CRTSⅡ型板式无砟轨道抬板维修时轨道板锚固方案研究

倪跃峰，任娟娟，赵华卫

(西南交通大学高速铁路线路工程教育部重点实验室，四川成都　610031)



CRTSⅡ型板式无砟轨道抬板维修时轨道板锚固方案研究

倪跃峰，任娟娟，赵华卫

(西南交通大学高速铁路线路工程教育部重点实验室，四川成都610031)

摘要:在CRTSⅡ型板式无砟轨道抬板维修时需要解除轨道板间的纵向连接，在存在温度力的情况下解锁纵连钢筋将释放温度应力，引起抬板处两侧的轨道板产生纵向位移，对轨道结构的稳定性不利。为了减少这种影响，抬板前须对两侧相邻的轨道板进行植筋锚固处理。本文应用ANSYS建立轨道板抬板维修计算模型，并对比分析不同植筋锚固方案的效果。研究结果表明:抬板维修时宜对邻侧2块轨道板进行植筋锚固;第1块板宜植筋16根;第2块板在温度变化较大情况下宜植筋16根，在温度变化较小情况下宜植筋8根。

关键词:CRTSⅡ型板式无砟轨道无缝线路抬板维修植筋锚固

1　概述

CRTSⅡ型板式无砟轨道的轨道板采取工厂预制的方式，轨道板的制造和施工机械化程度高，精度高，轨道的几何平顺性良好［1-2］。由于无砟轨道结构常年暴露在大气环境中，承受着降雨、温度梯度和列车荷载持续不断的作用，加之施工质量等问题，无砟轨道产生伤损难以避免。以京沪高铁为例，夏季长江三角洲地区最高气温达40℃，昼夜最大正、负温度梯度分别达100，－50℃/m，高于推荐设计值( 85，－43℃/m)［3-4］。此外夏季强降雨会加剧无砟轨道结构的伤损。当CRTSⅡ型无砟轨道出现宽接缝破损、轨道板离缝或上拱值较大并且影响轨面高低时，须对出现伤损的无砟轨道进行维修。对于出现离缝、脱空严重的轨道板须抬板重新灌注砂浆;对于非预裂缝处开裂严重的轨道板，则须更换新的轨道板。

无论是抬板灌注砂浆还是更换新的轨道板，都要将伤损区域的轨道板从线路中移出，待维修完毕后再复位并精调。

在CRTSⅡ型板式无砟轨道维修过程中需要解除伤损区域轨道板与相邻轨道板之间的纵向连接。由于温度应力的存在，在解除轨道板纵向连接后抬板处相邻位置的轨道板会出现应力释放而产生较大的纵向位移。为了减少纵向位移过大给轨道结构带来的不利影响，在对轨道板纵向连接进行解锁前需对相邻的轨道板进行植筋锚固，如图1所示［5-7］。

图1轨道板植筋锚固位置示意

图2轨道板植筋示意

植筋的方式是从轨道板上部钻孔并穿过砂浆层到底座板，剪力筋周围和上部的空隙用植筋胶密封住。如图2所示，在轨道板相应位置钻孔，深480 mm，直径35 mm，在钻孔位置植入φ28的剪力筋，并用植筋胶密封［8］。在被解锁的纵连轨道板受到较大的纵向力时，剪力筋将提供纵向约束限制轨道板的纵向位移，保持轨道结构的稳定性。

2　计算模型与参数

为了计算解除钢筋纵向连接后轨道板的纵向位移，同时分析如何对抬板位置附近的轨道板进行植筋锚固，利用有限元分析软件ANSYS进行数值模拟，从而提出对CRTSⅡ型板式无砟轨道进行维修时对轨道板锚固的建议方案。

2. 1抬板维修计算模型

建模分析解锁位置的轨道板在温度力作用下的纵向位移，以及比较不同植筋方式对轨道板纵向位移的限制作用，因此模型只考虑轨道结构纵向的承力、传力特性。

某桥上2块轨道板下砂浆大面积掉块，须抬板灌注砂浆，对此进行建模分析。模型全长260 m，钢轨采用Beam188单元模拟，轨道板和底座板均采用Beam3单元模拟。计算解锁处轨道板的纵向位移时仅考虑扣件和砂浆层的纵向阻力，扣件和砂浆层对轨道板的黏结阻力均采用Combin39单元模拟。底座板下的支承刚度用Combin14单元模拟，下部桥梁对底座板的阻力用Combin39单元模拟。对于植入的φ28剪力筋，采用Combin39单元模拟。抬板维修计算模型如图3所示。

2. 2计算参数

CRTSⅡ型板式无砟轨道的钢轨、扣件、轨道板、砂浆层和底座板的计算参数见表1。

图3抬板维修的计算模型

表1模型计算参数

2. 3钢筋布置方式

根据现场的施工工艺，对轨道板进行锚固时钢筋有3种植筋锚固的方式［9］，如图4所示。

图4轨道板植筋分布

在模型中，根据轨道板植筋位置加入纵向弹簧单元，模拟植筋数量对轨道板限位效果的影响。

3　计算结果分析

3. 1轨道板锚固数量

假设所需轨道板的植筋数量相同，对须锚固的轨道板均植入16，10或8根钢筋，在升温10℃的情况下，得到轨道板最大纵向位移与植筋轨道板数量的关系，如图5所示。可知:①在解除轨道板纵向连接时，若不对相邻轨道板进行植筋锚固，会产生较大的纵向位移。②以解锁位置为起点，当锚固1块轨道板时，轨道板的纵向位移显著减小。随着轨道板锚固数量的增加，轨道板的纵向位移逐渐减小，但纵向位移的缩减量也大幅减小。对3块及以上的轨道板进行锚固，轨道板的最大纵向位移基本不变。从施工的经济性和安全性两方面考虑，换板时宜对解锁处的2块轨道板进行植筋锚固。

图5轨道板最大纵向位移与需锚固轨道板数量的关系

3. 2植筋方案的确定

在施工中，轨道板3种植筋锚固方式可以组合使用，从而在保证满足施工规范要求的同时降低施工的工作量和钢筋用量，减少施工成本。将3种植筋方式组合起来，比较不同温度下、不同组合方式轨道板的最大纵向位移。组合用“X + Y”的方式表达，X为自解锁位置起第1块轨道板的植筋量，Y为第2块轨道板的植筋量。

计算结果表明，在升温10℃的条件下，当采用“10 + 10”的布置方式时，轨道板的最大纵向位移约为2. 2 mm。根据《客运专线无砟轨道铁路设计指南》，无砟轨道铺设时轨道板的轨向误差不能超过2 mm，若要采取较少的钢筋布置方式进行施工，则对施工温度的要求将会比较严格，所以钢筋的用量不宜太少。在计算时采用了5种组合方式，计算结果见表2。

表2不同锚固方案轨道板最大纵向位移

由表2可知:①在钢筋用量相同的情况下，钢筋布置方式对轨道板最大纵向位移量有影响。比较16 + 10和10 + 16，16 + 8和8 + 16布置方式可知，第1块轨道板植筋较多时，轨道板纵向位移较小。这是因为越靠近解锁位置，应力释放所产生的纵向位移越大，所以对于第1块轨道板需植筋16根。②通过线性插值得出16 + 16，16 + 10和16 + 8这3种植筋方案在轨道板纵向位移达到2 mm时的升温值分别为10. 1，10. 2和10. 6℃，如图6所示。升温温度越高，3种钢筋布置方式的轨道板最大纵向位移差值越大。

图6不同升温温度下轨道板最大纵向位移

综上所述，在施工时植筋的数量不能过少。对于不同位置轨道板植筋的用量，靠近解锁位置的轨道板需要植入16根钢筋。对于温度变化较大的地区，建议第2块轨道板植入16根钢筋;对于温度变化较小的地区，第2块轨道板可植入8根钢筋。

4　结论

1) CRTSⅡ型板式轨道维修换板维修时须对换板两侧的轨道板进行锚固。从安全性和施工两方面考虑，建议每侧植筋锚固的轨道板数量为2块。

2)对于解锁位置两边的第1块轨道板，温度应力释放所产生的最大纵向位移最大，故越靠近解锁位置的轨道板植筋数量应越多。对于第1块轨道板需植入16根钢筋。

3)对于第2块轨道板的钢筋用量可根据实际的气温条件决定，建议在温度变化较大的情况下植入16根钢筋，在温度变化较小的情况下植入8根钢筋。

参考文献

［1］中国铁道科学研究院．CRTSⅡ型板式无砟轨道系统设计原理与方法［R］．北京:中国铁道科学研究院，2008．

［2］蔡小培，高亮，孙汉武，等．桥上纵连板式无砟轨道无缝线路力学性能分析［J］．中国铁道科学，2011，32( 6) : 28-33．

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

［4］中国铁道科学研究院铁道建筑研究所．京津城际铁路CRTSⅡ型板式无砟轨道设计原理与方法总结［R］．北京:中国铁道科学研究院铁道建筑研究所，2007．

［5］陈小平．桥梁温度跨度对纵连底座板受力及配筋的影响［J］．铁道标准设计，2013( 10) : 6-9．

［6］陈一脉．CRTSⅡ型板式无砟轨道抬板维修方案研究［D］．西南交通大学，2014．

［7］张世堂．CRTSⅡ型板式无砟轨道无缝线路换板施工技术［J］．铁道建筑技术，2012( 12) : 36-39．

［8］中华人民共和国铁道部．TB 10015—2010铁路无缝线路设计规范［S］．北京:中国铁道出版社，2010．

［9］中华人民共和国铁道部．TG/GW 115—2012高速铁路无砟轨道线路维修规则(试行)［S］．北京:中国铁道出版社，2013．

(责任审编李付军)

Study on anchoring scheme of lifted track slab in repairing of CRTSⅡslab-type ballastless track

NI Yuefeng，REN Juanjuan，ZHAO Huawei

( MOE Key Laboratory of High-speed Railway Engineering，Southwest Jiaotong University，Chengdu Sichuan 610031，China)

Abstract:Longitudinal connections between slabs needed to be unlocked while damaged CRT SⅡSlab-type ballastless track slabs was repaired．T emperature stress should be released while longitudinal connection bars were unlocked in the presence of temperature force．T his should induce unlocking slabs longitudinal displacement，and was disadvantaged to the stability of track structure．T o reduce this influence，the slabs adjacent that be lifted needed to be anchored by embedded steel bars．A lifted track slab maintenance model was built by using ANSYS to analyze the effects of different anchoring schemes．T he results show that the adjacent 2 slabs at each side of the lifted slabs need to be anchored．T he first adjacent slab should be embedded 16 bars．T he second adjacent slab should be embedded 16 bars in high ambient temperature and change，while 8 bars in low ambient temperature and change．

Key words:CRT SⅡSlab-type ballastless track; Continuous welded rail; Slab lifting and repairing; Embedded steel bars

文章编号:1003-1995( 2016) 02-0132-04

作者简介:倪跃峰( 1992—)，男，硕士研究生。

基金项目:国家自然科学基金资助项目( 51208438)，中国铁路总公司科技研究开发计划项目( 2015G001-F)

收稿日期:2015-10-11;修回日期: 2015-12-07

中图分类号:U216．9; U213．2+44

文献标识码:A

DOI:10．3969 /j．issn．1003-1995．2016．02．31