雙塊式無砟軌道軌枕傷損病害整治技術及實踐

曹永博 中國鐵路上海局集團有限公司合肥工務段

雙塊式無砟軌道是高速鐵路無砟軌道的一種主要結構形式,合武高鐵作為我國率先開通運營的高速鐵路，自2009年4月1日正式運營以來近10年之久，隨著運營時間的增長，由于混凝土逐漸老化、結構力變化等造成幾座長大隧道鋪設的CRTSⅠ型雙塊式無砟軌道軌枕產生開裂、掉塊、破損等病害。本文就CRTSⅠ型雙塊式無砟軌道軌枕病害整治技術及實踐經驗進行闡述，為后期同類型病害的整治提供借鑒經驗。

1 病害現狀

1.1 設備狀況

（1）該段高速鐵路于2005年開工建設，2009年開通運營，正線線間距4.6 m，最大坡度6‰，設計速度250 km/h。

（2）軌道結構以有砟道床為主，其中在紅石埂、金寨和紅石巖等三座隧道長大隧道鋪設CRTSⅠ型雙塊式無砟軌道，道床板均采用C40鋼筋混凝土，道床板寬2 800 mm，長6 230 mm，軌枕間距625 mm。道床板采用雙層配筋，上下層縱橫向鋼筋均采用直徑為20 mm的I級鋼筋。下層縱向鋼筋為18根，兩側最外側兩根鋼筋間距為120 mm，中間16根鋼筋間距為156 mm；橫向鋼筋間距為200 mm，上層縱向鋼筋為4根，放在雙塊式軌枕鋼筋桁架上，橫向鋼筋為兩根軌枕間一根。

（3）隧道地段CRTSⅠ型雙塊式無砟軌道由鋼軌、彈性分開式扣件、雙塊式軌枕、道床板、底板等組成。采用U75V 60 kg/m百米定尺長鋼軌，隧道內正線采用潘得路SFC型扣件，軌枕采用肆線-0701型雙塊式軌枕。

1.2 病害狀況

自2013年以來陸續發現合武高鐵紅石埂、金寨和紅石巖三座長大隧道鋪設的CRTSⅠ型雙塊式軌枕不同程度出現軌枕傷損，達十多處，主要形式為軌枕開裂、軌枕掉塊、軌枕與軌道板離縫，詳見圖1、圖2。

圖1 雙塊式軌枕掉塊

圖2 雙塊式軌枕開裂

2 整治方法

2.1 整治思路

針對軌枕不同類型傷損病害及傷損嚴重程度，在不破壞原有軌道線型、道床板整體結構的條件下，采取在傷損軌枕左右兩側安裝WJ-7型特殊扣件臨時處置，或采取在傷損軌枕左右兩側安裝WJ-7型特殊扣件以保證列車正常運行的情況下，對傷損軌枕進行局部鑿除修理或對嚴重傷損軌枕進行更換，形成三種整治工藝，并對每種工藝的整治優、缺點進行說明。

2.2 整治方法

方法一：采取WJ-7型特殊調整扣件進行預加固。具體如下：

（1）在傷損的雙塊式軌枕兩側軌枕盒內安裝WJ-7型特殊調整扣件對鋼軌進行加固處理。具體在受損軌枕兩側軌枕盒道床板頂面標注出WJ-7型特殊扣件安裝位置，用角磨機將道板頂面打磨平整，使其滿足扣件安裝要求。打磨完成后，平面尺寸不小于550 mm×200 mm。利用模具進行鉆孔定位，再用水鉆垂直道床板頂面進行鉆孔，孔直徑63 mm，孔深150 mm，鉆孔完成后用水將鉆孔清洗干凈。用定位模具對套筒進行定位，配制聚合物砂漿對套筒進行預埋，待砂漿硬化達到要求后，安裝WJ-7型特殊調高扣件。

WJ-7特殊扣件的布設如圖3～5圖所示，組裝圖如圖6所示。

圖3 平面布置圖

圖4 A-A橫斷圖

圖5 縱斷面圖

圖6 WJ-7特殊調整扣件組裝圖

（2）對于輕微傷損軌枕病害可采取聚合物材料進行局部修復，防止原傷損軌枕病害進一步發展，延長其使用壽命。

（3）按《WJ-7和WJ-8型特殊調整扣件暫行技術》（TJ/GW132-2015）要求進行定期專項評估。

整治效果分析：

優點：工藝操作簡單，可較好適用于傷損較輕的雙塊式軌枕病害加固處置或用于突發性嚴重傷損病害的臨時應急處置。1個作業天窗便可處置完畢。如圖7所示。

缺點：病害本身未得到根治，需按《WJ-7和WJ-8型特殊調整扣件暫行技術》（TJ/GW132-2015）要求需定期進行專項評估，并對特殊調整扣件進行周期性動靜態檢查。

圖7 整治效果圖

方法二：采取WJ-7型特殊調整扣件進行預加固，對受損軌枕進行局部鑿除、澆筑處理，并更換扣件系統。考慮到雙塊式軌枕預制工藝的精密，尤其有擋肩軌枕對軌枕局部的修復很難達到廠制效果，故建議更換為無擋肩扣件系統。具體方法：

（1）在傷損的雙塊式軌枕兩側軌枕盒內安裝WJ-7型特殊調整扣件對鋼軌進行預加固，具體方法同方法一。

（2）拆除原扣件，鑿除傷損軌枕及其前后部分道床板混凝土，鑿除寬度和長度與原軌枕底座相同，深度至軌枕底面，鑿出的混凝土界面應垂直、水平、粗糙，在鑿除的過程中應保留原桁架鋼筋。如圖8所示。

圖8 鑿除病害軌枕

（3）制作綁扎鋼筋籠，在原軌枕處綁扎鋼筋（如圖9所示）。并在原扣件處安裝WJ-7型扣件。

圖9 綁扎鋼筋籠

（4）在傷損軌枕周邊安裝模板，對混凝土界面進行灑水濕潤，按比例配制并澆筑聚合物混凝土，振搗后抹面，使混凝土面略高出緩沖墊板底面（3～5）mm，但不得淹沒緩沖墊板。如圖10、圖11所示。

圖10 安裝模具

圖11 澆筑抹面

（5）拆除扣件，對新澆筑混凝土臺頂面進行打磨，將多余部分磨除。

（6）待混凝土達到強度后，拆除傷損軌枕前后的WJ-7型特殊扣件，并在新軌枕安裝普通WJ-7型扣件。

（7）軌道精調。對軌道線路進行精調，必要時增加軌下調高墊板或平面調整扣件，使軌道平順，滿足運營要求。

整治效果分析：

優點：對于軌枕松動、破損、失效等病害影響對鋼軌的縱橫向阻力，可采取本辦法進行維修（如圖12）。整治工藝對軌道板整體創傷面小，可在維修天窗實施，每根軌枕需要2-3個天窗，對行車安全影響較小。相對方案一進行了永久處理，并避免了《WJ-7和WJ-8型特殊調整扣件暫行技術》（TJ/GW132-2015）需定期專項評估的問題。

缺點：采取局部維修，整治后外觀效果很難達到廠制軌枕效果；使用于無擋肩軌枕整治；整治需改變原有扣件系統，采取無擋肩扣件系統。

圖12 整治效果圖

方法三：對于雙塊式軌枕松動、破損、開裂等采取其它措施不能保證無砟軌道穩定性和行車平穩性，應及時更換雙塊式軌枕。通過采用WJ-7型特殊調整扣件進行支撐過渡，對受損軌枕進行鑿除更換。具體工藝如下：

（1）在傷損的雙塊式軌枕兩側軌枕盒內安裝WJ-7型特殊調整扣件對鋼軌進行支撐。其平面布置、縱橫斷面如圖13～圖15所示。

（2）拆除原扣件，鑿除傷損軌枕及其前后部分道床板混凝土，將損壞的軌枕從混凝土道床中取出，軌枕底部鑿除不少于25 mm深的空間，并清理干凈。

圖13 平面布置圖

圖14 A-A橫斷圖

圖15 縱橫面圖

（3）對于縱向鋼筋穿過雙塊式軌枕鋼筋桁架的無砟軌道結構，切斷鋼筋并使相鄰軌枕盒的連接鋼筋裸露出來。

（4）對裸露混凝土表面進行鑿毛，對連接鋼筋表面除銹處理后，清理軌枕盒內松散顆粒及灰塵，放入新雙塊式軌枕就位。

（5）選擇合適長度、直徑的鋼筋，將其焊接道到裸露軌道板縱向連接鋼筋上。

（6）用螺桿調節器支撐雙塊式軌枕，安裝WJ-7型調整扣件，精細調整軌枕標高和左右位置，并固定。

（7）對裸露混凝土面進行潤濕處理，注入低收縮性、早強、粘結性能和流動性較好的聚合物砂漿材料，砂漿從軌枕一側注入，直至填滿整個開鑿面，整平表面，并對道床板頂面進行打磨。

（8）待混凝土砂漿達強度到30 MPa及以上后，拆除傷損軌枕前后的WJ-7型特殊扣件，重新安裝新軌枕扣件并對軌道進行精調。

整治效果分析：

優點：對傷損軌枕進行永久處理，病害從根本得到整治，相對方案二采用原廠制雙塊式軌枕，整治后可達到原有外觀。適用于軌枕病害嚴重，影響軌道結構健康及行車安全的永久性處理。

缺點：施工工藝復雜，程序較多，對道床板的創傷面積較大，整治過程需慢行，對行車組織有一定影響。

3 材料要求

灌漿材料性能指標見表1。聚合物混凝土材料性能指標見表2。

扣件下灌漿、套筒預埋材料及無砟軌道混凝土結構缺損的快速修復材料應具有固化速度快、抗開裂性能好等優點。

本次整治所采用的聚合物砂漿，以無機材料為主，經聚合物改性，輔以多種助劑，具有施工時間可調、強度發展可控等特點，能夠滿足天窗時間內灌漿、天窗時間后列車通行的要求。

（1）良好的早期施工性能。灌漿材料的工作性能能夠滿足現場施工要求，且施工時間可調。

（2）匹配的強度發展性能。灌漿材料30 min即可拆模，2 h即可達到通車所需強度要求。

（3）良好的界面粘結性。與老混凝土界面間具有較好的粘結強度，消除新老界面之間裂縫。

（4）優良的體積穩定性。灌漿材料具有較好的韌性和很低的收縮性能，抗開裂能力高。

4 注意事項

（1）由于屬運營高速鐵路作業，施工人員必須嚴格遵守各項有關安全規定。進、出施工現場，必須根據高鐵相關手續對上道人員、機工具及材料進行清點，所有工具、材料均按規定粘帖反光膜。

（2）砂漿灌注前，應進行配比試驗，對砂漿的流動度、2小時抗壓強度等指標進行測試，滿足要求后方可進行灌漿施工。

（3）施工過程中，混凝土界面務必要清理干凈，并按規定涂刷界面劑或灑水潤濕，以確保新老混凝土間的粘結力滿足要求。

（4）注漿前必須進行相關試驗，以確保能夠充填飽滿，不影響道床板的穩定和無砟軌道的使用壽命。

（5）注膠過程中，應嚴格控制注膠壓力并對軌道的變形進行監控，以確保軌道平縱斷面不發生變化，同時確保灌注的樹脂漿液充分擴散充填縫隙。

（6）施工適宜溫度5℃～30℃，低溫下施工時可加溫水進行砂漿和混凝土的拌制，澆筑完成后還應采取保溫措施進行養護。

表1 灌漿材料性能指標

表2 聚合物混凝土性能指標

5 結束語

雙塊式無砟軌道作為高速鐵路無砟軌道的一種主要結構形式，目前較多的應用于我國高速鐵路無砟軌道的鋪設，合武高鐵作為我國率先開通運營的高速鐵路，隨著運營時間增長，軌枕病害逐步出現，本文通過整治實踐，總結三種整治工藝，可為后期同類型病害整治提供借鑒經驗。