，避免水滲入路基本體或砂漿層內(nèi)，減少水害影響，改善基床和砂漿層環(huán)境，遏制基床翻漿等病害的發(fā)展。

目前我段高速鐵路的天窗時(shí)間普遍為夜間，時(shí)長(zhǎng)為3 h至4 h，而考慮到實(shí)際嵌縫整治的施工地點(diǎn)較為分散，需整治的位置不集中。為適應(yīng)現(xiàn)場(chǎng)工況環(huán)境，提高施工效率，整治工作還應(yīng)滿足以下要求：

（1）修復(fù)材料需要有在夜間相對(duì)較低溫度環(huán)境下固化并保持良好狀態(tài)的性能。

（2）修復(fù)材料便于攜帶，修復(fù)工藝簡(jiǎn)單易學(xué)。

（3）修復(fù)材料在封堵完成后，能在較長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)保持優(yōu)良的性能，防止二次破損的發(fā)生。

硅酮結(jié)構(gòu)膠的基本成分是羥端基二有機(jī)硅氧烷聚合物和多官能硅氧烷交聯(lián)劑，同時(shí)添加催化劑、補(bǔ)強(qiáng)劑、增粘劑、顏料及輔助調(diào)節(jié)劑等，經(jīng)復(fù)配、混合、均化成在室溫濕氣（或雙組分混合）下能縮合固化的液體硅橡膠，有以下性能特點(diǎn)：

①優(yōu)異的耐老化性能,使用壽命遠(yuǎn)優(yōu)于同類密封材料。

②極好的柔韌性,斷裂伸長(zhǎng)率高達(dá)800%,可以完全適應(yīng)因溫度變化導(dǎo)致的離縫寬度變化。

③與基體的粘結(jié)性好,從而保證具有較好的防水性能。

④環(huán)境適應(yīng)性好,高溫不流淌,低溫柔韌性好,濕粘結(jié)強(qiáng)度高。

由于硅酮固化反應(yīng)受溫度影響較小，低溫下也可正常固化，符合高鐵線路夜間天窗的作業(yè)要求，且與早先使用的瀝青類嵌縫膠材料相比，硅酮的力學(xué)性能更好，耐老化性能優(yōu)異，不僅能有效解決無(wú)砟軌道封閉層嵌縫開(kāi)裂等病害，今后二次開(kāi)裂的可能性也較低，因此采取硅酮結(jié)構(gòu)膠進(jìn)行修復(fù)整治。

3.2 整治流程

（1）基面處理及嵌縫加工

對(duì)失效嵌縫進(jìn)行清理和加工，并按要求對(duì)嵌縫進(jìn)行打磨加工使見(jiàn)新面，清理出原嵌縫填充材料，使其寬度和深度滿足圖3至圖6的尺寸要求。

圖3 線間軌道板與封閉層間嵌縫尺寸

圖4 線間集水井與封閉層間嵌縫尺寸

圖5 支承層與路肩封閉層嵌縫尺寸圖

圖6 線間用C25混凝土封閉，沿線路方向每5 m橫向縫嵌縫尺寸圖

（2）界面劑涂刷

將縫內(nèi)混凝土表面的灰塵、浮漿等雜物清理干凈，并涂刷專用界面劑，涂刷界面劑應(yīng)薄層均勻，如圖7所示。

（3）嵌縫兩側(cè)防污染處理

在接縫兩側(cè)混凝土粘結(jié)防護(hù)膠帶，防止施工過(guò)程中污染混凝土，如圖8所示。

圖7 涂刷界面劑

圖8 混凝土表面防護(hù)

（4）硅酮嵌縫材料灌注

用膠槍將嵌縫材料緩慢注入至接縫內(nèi)，確保嵌縫材料連續(xù)飽滿，內(nèi)部無(wú)氣孔或空洞，如圖9所示。

圖9 灌注嵌縫材料

圖10 表面抹平、擠壓密實(shí)

（5）表面抹平、擠壓密實(shí)

使用硅酮嵌縫材料時(shí)，灌注后，用刮刀勻壓整修嵌縫材料外形，確保表面平滑，無(wú)氣眼和缺陷，如圖10所示。

（6）成品防護(hù)及場(chǎng)地清理

嵌縫施工完成后，立即清理施工機(jī)具，運(yùn)走施工雜物，拆除防護(hù)膠帶的同時(shí)防止施工人員踩踏嵌縫。清理施工現(xiàn)場(chǎng)，如圖11所示。

圖11 拆除防護(hù)膠帶、清理施工現(xiàn)場(chǎng)

（7）注意事項(xiàng)

①CRTSⅡ板式無(wú)砟軌道是一種縱連結(jié)構(gòu)，在極端氣溫下軌道結(jié)構(gòu)應(yīng)力強(qiáng)大，應(yīng)本著“嚴(yán)檢慎修”的原則選擇合適的溫度進(jìn)行整治。施工適宜溫度5℃～30℃，避免在雨雪天施工，影響質(zhì)量，整治前應(yīng)對(duì)縫內(nèi)進(jìn)行清理，保證嵌縫整治范圍內(nèi)干燥、清潔、無(wú)灰塵。

②整治時(shí)應(yīng)注意工序安排，避免因工序不當(dāng)影響整治質(zhì)量。尤其在填密封材料灌注前應(yīng)對(duì)軌道結(jié)構(gòu)進(jìn)行防污染處理，且應(yīng)用刷子在接縫兩側(cè)均勻涂刷界面劑，待干30 min以后再灌注密封材料。

③嵌縫整治是一個(gè)系統(tǒng)工程，應(yīng)一次性徹底消除隱患，灌注時(shí)，灌注速度要緩慢均勻，避免產(chǎn)生氣泡、空洞，造成次生病害。

4 整治效果

按照上述方案對(duì)路基地段CRTSⅡ軌道板封閉層嵌縫損傷進(jìn)行整治，后期通過(guò)對(duì)底座板層端部進(jìn)行測(cè)量，發(fā)現(xiàn)注漿后底座板在列車通過(guò)時(shí)上下振動(dòng)起伏幅度只有0.10 mm左右，且沒(méi)有發(fā)現(xiàn)新的翻漿現(xiàn)象，可見(jiàn)該區(qū)段整治效果明顯。通過(guò)動(dòng)軌檢分析系統(tǒng)對(duì)比動(dòng)檢車的峰值高低及長(zhǎng)波病害有所減少，軌道幾何不平順得到一定改善。該維修方案切實(shí)可行，效果良好。

高速鐵路路基病害的形成過(guò)程較為復(fù)雜，不僅受溫度、荷載、施工因素影響，同時(shí)與日常管理養(yǎng)護(hù)修復(fù)及時(shí)性相關(guān)聯(lián)，以防止各種病害進(jìn)一步發(fā)生發(fā)展。對(duì)于高速鐵路路基病害的整治，在判明成因的基礎(chǔ)上，針對(duì)關(guān)鍵因素確定相應(yīng)的施工方案，做到因地制宜，有的放矢，及時(shí)進(jìn)行予防性整治，一定能取得理想的效果