高速鐵路CRTSⅡ型軌道板傷損分析及更換研究

喬 成 中國鐵路上海局集團有限公司上海高鐵維修段

1 CRTSⅡ軌道板傷損成因

高速鐵路CRTSⅡ型無砟軌道最大的特點為板式縱聯(lián)，主要由鋼軌、扣件系統(tǒng)、精打磨混凝土軌道板、CA砂漿、側(cè)向擋塊及支撐層（或底座板）等組成。結(jié)合運營養(yǎng)修實踐，目前CRTSⅡ軌道板傷損的主要成因可歸納如下：

1.1 自然老化破損

CRTSⅡ型軌道板鋪設(shè)于線路上，長期暴露在陽光、風(fēng)雨、冰雪戶外環(huán)境，再加上高密度的列車荷載，其使用壽命內(nèi)出現(xiàn)自然老化裂紋、破損。特別是初期的軌道板裂紋未及時修補，雨水滲入，會加速其裂損。

1.2 剪力筋引起的裂損

剪力筋是通過在軌道板和底座板鉆取直徑35 mm、深380 mm～400 mm的圓孔，植入φ28 mm、長350 mm的精軋螺紋鋼或者專用銷釘，增強軌道板和底座板的連接性。這是CRTSⅡ型軌道結(jié)構(gòu)中線橋、線岔和線路終點位置經(jīng)過特殊設(shè)計的加強措施。后期，剪力筋也廣泛應(yīng)用在CRTSⅡ型軌道板脹板病害的預(yù)防和整治中。現(xiàn)場檢查發(fā)現(xiàn)個別位置沿著植筋孔出現(xiàn)裂紋，裂紋發(fā)展引起軌道板傷損。

1.3 脹板病害劈裂

高鐵養(yǎng)修實踐中，發(fā)現(xiàn)在高溫期間，有一種類似鋼軌脹軌的軌道板病害出現(xiàn)，稱之為脹板。發(fā)生脹板的位置，往往伴有軌道板的損傷，主要表現(xiàn)為寬窄接縫處軌道板劈裂。

1.4 承軌槽破損

承軌槽作為鋼軌和線路幾何尺寸的重要控制部位，其嚴(yán)重?fù)p壞直接影響軌道板的使用性能，需要更換。

1.5 外力的破壞所致

外力所導(dǎo)致的軌道板破損，主要是一些路外相撞、火災(zāi)、上跨橋異物墜入等導(dǎo)致的軌道板傷損情形。例如2018年1月25日京滬高鐵滁州站動車火災(zāi)事故引起的軌道板燒傷、損壞。

2 換板的組織原則

2.1 安全第一原則

CRTSⅡ型軌道板的更換屬于一項重要的高鐵營業(yè)線施工項目，必須堅持安全第一的原則，各項方案和施工步驟都要首先考慮安全，既要包括人的安全，也包括設(shè)備的安全。

2.2 質(zhì)量達(dá)標(biāo)原則

這是施工的技術(shù)要求，要確保施工備品備件質(zhì)量、現(xiàn)場作業(yè)的標(biāo)準(zhǔn)等指標(biāo)達(dá)標(biāo)，符合驗收標(biāo)準(zhǔn)。

2.3 正點開通原則

施工必須仔細(xì)調(diào)查和計算工作量，編制詳細(xì)的施工方案，制定周密的計劃和與之匹配的作業(yè)工序，確保當(dāng)日天窗結(jié)束正點開通線路和圖定列車的不間斷運行。

3 兩種技術(shù)方案探討

根據(jù)剝離軌道板上部鋼軌的不同方式，CRTSⅡ型軌道板更換可選用兩種不同的方法，兩種方法優(yōu)缺點比較見表1。

表1 兩種換板法的技術(shù)方案比對表

3.1 鋸軌更換法

先確定需要更換的軌道板，將其相對應(yīng)范圍內(nèi)的鋼軌切割移入切口兩端道心，進行軌道的起吊更換作業(yè)，作業(yè)期間設(shè)置普通鋼軌接頭恢復(fù)線路，換板結(jié)束后，再進行鋼軌焊接施工，恢復(fù)無縫線路。

3.2 撥軌更換法

將換板相對應(yīng)延長范圍內(nèi)的鋼軌橫向向兩側(cè)撥移后固定，留出換板作業(yè)面，供軌道板起吊作業(yè)，待換板作業(yè)結(jié)束，再將鋼軌撥入承軌槽，恢復(fù)無縫線路。

4 換板的主要工藝流程

4.1 施工前準(zhǔn)備

（1）原始數(shù)據(jù)采集。主要是基于CPⅢ基準(zhǔn)網(wǎng)，利用全站儀和軌道測量小車測量換板地段線路幾何尺寸、軌道板平面和高程等數(shù)據(jù)，為后期新板復(fù)位精調(diào)提供數(shù)據(jù)支持。

（2）現(xiàn)場標(biāo)記標(biāo)注。對換板區(qū)段的線路扣件規(guī)格型號進行標(biāo)記，便于施工結(jié)束零配件原位安裝。對要換的軌道板與相鄰軌道板的位置關(guān)系進行標(biāo)注，同時對新軌道板同一位置進行標(biāo)注，便于后期軌道板從軌道車平板吊入時初步定位。

（3）扣件復(fù)緊。無論采取鋸軌還是撥軌法，均需對鋼軌移位活動端以外的區(qū)段兩端各100 m范圍的扣件進行復(fù)緊。

（4）軌道板錨固。CRTSⅡ型軌道板更換需要解鎖寬窄接縫，在更換前必須對預(yù)更換板位前后的軌道板進行植筋錨固。植筋板數(shù)和每塊板的植筋數(shù)需根據(jù)換板時氣溫、鎖定板溫、換板數(shù)量、換板地段線型條件等進行專門的設(shè)計檢算后確定。

（5）鋼軌切割鉆孔。主要是針對鋸軌換板法，正式換板前切割鋼軌，插入不短于20 m的短軌，按P60夾板規(guī)格鉆出螺栓孔，設(shè)置“兩軌三縫”接頭。鋸軌點選擇既要考慮作業(yè)面的需要，還要考慮現(xiàn)場已有焊接接頭的位置。

4.2 換板主體作業(yè)

這是Ⅱ型板更換的核心階段，因單個天窗作業(yè)時間有限，為確保當(dāng)日天窗結(jié)束后正點開通線路，部分流程在施工期間需重復(fù)循環(huán)進行。

（1）接觸網(wǎng)停電。該項施工涉及軌道吊機起吊作業(yè)，需要接觸網(wǎng)停電配合，如鋸軌或者區(qū)段內(nèi)有電容、應(yīng)答器等電務(wù)設(shè)備，還需要電務(wù)人員配合。

（2）寬窄接縫鑿除。利用電鎬或風(fēng)鎬鑿除寬窄接縫，更換一塊板鑿除2個接縫，連續(xù)更換N塊板需要鑿除N+1個接縫。鑿除過程不得損壞非更換板端部和張拉鎖件的完整。同一天窗內(nèi)不換入新板的情況下，鑿除接縫后不拆除張拉鎖件。

（3）安裝扣壓裝置。在支撐層或者底座板預(yù)埋倒L型調(diào)節(jié)組件，扣壓軌道板，對軌道板起到空間限位的作用，確保未縱聯(lián)鎖定的軌道板不失穩(wěn)。這一步驟在換板施工中要出現(xiàn)兩次：一次在寬窄接縫鑿除后，舊板未更換前扣壓舊板。一次是在換板后，寬窄接縫未澆筑完成前，扣壓新板。

（4）鋼軌移位。鋸軌法的鋼軌移位較為簡單，直接把已經(jīng)切割改為普通接頭的鋼軌拆除，縱向移入道心。撥軌法需要把換板地段前后50 m線路扣件松開，用撬棍和撐軌器把鋼軌向道心外側(cè)撥出，確保不阻擋軌道板起吊后，固定鋼軌。固定已撥出鋼軌是關(guān)鍵，要借助鄰線鋼軌和本線電氣化立柱、使用方木和撐軌器固定，防止作業(yè)過程鋼軌彈回。

（5）零配件拆除。主要是張拉鎖件、扣件、信號設(shè)備和其他過軌設(shè)備配件的拆除。

（6）舊板吊出。施工過程軌道吊配合作業(yè)，舊板直接吊裝到軌道車平板上。起吊作業(yè)前吊機停于鄰線對應(yīng)位置，架設(shè)穩(wěn)固液壓支腿，檢查確認(rèn)起吊繩索捆扎牢固。起吊過程中吊臂下嚴(yán)禁站人，控制起吊高度，防止碰傷接觸網(wǎng)設(shè)備。

（7）CA砂漿層鑿除。舊板起吊后，鏟除CA砂漿層，清理干凈并烘干支撐層或者底座板。

（8）新板吊入復(fù)位。利用重型軌道吊將新板吊入換板位置，落板過程需要地面技術(shù)人員利用之前的標(biāo)線和接縫處對中孔位，進行初步對位。

（9）軌道板精調(diào)。安裝精調(diào)爪，通過擰動精調(diào)爪的縱向、橫向螺桿，對軌道板位置進行豎向、橫向調(diào)整。調(diào)取前期采集的測量數(shù)據(jù)，使用全站儀和精調(diào)三角架進行軌道板精調(diào)。

（10）砂漿層灌注。根據(jù)板下灌注空間體積計算聚合物水泥砂漿用量，準(zhǔn)確稱量灌注所需的水泥砂漿原材料，采用專用的聚合物水泥砂漿攪拌機對砂漿進行攪拌，攪拌完成后迅速進行工作性能檢測，檢測合格后立即進行砂漿灌注；灌注完成后30 min檢查聚合物水泥砂漿固化情況，后拆除封邊材料及精調(diào)爪。

（11）寬窄接縫澆筑。灌漿后砂漿強度大于9 MPa進行軌道板縱向連接，從中間至兩邊對稱張拉軌道板張拉鎖（張拉初始扭矩控制200 N.m，逐步循環(huán)增加至450 N.m），安裝接縫鋼筋并進行絕緣處理，安裝側(cè)模后灌注板間接縫及灌漿孔混凝土，混凝土初凝后，進行潤濕養(yǎng)護。

（12）鋼軌復(fù)位。鋸軌法鋼軌復(fù)位需要切除兩端螺孔部位，配置新軌，把新的短軌移入承軌槽，安裝扣件，對軌焊接，打磨接頭，焊縫探傷。如果當(dāng)日天窗時間來不及焊接，采用普通夾板插入原短軌。使用撥軌法需要從兩端向中間同步撥軌入槽，安裝扣件，恢復(fù)無縫線路。

4.3 施工后細(xì)整

（1）板底離縫注漿。檢查新?lián)Q板地段砂漿灌注的密實性，對板邊緣不密實處所進行封邊、注漿。

（2）線路精調(diào)。通過測量數(shù)據(jù)、擬合線型，對換板地段及前后線路平面、高程進行精調(diào)，恢復(fù)線路幾何尺寸到驗收標(biāo)準(zhǔn)。如采用鋸軌法，還需對焊縫接頭平直度進行測量和精打磨。

5 換板的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)

5.1 軌道板錨固植筋標(biāo)準(zhǔn)

（1）鉆孔直徑為32 mm，鉆孔應(yīng)垂直于軌道板板面進行，允許偏差1°。鉆孔深度路基段L=400 mm、橋梁段L=380 mm，誤差±10 mm。植筋采用 HCC-DCTφ27銷釘，銷釘長 L=350 mm，誤差為±5 mm。

（2）鉆孔放樣尺寸：中心距離軌道板橫向中心線205 mm，距離擋肩166.6 mm。對于砂漿厚度大于30 mm的地段，鉆孔及錨固鋼筋的長度應(yīng)增加實際砂漿層厚度減去30 mm量。

5.2 寬接縫混凝土材料性能標(biāo)準(zhǔn)（見表2）

表2 寬接縫混凝土修補材料主要性能指標(biāo)

5.3 軌道板的精調(diào)標(biāo)準(zhǔn)

（1）全站儀豎向、橫向定向誤差均應(yīng)不大于1 mm，縱向定向誤差應(yīng)不大于10 mm。

（2）軌道板精調(diào)后要達(dá)到的豎向、橫向精度≤0.3 mm，縱向精度≤10 mm。

（3）軌道板調(diào)整后水平和豎向彎曲均應(yīng)不大于0.5 mm，相鄰軌道板間豎向和橫向差均應(yīng)不大于0.4 mm。

6 應(yīng)急措施

按照營業(yè)線施工管理辦法，CRTSⅡ型軌道板的更換施工必須編制施工安全防護專項方案和應(yīng)急預(yù)案，作業(yè)人員特別是施工負(fù)責(zé)人和把關(guān)干部要熟悉預(yù)案中的應(yīng)急處置流程，確保出現(xiàn)起吊失敗、勞動傷害等緊急情況后立即啟動應(yīng)急預(yù)案，使各種不良后果降低到最小。

7 結(jié)束語

通過對CRTSⅡ型軌道板傷損成因的分析和其更換技術(shù)的研究，本文總結(jié)出基于鋸軌和撥軌兩種不同方式的CRTSⅡ型軌道板換板技術(shù)。CRTSⅡ型板換板技術(shù)同樣對無砟軌道中的CRTSⅠ、CRTSⅢ型軌道板的更換有參考價值。受大機更換長軌啟發(fā)，建議鐵路部門會同科研單位、廠家共同研發(fā)可更換軌道板的大型養(yǎng)路機械，實現(xiàn)高鐵換軌的機械化、智能化，以提升高鐵養(yǎng)修的現(xiàn)代化水平。