無砟軌道道床斷裂影響分析及機械化整治技術研究

黃 嘉，王君瑞，孟 蝶，李 勤

(1.成都地鐵運營有限公司，四川 成都 610031) (2.中鐵成都軌道交通健康管理技術有限公司，四川 成都 610032)

無砟軌道具有結構簡單、穩定性高、壽命長等優點，廣泛應用于我國高速鐵路和城市軌道交通工程[1-3]。在長期列車荷載、外部環境等作用下，無砟軌道的混凝土結構會發生疲勞損傷，從而出現道床開裂/斷裂、道床離縫、軌枕破損等結構問題[4-7]，會降低軌道結構承載能力，給列車運行的穩定性和安全性帶來隱患。

目前國內無砟軌道結構病害的研究和治理主要集中在CRTS-Ⅰ型板、CRTS-Ⅱ型板、CRTS-Ⅲ型板和雙塊式無砟軌道，對普通縱向承軌臺短軌枕道床病害治理的研究較少。因此，針對某線路普通縱向承軌臺短軌枕道床斷裂傷損，進行病害特征分析、病害區域軌道靜態幾何形位測量分析和機械化整治技術研究，對完善無砟軌道結構病害治理技術具有重要意義，同時具有極大的推廣應用價值。

1 道床斷裂傷損現狀

該無砟軌道線路位于橋梁段，采用普通縱向承軌臺短軌枕道床結構設計，軌道結構高度520 mm，道床采用C40現澆鋼筋混凝土結構，如圖1所示。道床斷裂傷損位置位于圓曲線段，曲線半徑450 m，外軌超高120 mm，軌底坡1∶40，設計坡度為28‰，列車運行方向為上坡。

根據現場調研，該無砟軌道線路道床斷裂傷損特征主要表現為：1)道床橫向斷裂，斷裂面存在掉塊、露筋，如圖2所示。2)鋼軌嚴重波磨、擦傷，如圖3所示。3)軌枕縱向斷裂、松動。 4)道床下部離縫，如圖4所示。

圖1 圓曲線段軌道結構示意圖

圖2 道床橫向斷裂

2 軌道靜態幾何形位影響分析

分別對病害所在里程范圍內軌道結構的軌距、曲線超高、軌底坡、縱坡、曲線正矢、傷損道床混凝土回彈強度進行測試分析[8]。

1)軌距、曲線超高、軌底坡、縱坡的測量分析。

針對道床斷裂傷損所在的曲線及兩端各延伸20 m范圍內分別進行了軌距、曲線超高、軌底坡、縱坡測量。其中道床塊斷裂傷損區域按照每5個軌枕測量一次，其他區域按照每25個軌枕測量一次，共計測量92處。

圖3 鋼軌磨損

圖4 道床離縫

軌距測量結果表明，共有7處大軌距超限，其中有4處位于傷損道床塊附近；共有75處是大軌距，占比81.5%。說明在較大橫向力作用下，軌距呈增大趨勢。

曲線超高測量情況如圖5所示。由圖可知，病害范圍內的圓曲線段超高符合設計要求，同時在緩和曲線段實現超高值的逐漸過渡，不存在曲線段超高異常。

圖5 曲線超高測量情況

軌底坡測試情況如圖6所示。結果表明，曲線外側鋼軌軌底坡坡度大于1∶40的占比達42.4%，軌底坡坡度小于1∶40的占比達40.2%，其中反坡占比達29.3%。累計有76處外側鋼軌軌底坡不符合設計要求，占比超過82%；曲線內側鋼軌軌底坡坡度大于1∶40的占比達67.4%，軌底坡坡度小于1∶40的占比達23.9%，其中反坡占比達17.4%。累計有84處內側鋼軌軌底坡不符合設計要求，占比超過90%。位于病害范圍內的曲線段內外側鋼軌軌底坡變化不一致，協調性差，會加劇列車運行的不平穩性，進而使得列車運行過程中對軌道結構的橫向荷載增大，加劇鋼軌磨損。

圖6 內外側軌底坡測試情況

病害范圍的軌道內外側鋼軌頂面縱坡測量情況如圖7所示。軌道內外側測量點各68處，其中外側鋼軌頂面縱坡大于28‰的占比達29.4%，小于28‰的占比達70.6%；內側鋼軌頂面縱坡大于28‰的占比達82.4%，小于28‰的占比達17.6%。兩側鋼軌頂面坡度變化差異明顯且波動幅度較大，將導致列車運行過程中對軌道的沖擊荷載變大，同時加劇鋼軌磨耗。

圖7 病害范圍軌道內外側鋼軌頂面縱坡變化

2)病害范圍內曲線正矢分析。

針對道床斷裂傷損所在的曲線范圍，分別選取4個測點進行緩和曲線正矢測量，測點編號為1～4，其中測點4為緩圓點，測試結果如圖8所示。分別選取20個測點進行圓曲線正矢測量，測點編號為1～20，測試結果如圖9所示。

根據圖8可知，緩和曲線內外側正矢差值大于規范允許值，已超限。根據圖9可知，圓曲線內外側正矢差的最大最小差為14.5 mm，遠大于規范要求的5 mm，60%的圓曲線內側正矢連續差值大于規范要求的4 mm。此外由于病害所在曲線段的正矢值偏差較大(相對設計值)，若不及時進行處理，將會導致列車運行過程中對軌道結構的橫向力增加，進而使得一定范圍內的鋼軌軌距變大，同時引起外側鋼軌的側向磨耗增大。

圖8 緩和曲線內外側正矢差值

圖9 圓曲線內外側正矢差值和連續差值

3)病害范圍內無砟道床混凝土回彈強度分析。

采用回彈法對病害部位道床混凝土的回彈強度進行了測量分析，分別選取2個測區，每個測區5個測點，取每個測點的平均測值為該測點的測量結果，2個測區的混凝土碳化深度均為2.32 mm，回彈強度測量結果如圖10、圖11所示。測量分析結果表明，病害部位道床混凝土回彈強度均大于40 MPa，符合設計要求。

圖10 測區1道床混凝土回彈強度

圖11 測區2道床混凝土回彈強度

3 道床斷裂傷損整治工藝

根據道床斷裂傷損現狀及其對軌道靜態影響分析結果，結合無砟軌道結構特點及運營線施工的特殊性，提出道床斷裂傷損整治技術為：道床離縫注漿，橫向限位，植筋錨固，軌道結構修復，防水處理。具體施工工藝流程如圖12所示。

圖12 工藝流程圖

1)道床離縫注漿。采用自主研發的快速固化、無收縮的道床離縫專用化學灌漿材料，在一定注漿壓力下，對道床下部離縫進行注漿填充，確保注漿填充飽滿。

2)橫向限位。在斷裂傷損道床曲線外側安裝3個角鋼以起到橫向限位作用，如圖13所示。采用植筋膠將φ20 mm倒錐形定型錨栓植入預埋孔內，擰緊配套螺栓，緊固角鋼，限位效果如圖14所示。

圖13 橫向限位示意圖

3)軌道結構修復。更換破損軌枕，修復道床塊破損區域。

圖14 限位裝置安裝效果

4)植筋錨固。結合道床混凝土表面鋼筋探測結果及道床設計配筋圖，合理布置錨固孔，錨固孔布置如圖15所示。采用φ28 mm帶肋鋼筋，對斷裂傷損道床與下部結構進行植筋錨固，加強其與下部結構的連接作用。

圖15 錨固孔布置示意圖

5)防水處理。采用自主研發的HM-10型柔性表面封閉材料(材料拉伸強度>10 MPa，斷裂伸長率>800%)，對道床離縫和新舊混凝土接縫進行表面防水處理。

根據近一年對現場治理施工效果的跟蹤調查，整治效果良好。

4 結論

針對某無砟軌道線路道床斷裂傷損，本文開展了病害特征、軌道靜態影響分析和機械化整治技術研究，主要結論有：1)某普通縱向承軌臺短軌枕無砟軌道線路道床斷裂傷損特征主要有道床橫向斷裂、掉塊、露筋，鋼軌嚴重波磨、擦傷，軌枕縱向斷裂、松動，以及道床離縫等病害，嚴重影響軌道結構服役性能，威脅行車安全。2)通過現場軌道靜態測試分析表明，病害位置的軌道幾何形位嚴重不良，是導致道床斷裂傷損的重要因素。3)根據道床斷裂傷損特征及其對軌道靜態影響分析結果，提出了綜合性的整治技術方案，對道床離縫進行注漿填充，對軌道結構進行限位、加固，并開展了現場治理施工，整治效果良好，對于類似無砟道床的治理具有參考和推廣意義。