CRTSⅡ型板式无砟轨道高温胀板病害研究与整治

苗雨

摘 要：结合高速铁路CRTSII型板结构特点，分析了胀板病害的诱因，提出了此类病害防治方法与具体处置措施。

关键词：无砟轨道；轨道板；高温胀板；整治技术

引言

高速铁路CRTS II型板式无砟轨道自在京津城际铁路铺设以来，相继在京沪高速铁路、沪杭客专、京武高速铁路、合蚌客专、宁杭客专、杭甬客专、津秦客专、杭长客专和合福客专等得到了广泛的应用，实践证明了其在高速运行过程中的平稳性和舒适性较优。这是由CRTS Ⅱ型板式无砟轨道主要特点及系统结构决定的：它是由钢轨、扣件、轨道板、CA砂浆、底座板或支承层、二布一膜、锚固装置、侧向挡块等组成，其中轨道板为有挡肩、单向先张预应力混凝土预制板。

运营实践证明，CRTSII型板因纵连体系受温度影响较为明显，易产生轨道板与砂浆离缝；轨道板间宽接缝离缝；局部宽接缝破损等病害，对结构耐久性有一定影响。为解决此类现象，2013年7月在中铁十七局某高铁项目部召开的由建设、运营、设备、设计、施工等单位参加的研讨会上；通过对轨道板温度变形原理的分析，针对轨道板在高温条件下产生的综合病害，首先我们将其定名为“高温胀板病害”。其次我们在整个研讨过程中，结合现场实际病害，在研究分析了具体情况后，提出了相应的整治措施。

1 轨道板温度变形的表现形式及成因分析

CRTSⅡ型板式无砟轨道温度变形均发生在轨道板板端和板间接缝处，表现为轨道板四角离缝、高低不平顺较大、板间接缝开裂或破碎以及部分轨道板开裂、剪力钉拔出等。从气象资料看出，夏季部分地区气温均在38℃以上，最高可突破40℃，其中长江以南个别地区7月5日以来出现持续40℃以上天气。在这种气温条件，根据现场观测，轨道板白天正温度梯度（板面温度高于板底温度）能达到100℃/m，凌晨负温度梯度（板面温度低于板底温度）能达到-50℃/m（高于设计推荐的80～85℃/m和-40～-43℃/m）。轨道板实际温度梯度已经超过设计推荐值，轨道板白天中间上拱、四角下压CA砂浆层，晚上轨道板四角翘曲，轨道板容易在四个角附近产生离缝或离缝扩大，形成自由端，轨道板在极端高温作用下，集聚了大量的温度应力无法释放，使轨道板稳定性降低。部分线路轨道纵连不及时；个别处张拉锁件缺失或安装不到位、板间接缝混凝土质量不好、板间张拉及浇注混凝土时温度低等也是产生上述问题的原因所在。为解决这些问题，结合现场实际情况我们采取了以下整治措施。

2 轨道板高温胀板病害整治对策研究及材料选用

2.1 整治对策

对轨道板翘曲变形引起高低不平顺较大处所，对离缝进行注浆（胶）处理，恢复轨道板与CA砂浆的粘结力，增加对轨道板的约束；对轨道板端伸缩导致的板间接缝伤损破碎处所，进行植筋锚固、打开板间接缝、板底注浆（胶）、浇注板间接缝处理，同时，植筋位置、数量应根据现场病害实际情况进行相关计算。

2.2 整治所用材料

针对病害产生的原因及病害部位，首先选用好修补材料，使其达到快速修复、早强并能尽快恢复列车运行速度的要求。其次，依据设计基本要求，确定修补施工工艺，并根据病害具体情况和现场实际细化具体修补方案。

2.2.1 水泥乳化沥青砂浆离缝选用TK-A型修补材料。该材料是一种可快速固化的双组份注浆材料。适用于水泥乳化沥青砂浆离缝的注浆修复，尤其适合运营期天窗时间内施工使用。（见表1）

2.2.2 轨道板裂缝修补材料选用TK-B型修补材料。TK-B型修补材料具有较低的粘度，渗透性好，粘结强度高，适用于轨道板混凝土裂缝的修补。（见表2）

2.2.3 轨道板缺损修补材料

轨道板缺损修补材料选用TK-H型修补材料。该材料具有固化速度快、粘结强度高、抗压强度高等优点，有优异的抗渗、抗冻、防腐蚀性能。适用于高强度预制混凝土构件的修补。（见表3）

2.2.4 宽接缝混凝土修补材料

宽接缝混凝土修补选用TK-K型修补材料。该材料通过采用聚合物改性、粒度匹配优化、组分设计等技术途径，以无机材料为主，辅以多种助剂，具有施工时间可调、强度发展可控等特点，能够满足天窗时间内修补、天窗时间后列车通行的要求。（见表4）

3 轨道板高温胀板病害的整治与工艺

3.1 现场情况

现场病害地段里程为K173+100，多块轨道板纵向移动，局部轨道板上拱，砂浆离缝10mm～15mm，轨面高低3mm/10m～5mm/10m超限；以上拱处为中心大里程方向7块，小里程方向7块轨道板纵向移动；宽接缝混凝土破损；轨道板局部伤损；轨道板纵向移动，轨距块损害。

3.2 工艺流程图

3.3 轨道板锚固植筋数量计算

3.3.1 锚固钢筋数量n

n=F总/V

F总-温度产生的剪力-轨道板与砂浆的粘结力；V-抗剪设计值。

3.3.2 温度剪力F

每升温1℃轨道板产生的温度力

F（温度力）=E×A×△T×α=165.75kn

E-混凝土弹性模量，32500MPa；A-轨道板横断面面积，轨道板厚度*宽度：200mm*2550mm；α-线涨系数；取1*10-5

现场工况中轨道温差△T取40℃：165.75KN*40=6630KN

轨道板与砂浆的粘结力取410KN，单边取6.5块板轨道板进行植筋植筋

F总=6630-410*6.5=3965KN

3.3.3 考虑混凝土先于钢筋破坏，V值取混凝土抗剪设计值Vc，

Vc=0.65*Vc0×f×fv×fβ=0.65*88.93KN=57.8KN

Vc0-混凝土边缘破坏抗剪设计值；143.9KN；endprint

f-混凝土强度影响系数，取0.6；

fv-边、间距影响系数，取1.03；

fβ-剪力方向影响系数；取1；

单边轨道板轨道板植筋数量n=F总/V=3760KN/57.8KN=68根

最终确定破损宽接缝两边各值7块轨道板，植筋总数为136根。

3.4 钻孔

3.4.1 根据计算得知，该处病害共14块轨道板需钻孔植筋，植筋共136根。植筋布置为以伤损宽接缝为中心往大小里程算起分别钻孔植筋；8-16-10-10-8-8-8。

3.4.2 8根植筋的轨道板钻孔位置在2、4、6、8承轨台，10根植筋的轨道板钻孔在1、3、6、8、10承轨台，16根植筋的轨道板钻孔位置在1、2、4、5、6、7、9、10成轨台，钻孔孔位中心距离轨道板横向中心线205mm，距离挡肩166.6mm。钻孔深度要求为480mm，钻孔直径35mm。

3.5 植筋锚固

3.6 轨道板解锁

锚固区轨道板植筋完成并达到强度后，凿除已伤损的宽、窄接缝混凝土（板缝下砂浆不凿除），解开张拉锁件（如张拉锁件完好，则可利用原张拉锁件，张拉锁不需取出）。接缝混凝土凿除过程中采用棉絮或胶带对板端及侧面进行封堵，混凝土杂物等不得进入轨道板下离缝中。

3.7 板缝压胶及轨道板修复

在轨道板与砂浆离缝的位置用1cm的钻头钻孔，每个轨道板根据离缝大小情况单侧钻6-10个孔；在钻孔的同时，安排人员用植筋胶将板缝封闭；完成后在钻好的孔内安装专用注浆嘴和高压软管，待植筋胶固化后，用TK-A型修补材料进行板缝压胶（我们在现场整治时，现场采用热风机，加速植筋胶的凝固）。在压胶的同时，可安排人员对轨道板表面剥落、掉角等情况，采用TK-H型修补材料进行修复。注意：此处预留宽接缝两端的7、8号轨道板不进行板缝压胶。

3.8 轨道板张拉、板间接缝浇筑

轨道板解锁后，将宽接缝里的虚渣清除干净，用张拉扳手从中间向两边对称张拉，要求扭矩450N·m，张拉力50kN/根），张拉完成后，将宽接缝处清理干净，用水润湿，放入已绑扎好的接缝钢筋笼（钢筋笼必须经过绝缘测试方可使用）采用TK-K型修补材料浇注轨道板窄接缝、宽接缝。

3.9 宽接缝相邻轨道板植筋与板底注胶

待宽接缝浇筑完成后，对宽接缝相邻7号和8号轨道板植筋8根/块。轨道板植筋后，对7、8号轨道板进行板底注浆，施工全部完成后，对钢轨进行精调，使其满足平顺度要求。

4 结束语

（1）高速铁路CRTSII型板式无砟轨道板胀板现象亦在特殊的高温条件下发生，虽不常见，但发生后不及时进行整治将对线路运营造成安全隐患，此类病害在国内、外尚属首次出现，整治设计方案、整治材料、施工工艺均无经验可借鉴，本文所提及的整治措施是基于轨道板体系整体结构受力的考虑，如何在不改变轨道板纵连受力体系的条件下，对病害处进行快速、安全的修复。

（2）文中病害整治地段自2013年7月23日完成修复后，至2014年9月，经历一个高低温循环周期考验，并经运营单位认定，现场复查其轨道结构状态良好、修补材料无明显变化，轨道平顺稳定。

（3）上述处置对策表明，对高温产生的CRTSII型板出现的胀板现象我们所采用的修复方案可行、措施得力、安全、快速，可供今后借鉴。

参考文献

[1]铁道部工程管理中心.客运专线铁路无砟轨道施工手册[M].中国铁道出版社，2010.

[2]赵国堂.高速铁路无砟轨道结构[M].中国铁道出版社，2006.

[3]王平，杨荣山，刘学毅，等，客运专线无砟轨道设计理论与方法[M].西南交通大学出版社，2010.

[4]TB10621-2009 .高速铁路设计规范[S].

[5]铁运（2012）83号.高速铁路无砟轨道线路维修规则（试行）[S].endprint

f-混凝土强度影响系数，取0.6；

fv-边、间距影响系数，取1.03；

fβ-剪力方向影响系数；取1；

单边轨道板轨道板植筋数量n=F总/V=3760KN/57.8KN=68根

最终确定破损宽接缝两边各值7块轨道板，植筋总数为136根。

3.4 钻孔

3.4.1 根据计算得知，该处病害共14块轨道板需钻孔植筋，植筋共136根。植筋布置为以伤损宽接缝为中心往大小里程算起分别钻孔植筋；8-16-10-10-8-8-8。

3.4.2 8根植筋的轨道板钻孔位置在2、4、6、8承轨台，10根植筋的轨道板钻孔在1、3、6、8、10承轨台，16根植筋的轨道板钻孔位置在1、2、4、5、6、7、9、10成轨台，钻孔孔位中心距离轨道板横向中心线205mm，距离挡肩166.6mm。钻孔深度要求为480mm，钻孔直径35mm。

3.5 植筋锚固

3.6 轨道板解锁

锚固区轨道板植筋完成并达到强度后，凿除已伤损的宽、窄接缝混凝土（板缝下砂浆不凿除），解开张拉锁件（如张拉锁件完好，则可利用原张拉锁件，张拉锁不需取出）。接缝混凝土凿除过程中采用棉絮或胶带对板端及侧面进行封堵，混凝土杂物等不得进入轨道板下离缝中。

3.7 板缝压胶及轨道板修复

在轨道板与砂浆离缝的位置用1cm的钻头钻孔，每个轨道板根据离缝大小情况单侧钻6-10个孔；在钻孔的同时，安排人员用植筋胶将板缝封闭；完成后在钻好的孔内安装专用注浆嘴和高压软管，待植筋胶固化后，用TK-A型修补材料进行板缝压胶（我们在现场整治时，现场采用热风机，加速植筋胶的凝固）。在压胶的同时，可安排人员对轨道板表面剥落、掉角等情况，采用TK-H型修补材料进行修复。注意：此处预留宽接缝两端的7、8号轨道板不进行板缝压胶。

3.8 轨道板张拉、板间接缝浇筑

轨道板解锁后，将宽接缝里的虚渣清除干净，用张拉扳手从中间向两边对称张拉，要求扭矩450N·m，张拉力50kN/根），张拉完成后，将宽接缝处清理干净，用水润湿，放入已绑扎好的接缝钢筋笼（钢筋笼必须经过绝缘测试方可使用）采用TK-K型修补材料浇注轨道板窄接缝、宽接缝。

3.9 宽接缝相邻轨道板植筋与板底注胶

待宽接缝浇筑完成后，对宽接缝相邻7号和8号轨道板植筋8根/块。轨道板植筋后，对7、8号轨道板进行板底注浆，施工全部完成后，对钢轨进行精调，使其满足平顺度要求。

4 结束语

（1）高速铁路CRTSII型板式无砟轨道板胀板现象亦在特殊的高温条件下发生，虽不常见，但发生后不及时进行整治将对线路运营造成安全隐患，此类病害在国内、外尚属首次出现，整治设计方案、整治材料、施工工艺均无经验可借鉴，本文所提及的整治措施是基于轨道板体系整体结构受力的考虑，如何在不改变轨道板纵连受力体系的条件下，对病害处进行快速、安全的修复。

（2）文中病害整治地段自2013年7月23日完成修复后，至2014年9月，经历一个高低温循环周期考验，并经运营单位认定，现场复查其轨道结构状态良好、修补材料无明显变化，轨道平顺稳定。

（3）上述处置对策表明，对高温产生的CRTSII型板出现的胀板现象我们所采用的修复方案可行、措施得力、安全、快速，可供今后借鉴。

参考文献

[1]铁道部工程管理中心.客运专线铁路无砟轨道施工手册[M].中国铁道出版社，2010.

[2]赵国堂.高速铁路无砟轨道结构[M].中国铁道出版社，2006.

[3]王平，杨荣山，刘学毅，等，客运专线无砟轨道设计理论与方法[M].西南交通大学出版社，2010.

[4]TB10621-2009 .高速铁路设计规范[S].

[5]铁运（2012）83号.高速铁路无砟轨道线路维修规则（试行）[S].endprint

f-混凝土强度影响系数，取0.6；

fv-边、间距影响系数，取1.03；

fβ-剪力方向影响系数；取1；

单边轨道板轨道板植筋数量n=F总/V=3760KN/57.8KN=68根

最终确定破损宽接缝两边各值7块轨道板，植筋总数为136根。

3.4 钻孔

3.4.1 根据计算得知，该处病害共14块轨道板需钻孔植筋，植筋共136根。植筋布置为以伤损宽接缝为中心往大小里程算起分别钻孔植筋；8-16-10-10-8-8-8。

3.4.2 8根植筋的轨道板钻孔位置在2、4、6、8承轨台，10根植筋的轨道板钻孔在1、3、6、8、10承轨台，16根植筋的轨道板钻孔位置在1、2、4、5、6、7、9、10成轨台，钻孔孔位中心距离轨道板横向中心线205mm，距离挡肩166.6mm。钻孔深度要求为480mm，钻孔直径35mm。

3.5 植筋锚固

3.6 轨道板解锁

锚固区轨道板植筋完成并达到强度后，凿除已伤损的宽、窄接缝混凝土（板缝下砂浆不凿除），解开张拉锁件（如张拉锁件完好，则可利用原张拉锁件，张拉锁不需取出）。接缝混凝土凿除过程中采用棉絮或胶带对板端及侧面进行封堵，混凝土杂物等不得进入轨道板下离缝中。

3.7 板缝压胶及轨道板修复

在轨道板与砂浆离缝的位置用1cm的钻头钻孔，每个轨道板根据离缝大小情况单侧钻6-10个孔；在钻孔的同时，安排人员用植筋胶将板缝封闭；完成后在钻好的孔内安装专用注浆嘴和高压软管，待植筋胶固化后，用TK-A型修补材料进行板缝压胶（我们在现场整治时，现场采用热风机，加速植筋胶的凝固）。在压胶的同时，可安排人员对轨道板表面剥落、掉角等情况，采用TK-H型修补材料进行修复。注意：此处预留宽接缝两端的7、8号轨道板不进行板缝压胶。

3.8 轨道板张拉、板间接缝浇筑

轨道板解锁后，将宽接缝里的虚渣清除干净，用张拉扳手从中间向两边对称张拉，要求扭矩450N·m，张拉力50kN/根），张拉完成后，将宽接缝处清理干净，用水润湿，放入已绑扎好的接缝钢筋笼（钢筋笼必须经过绝缘测试方可使用）采用TK-K型修补材料浇注轨道板窄接缝、宽接缝。

3.9 宽接缝相邻轨道板植筋与板底注胶

待宽接缝浇筑完成后，对宽接缝相邻7号和8号轨道板植筋8根/块。轨道板植筋后，对7、8号轨道板进行板底注浆，施工全部完成后，对钢轨进行精调，使其满足平顺度要求。

4 结束语

（1）高速铁路CRTSII型板式无砟轨道板胀板现象亦在特殊的高温条件下发生，虽不常见，但发生后不及时进行整治将对线路运营造成安全隐患，此类病害在国内、外尚属首次出现，整治设计方案、整治材料、施工工艺均无经验可借鉴，本文所提及的整治措施是基于轨道板体系整体结构受力的考虑，如何在不改变轨道板纵连受力体系的条件下，对病害处进行快速、安全的修复。

（2）文中病害整治地段自2013年7月23日完成修复后，至2014年9月，经历一个高低温循环周期考验，并经运营单位认定，现场复查其轨道结构状态良好、修补材料无明显变化，轨道平顺稳定。

（3）上述处置对策表明，对高温产生的CRTSII型板出现的胀板现象我们所采用的修复方案可行、措施得力、安全、快速，可供今后借鉴。

参考文献

[1]铁道部工程管理中心.客运专线铁路无砟轨道施工手册[M].中国铁道出版社，2010.

[2]赵国堂.高速铁路无砟轨道结构[M].中国铁道出版社，2006.

[3]王平，杨荣山，刘学毅，等，客运专线无砟轨道设计理论与方法[M].西南交通大学出版社，2010.

[4]TB10621-2009 .高速铁路设计规范[S].

[5]铁运（2012）83号.高速铁路无砟轨道线路维修规则（试行）[S].endprint