客货共线铁路双块式无砟轨道道床病害的整治

易佳俊

(中铁二院工程集团有限责任公司，四川成都 610031)

客货共线铁路双块式无砟轨道道床病害的整治

易佳俊

(中铁二院工程集团有限责任公司，四川成都 610031)

道床开裂、渗水是无砟轨道常见的病害之一。由于客货共线铁路同时承担运行速度较高的客车和轴重较大的货车通行，对轨道病害的发展有推动作用，因此必须及时采取有效的整治措施，以减缓和阻止道床病害的发展。文章通过对双块式无砟轨道道床出现的病害进行研究分析，提出整治措施，并对隧道和轨道设计、施工提出建议。

客货共线铁路； 无砟轨道； 病害； 整治措施

1 线路概况

本文涉及铁路为我国铁路“八纵八横”主骨架的重要组成部分，是西南地区与我国东、中部发达地区社会和经济联系的重要区际运输通道。线路为新建双线，速度目标值160 km/h。气候属亚热带高原型季风气候，气候垂直变化显著。夏无酷暑，气候温暖湿润，雨量充沛，冬季寒冷而干燥，常有劲风的特点。地震震动峰值加速度为0.05g(Ⅵ度)。

本段线路为山区越岭地段，考虑线路连续以6.5 km(1号隧道)、12.3 km(2号隧道)、12.1 km(3号隧道)等隧道穿越山区，为提高线路质量水平、降低养护工作量，在上述三座隧道中采取了双块式无砟轨道设计方案。

双块式无砟轨道设计方案如图1。钢轨采用60 kg/m U75V钢轨，轨枕采用SK-1型双块式轨枕，扣件采用WJ-7A型扣件，轨枕间距625 mm。道床板采用C40钢筋混凝土，分段浇筑。无砟轨道结构高度为570 mm。

图1 双块式无砟轨道设计方案

2 病害类型

根据工务部门报告，线路自开通运营以来，整体道床出现道床板与线下基础结合部渗水并冒浆、道床结构缝处渗水并冒浆，造成道床板晃动，影响线路动态平顺参数，通过(简单)维修无法进行整治。主要病害类型是道床板线下基础出现裂缝，隧道渗水进入道床板底部，致使道床与线下基础结合位置(或道床结构缝处)出现渗水。截至2014年6月，1号隧道报告病害63处，2号隧道报告病害28处，3号隧道报告病害20处，详见表1。

各类病害情形报告如图2～图5。

表1 无砟轨道整体道床病害统计

图2 道床与线下基础结合面渗水

图3 道床与线下基础结合面渗水并冒泥浆

图4 道床结构缝渗水

图5 道床结构缝渗水并冒泥浆

根据设计部门现场进行的补充调查，现场还存在两类道床病害，一是整体道床轨枕与道床结合部位出现渗水，二是道床板本身开裂，但无渗水(图6、图7)。

图6 整体道床轨枕与道床结合部位出现渗水

图7 道床板本身开裂无渗水

3 病害成因分析

根据统计资料，现场道床出现的病害分可为两类，第一类是道床本身因混凝土质量瑕疵或收缩徐变导致道床板开裂，其特征为裂缝处表观无渗水或渗水痕迹；第二类是道床板线下基础出现裂缝，隧道渗水进入道床板底部，致使道床与线下基础结合位置(或道床结构缝处)出现渗水。

3.1 道床开裂

道床混凝土由于捣鼓不密实、未按规定进行混凝土养护等原因，加之前期混凝土组料、拌合和运输等都可能存在瑕疵。道床直接承受列车动荷载，因此道床裂纹比较容易集中暴露。

3.2 道床结构渗水

无砟轨道整体道床本身不会产生水，因此病害水源必然为隧道衬砌渗漏水。通常位于中部及上部的衬砌开裂及渗漏容易观察，也相对容易采取整治措施。但对于隧道下部的衬砌渗漏水而言，由于轨道道床结构、隧道仰拱回填区域的存在，衬砌病害难以检测；加之病害位置位于轨行区，很难有条件在不影响既有线运营的情况下做出相应处理。

轨道专业与隧道专业设计人员对工务部门报告进行了研究，分析出了可能的渗水病害发生路径(图8)。

图8 渗水病害发生路径研判

道床结构渗水是工务部门报告较为集中的病害。渗水病害比较容易观察，即便是非雨季节隧道渗水较少时，以往病害遗留下的渗水痕迹也非常明显；由于渗水在外部水压以及列车荷载的共同作用下，会对道床结构不断进行侵蚀和削弱，原有的道床初始裂纹将会随之发展，不但轨道道床耐久性无法保证，部分地段道床已经和线下基础产生剥离的趋势，连整个轨道结构的安全性都将受到影响。

4 道床病害整治方案

4.1 道床板伤损分级

首先应对无砟轨道地段重新普查，并对道床板开裂位置逐一登记，参考《高速铁路无砟轨道线路维修规则》(铁运〔2012〕83号，以下简称《维规》)关于双块式无砟道床的线路标准，将伤损等级进行分类。

根据《维规》，道床板裂缝宽度达0.2 mm时为Ⅰ级伤损，达0.3 mm时为Ⅱ级伤损，达0.5 mm时为Ⅲ级伤损；对于道床板混凝土与双块式轨枕界面的裂缝，裂缝宽度达0.1 mm时为Ⅰ级伤损，达0.2 mm时为Ⅱ级伤损，达0.3 mm时为Ⅲ级伤损。

4.2 道床板裂缝修补措施

4.2.1 道床板裂缝，Ⅱ级伤损

对于道床板裂缝形成的Ⅱ级伤损，应采用《维规》附录十规定的“表面封闭法”。

(1)修补材料。用于表面封闭的涂层材料采用聚合物水泥基材料，其性能应满足表2要求。底涂材料采用高聚合物乳液含量的聚合物水泥基材料。

表2 表面封闭法涂层材料性能要求

注：1.涂层材料颜色应尽量与混凝土颜色相近。 2.GB/T 16777《建筑防水涂料试验方法》。 3.GB/T 19250《聚氨酯防水涂料》。

(2)主要修补工机具。钢丝刷、真空吸尘器、计量工具、搅拌工具、盛料容器、涂刷工具等。

(3)修补工艺。

①使用钢丝刷将裂缝表面两侧刷毛，用真空吸尘器清除灰尘等杂物。当裂缝内有道床表面流入的明水时，采用热风机等将裂缝处吹干。

②称量并配置表面封闭用修补材料，采用手持式搅拌机或专用搅拌器将修补材料搅拌均匀。

③沿裂缝表面涂刷一层底涂材料。

④待底涂材料表干后，涂刷表面封闭用涂层材料，涂刷3遍以上，以涂层厚度达到300 μm以上为宜，每遍涂刷都要等到上遍涂层材料表干后再涂，且两次涂刷方向互相垂直。

⑤若天窗时间较短，应适当采取薄膜覆盖等方法养护，防止涂层材料失水过快导致涂层开裂。

(4)环境要求。隧道内温度5℃～30℃。

4.2.2 道床板裂缝，Ⅲ级伤损

对于道床板裂缝形成的Ⅲ级伤损，应采用《维规》附录十五规定的“伤损修补法”。

(1)修补材料。伤损修补法采用弹性聚氨酯树脂材料，其性能应满足表3要求。

表3 伤损修补法修补材料性能要求

注：1.GB/T 1033.1《塑料 非泡沫塑料密度的测定 第1部分：浸渍法、液体比重和滴定法》。 2.GB/T 2794《胶粘剂粘度的测定》。 3.GB/T 7193《不饱和聚氨酯树脂试验方法》。 4.GB/T 13354《液态胶粘剂密度的测定方法重量杯法》。 5.JC/T 1041《混凝土裂缝用环氧树脂灌浆材料》。

(2)主要修补机具。手动注浆器、钢丝刷、真空吸尘器等。

(3)修补工艺。

①使用钢丝刷、真空吸尘器清除裂缝内杂物。

②采用胶带封闭两侧缝隙。

③采用手动注浆器向裂缝内注入修补材料，直至注满。

④待修补材料固化后，去除两侧封闭胶带；修正磨平凸出部位。

(4)环境要求。隧道内温度5℃～30℃。

4.2.3 道床板混凝土与双块式轨枕界面的裂缝，Ⅱ、Ⅲ级伤损

对于道床板与双块式轨枕界面的Ⅱ、Ⅲ级伤损，应采用《维规》附录十规定的“低压注浆法”。

(1)修补材料。低压注浆法修补混凝土裂缝采用树脂材料，其性能应满足表4要求。封缝材料可采用聚合物快硬水泥浆、专用封缝材料或专用封缝带等。

表4 低压注浆法修补材料性能要求

注：1.GB/T 2567《树脂浇铸体性能试验方法》。

(2)主要修补机具。注浆器、注浆嘴、钢丝刷、真空吸尘器、打磨器等。

(3)修补工艺。

①使用钢丝刷清洁裂缝区域表面，用真空吸尘器清除周围杂物。

②用封闭材料封闭裂缝，封闭过程中留出注浆孔和排气孔。

③通过注浆器向裂缝内注入修补材料，直至注满为止。

④当修补材料固化后，去除封闭材料，并将裂缝表面打磨平整。

⑤在裂缝表面涂刷裂缝封闭材料，其修补材料及工艺与上述“表面封闭法”相同。

(4)环境要求。隧道内温度5℃～30℃。

4.2.4 Ⅰ级伤损

对于普查发现的Ⅰ级伤损，应作好台账，平时巡道时加强监测。若裂缝发展至Ⅱ、Ⅲ级伤损时，及时采取相应措施进行整治。

4.3 渗水病害地段道床加固措施

道床板与线下基础结合部位渗水病害地段，或道床结构缝处出现渗水病害地段，应采取措施加强道床板与线下基础的连接，采用植筋加固法。

4.3.1 修补材料

(1)植筋胶技术要求。

①植筋胶应满足《混凝土结构加固设计规范》(GB 50367-2006)中锚固用A级胶标准，并符合《建筑结构加固施工质量验收规范》(GB 50550-2010)和《工程结构加固材料安全性鉴定技术规范》(GB 50728-2011)中关于植筋胶的相关规定。必须具有符合上述GB 50728要求的安全性鉴定报告。

②植筋胶必须采用专门配制的改性环氧树脂胶粘剂。其包装须采用硬塑包装，不得采用软包装。其安全性检验合格指标应满足表5要求。

表5 锚固用粘胶剂安全性检验合格指标

注：1.表中各项性能指标，除标有强度标准值以外，均为平均值。 2.当按现行国家标准《树脂浇注体弯曲性能试验方法》(GB/T 2570)进行胶体抗弯强度试验时，其试件厚度h应改为8 mm。

③植筋胶的触变指数≥4.0 ，垂流度<2.0 mm。

④植筋胶应提供不少于5 000 h的湿热老化报告，钢-钢拉伸抗剪强度降低不得大于5%。

⑤植筋胶应具有80次冻融循环的国家级检测报告，强度降低不得大于5%。

⑥植筋胶应具有满足重负荷及各种振动负载的性能。随产品应提供检测部门的抗振动疲劳试验报告，试验次数不少于400万次。还应随产品提供抗冲击剥离强度试验、防火试验和抗地震试验报告和适用于开裂混凝土的的检测报告。

⑦植筋胶的固化时间应有明确的标示。

⑧植筋胶应符合环保及无毒害要求，能够提供国际安全认证报告。

(2)锚固钢筋。选用直径25 mm的HRB400钢筋作为锚固钢筋，其技术条件应符合《钢筋混凝土用钢 第2部分：热轧带肋钢筋》(GB 1499.2)的规定。

(3)表面密封胶性能要求见表6。

(3)主要修补机具。钢筋探测仪、空心钻、钢丝刷、真空吸尘器、打磨器等。

表6 表面密封胶性能要求

注：1.涂层材料颜色应尽量与混凝土颜色相近。 2、产品耐烟火的性能应通过相关认证。

(4)加固工艺。

①整治前病害地段应作彻底清扫。清除污物和杂质，为排水疏通径路，避免积水。

②渗水病害应对方案为对道床板进行植筋加固处理。加固范围为病害地段及两端延出各3 m。在每排轨枕之间植入1排锚固钢筋，每排4根。遇道床结构缝位置，该排不植筋。

③植筋前须在道床板上钻孔。钻孔中心距离应稍避开前后两根轨枕正中位置，钻孔中心距离一侧轨枕边沿宜为100 mm。钻孔前应使用钢筋探测仪确认道床钢筋位置，并作好标记，然后使用32 mm空心钻头钻孔，钻孔深度不小于600 mm。

④钻孔完毕后，利用小型空压机或吹风机及毛刷等清孔设备清孔，用毛刷刷三遍，吹三遍，确保孔壁无尘。水钻钻孔后，应使用棉丝或棉布将孔壁上的泥浆清除干净，保持孔壁干燥。

⑤将植筋胶放入专用注射枪内，采用专用混合器将植筋胶注入孔内大约2/3体积，然后将钢筋手动旋转插入孔内，钢筋顶部距离道床面留出5 cm左右的空间，用于密封。按产品说明书中对应的时间待胶固化后再进行其他各项工作。

⑤处理完毕后应及时清理现场。

⑥植筋施工应符合《混凝土结构加固设计规范》的其他规定。

(5)环境要求。隧道内温度5℃～30℃。

(6)工艺图。加固工艺可详见图9、图10。

图9 双块式无砟轨道道床渗水病害整治方案(平面示意)

图10 双块式无砟轨道道床渗水病害整治方案(横断面示意)

4.4 其他注意事项

(1)营业线施工必须把确保行车安全放在首位，坚持“安全第一，预防为主”的方针，参与病害整治的单位必须严格执行既有线上施工安全的有关规定。影响营业线设备稳定、使用和行车安全的施工，必须纳入天窗，对影响行车和施工安全的每个环节，都必须强化管理，确保行车和施工安全。

(2)在病害整治期间及病害整治完成后，工务部门应加强对隧道变形、道床裂缝发展、道床渗水等工程指标的监测。

5 结束语

(1)无砟道床出现的渗水病害一般是由作为线下基础的隧道仰拱回填层(衬砌)开裂引起的继发病害。原则上无砟道床的病害整治应在隧道病害整治完成后进行，以确保无砟道床修补的可靠性、彻底性。工程实践中，已建议路局有关部门尽快组织力量完成隧道病害整治，以便对道床作进一步修复。

(2)隧道设计和施工时，应加强仰拱的防水措施，切实保证仰拱回填层质量。因为一旦出现隧道病害，将比隧道侧墙和顶面更难以处理。

(3)轨道设计时应加强与线下基础的连接。遇隧道病害隐患较大地段，隧道专业及现场施工单位应及时与轨道专业沟通，轨道专业可采取较高的加固连接措施，以尽量保证道床的稳定性。

[1] 铁道部铁运〔2012〕83号 高速铁路无砟轨道线路维修规则[S]

[2] GB 50367-2006混凝土结构加固设计规范[S]

[3] JGJ/T 259-2012混凝土结构耐久性修复与防护技术规程[S]

易佳俊，工程师。

U216.42+2

B

[定稿日期]2014-09-26