基于繩鋸切割的高速鐵路縱連板式無砟軌道支承層修復技術

張志遠

（中國鐵路上海局集團有限公司上海高鐵基礎設施段，上海 200439）

CRTSⅡ型板式無砟軌道是目前已運營的高速鐵路中應用較廣的軌道結構型式之一。該類型無砟軌道的使用主要集中在華東地區［1］。支承層是CRTSⅡ型板式無砟軌道的關鍵結構。在軌道結構服役階段內，特別是在持續的溫度梯度作用下，支承層自身薄弱部分會出現斜裂上拱，嚴重影響無砟道床結構耐久性和列車運營安全［2］。對于支承層斜裂上拱病害，目前多采用基于鋼墊梁臨時支撐的無砟道床支承層傷損整治技術，其主要工藝為：鋼軌切割、軌道板移出、砂漿清理、鋼墊梁臨時支撐、傷損支承層修復、軌道板復位、砂漿層灌注等［3］。該技術安全風險控制難度較高，工序繁瑣，整治周期長，須有多種大型設備配合，成本較高。因此，如何實現快速、高效、安全的CRTSⅡ型板式無砟道支承層傷損整治是亟待解決的問題。本文對CRTSⅡ型板式無砟軌道支承層傷損原因進行分析，提出基于繩鋸切割的支承層傷損整治成套技術，通過現場工程應用驗證整治技術的有效性。

1 支承層斜裂上拱原因

支承層斜裂上拱屬突發性傷損，全部發生在夏季高溫時段，傷損部位全部存在施工缺陷。支承層斜裂多呈30° ～45°，裂縫寬度較大（約1 ～5 mm）［4］。支承層斜裂上拱病害會造成軌道上拱，線路平順性下降，必要時須采用限速措施，嚴重影響列車運營安全。支承層斜裂上拱還會將上部結構頂起，出現砂漿層離縫、軌道板裂縫等病害，導致軌道結構耐久性下降。

中國鐵路上海局集團有限公司管轄范圍內華東地區的CRTSⅡ型板式無砟軌道多處于亞熱帶季風氣候和溫帶季風氣候，夏季持續時間較長，極端高溫天氣頻繁。路基段CRTSⅡ型板式無砟軌道支承層為長連續澆筑結構，夏季高溫時，軌道結構會產生明顯的溫度力。同時，在支承層施工縫等位置存在局部缺陷，缺陷處的支承層無法承受溫度力的傳遞，在溫度力作用下支承層拱起被破壞，出現斜向貫通裂縫。

2 支承層原位置換技術

2.1 技術原理

繩鋸利用繩鋸木斷原理，采用液壓帶動金剛石鏈條快速旋轉的方式摩擦切割混凝土［5］，并通過鉆孔、導輪等設置控制鏈條的環切方式，從而對各種結構形式、結構部位的混凝土進行精準切割。

支承層處于無砟道床與路基本體之間，80%以上的部位無砟道床完全遮蔽。常規的混凝土破除技術須在揭板情況下實施，對軌道結構擾動大，整治效率低。利用繩鋸切割可在無砟道床側面對處于隱蔽結構的支承層進行水平和豎向切割。支承層被切割成若干小塊后，可從側向直接移除、澆筑支承層，實現支承層快速原位置換，達到無砟道床“微創整治”要求。

2.2 置換工藝

基于繩鋸切割的支承層原位置換工藝見圖1。

圖1 置換工藝流程示意

封閉層切割鑿除，軌道板植筋錨固，鉆取繩鋸施工孔為準備工作。封閉層切割鑿除為繩鋸切割提供作業空間；支承層置換區域兩端軌道板植筋錨固保證了整治過程中的道床結構穩定；在支承層置換區域兩端的支承層與砂漿層界面、支承層中部及底部鉆取橫向水平繩鋸施工孔，為后續繩鋸鏈條穿入形成閉合切割環路、將支承層分割成為多個便于移除的混凝土小塊提供作業條件。

支承層混凝土橫豎向切割、水平移除、聚合物混凝土及聚合物水泥砂漿澆筑為關鍵施工。繩鋸切割鏈條根據施工孔位設置穿入，并通過鏈條導向輪接入繩鋸主機形成閉合切割環路，可在無砟道床側向實現支承層混凝土快速切割。通過繩鋸橫向和豎向水平切割，將支承層分割成多個寬度不大于1 m、厚度不大于20 cm的混凝土塊，如圖2所示。

圖2 繩鋸切割示意及支承層切割后狀態

采用千斤頂頂推及牽引器牽拉相結合的方式從無砟道床側向將切割后的支承層混凝土塊水平移除。若上部砂漿層出現離縫等傷損，則鑿除后一并移除，如圖3所示。

圖3 支承層混凝土水平移除

將移除部位兩側的支承層混凝土界面鑿毛并進行植筋處理。根據更換支承層實際規格支立模板，采用聚合物快硬混凝土重新澆筑支承層，澆筑高度與支承層上表面平齊。在混凝土終凝前，對寬出軌道板外側的支承層設置不小于6%的排水坡。待支承層表面硬化后，支立模板采用聚合物水泥砂漿對移除的砂漿層進行澆筑。

離縫注漿、封閉層修復、線路鋼軌精調及恢復線路為恢復施工，即恢復無砟道床正常服役狀態。

2.3 關鍵材料

支承層的移除、澆筑須在1 個天窗內完成。支承層的移除和澆筑量較大，一般為3.5 ～6.5 t，須消耗約40%的天窗時間進行支承層移除、廢渣和原材料搬運工作。為保證當日線路正常開通，還須消耗約15%的天窗時間清理現場。支承層澆筑及初凝只能占用天窗時間的45%，而且當第一輛列車通過時澆筑的支承層應具備列車安全通過的承載能力。同時，為保證整治后的長效性，澆筑后的支承層抗開裂性能應較好，與兩側原支承層混凝土黏結牢固，并具有較低的彈性模量，確保在長期周期疲勞荷載作用下保持良好的整體性。因此，支承層澆筑用聚合物混凝土是支承層置換施工的關鍵材料，其性能應滿足表1要求。

表1 支承層混凝土快速修復材料性能指標

3 技術應用

中國鐵路上海局集團有限公司采用基于繩鋸的支承層原位置換技術已對多處支承層斜裂上拱進行有效整治，2018年完成支承層斜裂上拱整治5處，2019年完成9處，2020年完成8處。

該技術安全可控，對上部結構無擾動，整治過程中無砟軌道狀態良好，軌道線形保持穩定，滿足TG/GW 115—2012《高速鐵路無砟軌道維修規則》中的設備保養要求。整治后無砟道床支承層工作狀態良好，結構服役狀態健康，整治長效性優，整治至今未出現異常，如圖4所示。

圖4 支承層斜裂上拱整治效果

4 結論

1）夏季高溫時，軌道結構產生溫度力，導致施工缺陷處的支承層破壞，造成支承層斜裂上拱。支承層斜裂上拱是一種突發性傷損，會引起軌道上拱、砂漿層離縫等次生病害，嚴重影響無砟道床結構耐久性及列車運營安全。

2）基于繩鋸切割的支承層原位置換技術在“不揭板”的情況下，在無砟道床側面即可對處于隱蔽的支承層進行置換，實現支承層斜裂上拱的“微創整治”。該技術關鍵工藝為：首先利用繩鋸從無砟道床側向將支承層分割成便于移除的混凝土塊，其次通過頂拉相結合的方式將混凝土塊移除，最后采用快硬、低彈模聚合物混凝土澆筑支承層。

3）現場應用驗證，基于繩鋸切割的支承層原位置換技術對無砟道床上部結構擾動極小，技術安全性和施工效率高，整治長效性好，適用于傷損支承層的規模化整治，為未來支承層大修提供堅實的技術支撐。