無砟軌道路基冒漿病害整治技術研究

錢 軍 中國鐵路上海局集團有限公司安全監察室

目前，我國營運的高速鐵路中，部分線路采用了無砟軌道結構。無砟軌道路基是承載軌道和列車荷載的基礎，路基的穩定性直接影響列車的高速、安全運行。路基是由散粒體土石材料填筑而成的土工結構物，在列車動力荷載、氣候和環境（雨水、地表水、凍融）等不利因素影響下，無砟軌道路基服役狀態發生劣化，極易產生路基冒漿病害。隨著我國高速鐵路的大規模建成和投入運營，板式無砟軌道路基冒泥病害逐漸成為無砟軌道的主要結構病害之一。

某城際鐵路路基服役狀態調研結果顯示：共檢查出路基冒漿病害約1 400余處，嚴重病害約80余處，且病害有不斷發展趨勢。典型病害如圖1所示，路肩兩側流淌或殘積著由水與級配碎石層細顆粒混合成的泥漿，路肩及兩線間有灰白色泥狀物滲出，嚴重處達10 mm-30 mm厚，已引起軌道板下底座板的脫空，導致軌道高低不良和線路不均勻沉降，給高速鐵路安全運營帶來隱患，因此亟須開展板式無砟軌道路基冒漿病害整治。

圖1 典型路基冒漿病害

1 板式無砟軌道路基冒漿病害特點

無砟軌道路基冒漿病害呈現出顯著的時空特征。時間上，冒漿最為嚴重時段為降雨量較小、氣溫較低的冬、春季，而非多雨的夏季，且雨后較明顯；空間上，尤其是沿線路縱向上，冒漿現象伴隨等間隔出現，與無砟軌道伸縮縫位置高度吻合。對冒漿地段調查發現：支承層伸縮縫間瀝青填充材料與支承層混凝土間裂紋明顯，支承層與路基素混凝土封閉層間伸縮縫密封失效。

此外，無砟軌道冒漿病害發展還呈現出“初期緩慢-逐漸加速”的特征。這是由于級配的改變會導致塑性累積變形的產生，引起基床表層與底座板局部脫空，這種局部脫空又形成新的排水通道進一步加速冒漿發展，冒漿與級配碎石累積變形形成復雜耦合作用。基床冒漿惡化了路基基床對無砟軌道的支承作用，導致支承剛度下降，甚至產生局部板底空吊現象，引起軌下基礎的不平順，危及行車安全。

2 板式無砟軌道路基冒漿病害原因分析

在板式無砟軌道路基空間層狀結構體系中，混凝土支承層每隔20 m設置一條伸縮縫，一般采用膠合板塞填、瀝青乳膏澆灌封閉。長期運營過程中，在復雜自然營力和列車動力循環荷載耦合作用下，伸縮縫填充材料逐漸老化、開裂。遇降雨充沛季節時，雨水由底座板伸縮縫滲入基床表層的級配碎石中。另一方面，隨著無砟軌道運營時間和運量的增大，級配碎石之間存在摩擦粉化過程，導致部分排水系統失效。滲入至基床表層的雨水來不及從基床或排水系統中排出，滯留在基床中。

病害初期，大量來不及排出的水和級配碎石中的細顆粒在列車動荷載的高頻反復抽吸作用下，形成泥狀物，經無砟軌道底座伸縮縫、路基封閉層與無砟軌道底座間的離縫流出形成冒漿。進一步地，隨著細顆粒的流失，級配碎石層含有更多自由水。在高速列車振動作用下，級配碎石發生形變，產生較高的動水壓力。動水壓力通過結構縫間消散，同時也帶走了級配碎石層中較多的細顆粒乃至粗顆粒，導致底座板下部進一步脫空，病害加劇。

3 板式無砟軌道路基冒漿整治技術

3.1 板式無砟軌道路基冒漿整治思路

根據無砟軌道路基冒漿病害特點，結合運營線無砟軌道天窗修的要求，提出一種以“防水密封、疏通排水、注膠填充”為原則的板式無砟軌道路基冒漿整治技術。即對冒漿地段采用更換失效嵌縫材料，疏通板面排水通道，防止雨雪水堆積，并對冒漿區段離縫進行注膠填充相結合的處理方案。

（1）防水密封

采用嵌縫材料將支承層伸縮縫和線間封閉層伸縮縫進行重新填縫密封，切斷水進入無砟軌道結構內部通道。為了確保伸縮縫密封防水效果的長效性，應清除伸縮縫內失效嵌縫材料，采用硅酮或聚氨酯類嵌縫材料重新填縫密封。

（2）疏通排水

為解決雨量過大或泄水孔被石塊等堵塞時，排水緩慢或完全不能排水進而導致水從軌道板層間滲出的問題，對路基地段線間泄水孔進行疏通排水處理，將線間自然降水引入線間集水井，并盡快排出路基外，防止雨水滲入路基本體。

（3）注膠填充

對因長期冒漿而形成的底座板空吊，采用高性能快速固化灌漿材料填實支承層底部縫隙、孔洞，恢復線路穩定性與平順性。一般采用低粘度樹脂材料或聚合物水泥漿對支承層與級配碎石層間的縫隙進行注膠填充，改善基床受力狀態，恢復線路平順性，抑制層間冒漿的進一步惡化。

3.2 板式無砟軌道路基冒漿整治工藝

（1）封閉水進入路基本體通道

采用高性能嵌縫材料對所有可能形成通道使水進入板式無砟軌道結構內部的伸縮縫進行防水封閉，包括線間封閉層與軌道板伸縮縫、路肩封閉層與支承層間伸縮縫、軌道板與充填層離縫等，切斷外界水進入通道。

施工時需將伸縮縫內原熱熔瀝青嵌縫材料清理干凈，使伸縮縫兩側混凝土干燥無浮灰，根據需要設置嵌縫板，并在表面填充有機硅或聚氨酯嵌縫材料。

（2）疏通排水系統

對路基基床表層已有的存水，采取引流排水措施將其徹底排干。同時對路基地段線間泄水孔進行疏通，引排滲入基床的中水，防止雨雪水倒灌進入支承層與充填層離縫內部浸泡路基。此外作為預防措施，設置排水通道，使有可能進入路基基床表層的水通過通道排出。

（3）路基本體離縫注漿

在冒漿區域離縫中灌注低粘度樹脂材料，縫隙較大時可采用具有粘結強度的聚合物水泥漿，填充支承層與基床表層之間的空隙，恢復路基本體強度。

無砟軌道路基離縫注膠工藝選擇斜向注膠和垂直注膠相結合的工藝，斜向注膠主要針對路基冒漿病害較嚴重，支承層與路基離縫、縫隙較大的注膠填充；垂直注膠用于路基冒漿病害較輕微的支承層與路基離縫的注漿填充。斜向注膠孔設置間距以50 cm-100 cm為宜，鉆頭與支承層底部保持水平，確保注漿孔與支承層底部離縫形成暢通的注漿通道。

3.3 板式無砟軌道路基冒漿整治材料

路基冒漿整治所用注膠材料宜選用雙組份低粘度樹脂材料。一般采用雙組份聚氨酯注膠材料，注膠材料應滿足如下要求：①具有較低的粘度及表面張力，粘度小于50 mPa?s，可以滲透到微細的離縫中；②凝膠時間小于10 min，2 h抗壓強度大于15 MPa，可在較短的天窗時間內完成修補，并達到通車要求；③具有較好的環境適應性，在較低溫度及潮濕環境中條件下仍能較快固化；④具有較高的粘結強度、抗拉強度和抗壓強度，7d粘結強度大于5 MPa，7d抗壓強度大于50 MPa；⑤具有較好的彈韌性，可以對結構起到較好的填充補強作用。

針對離縫較大處，一般采用聚合物水泥漿進行填充，聚合物水泥漿應滿足如下要求：①具有很好的流動性，便于填充灌注施工；②彈性模量低于混凝土、高于基床級配碎石表層，可改善基床表層和混凝土支承層間的受力性能；③具有親水性和滲透性，能夠帶水作業與內部殘留水（泥）產生很好的接觸反應，改善已經部分粉漿化的基床級配碎石表層；④與混凝土間具有一定的粘結性；⑤強度、耐久性不低于級配碎石層。

高性能嵌縫材料一般為有機硅酮或聚氨酯類，應滿足如下要求：①具有一定觸變性，既能夠在水平接縫中使用也能夠在立面或曲線段接縫環境中使用；②環境溫度敏感性低，可以在-5℃~30℃環境下施工；③接縫跟隨性好，具有極高的斷裂伸長率和彈性復原率，斷裂伸長率大于800%，彈性復原率大于90%，能夠滿足不同溫度下接縫的變形行為；④與基體粘結強度高，能夠滲透到水泥基材料內部毛細孔中，與無砟軌道水泥基材料基體具有很高的粘結強度，達到防水、防腐蝕介質侵入的目的。

4 結論與建議

（1）無砟軌道層間冒漿病害發展速度較快，會嚴重影響線路狀態，造成軌道平順性下降，降低無砟軌道混凝土結構耐久性，成為高速鐵路安全運營的隱患。

（2）路基冒漿病害是現階段板式無砟軌道較為典型的結構病害之一，為確保無砟軌道安全服役，提出了采用“防水密封、疏通排水、注膠填充”的無砟軌道路基冒漿整治技術。

（3）建議對板式無砟軌道路基冒漿整治技術進行推廣應用，并對整治效果進行長期跟蹤觀測，驗證整治效果的長效性，在規模化應用中，進一步優化完善整治技術。