高温条件下CRTSⅡ型板式无砟轨道变形整治措施研究

谭社会

（上海铁路局，上海　200071）



高温条件下CRTSⅡ型板式无砟轨道变形整治措施研究

谭社会

（上海铁路局，上海200071）

摘要针对高温条件下CRTSⅡ型板式无砟轨道轨道板离缝上拱、宽接缝破损等结构病害，在病害类型调研及成因分析的基础上，对既有CRTSⅡ型板式无砟轨道离缝上拱的病害整治方案进行了总结。结合CRTSⅡ型轨道板修复试验，利用有限元方法分析了植筋锚固和注胶对轨道板离缝上拱的整治效果，在此基础上提出了CRTSⅡ型板式无砟轨道离缝上拱病害整治的优化及预防措施，为无砟轨道结构病害的养护维修提供参考。

关键词高温；CRTSⅡ型板式无砟轨道；变形整治；轨道板上拱

CRTSⅡ型板式无砟轨道系统吸收了轨枕埋入式无砟轨道整体性好和板式轨道制造及施工便利的优点，先后在京津城际铁路、沪杭高铁、京沪高铁等线成功应用。我国目前CRTSⅡ型板式无砟轨道正线总运营里程约5 000 km，主要集中在华东和华北地区，分布情况如图1所示［1］。

图1　CRTSⅡ型板式无砟轨道线路分布示意

目前CRTSⅡ型板式无砟轨道在我国的总体使用情况良好，但由于其纵向连续的结构特点，极端高温条件下个别薄弱区段会出现轨道板上拱离缝、宽接缝破损等病害［2］，影响线路的平顺性和耐久性，对行车安全造成巨大隐患。

上海铁路局地处华东地区，高温天气多，持续时间长，管内CRTSⅡ型板式无砟轨道铺设数量大，若以此为样本对CRTSⅡ型板式无砟轨道温度变形引起的无砟轨道结构病害及其整治进行剖析，或许具有一定的代表性。本文在胀板病害发生、整治措施调研的基础上［3-7］，通过理论分析和实践检验，进一步验证了既有方案并进行了局部优化，提出了后续预防性措施，为无砟轨道结构病害的养护维修提供参考和借鉴。

1　CRTSⅡ型板式无砟轨道病害概述

1. 1病害特征统计

上海铁路局管内共有沪杭、京沪、合蚌、宁杭、杭甬、杭长、合福共7条CRTSⅡ型板式无砟轨道结构类型高铁，总运营里程1 670. 8 km。开通以来，各条线在高温条件下产生的结构病害统计见表1。

从表1可知，CRTSⅡ型板式无砟轨道开通运营后高温变形引起的结构病害较为普遍，主要表现为轨道板破损（图2）、宽接缝破损（图3）、轨道板与CA砂浆间离缝（图4）3种主要病害。

1. 2病害整治统计

2013年夏季全国大范围高温，华东地区极端气温达40℃，上海铁路局管内累计发现CRTSⅡ型板式无砟轨道轨道板破损、宽接缝破损、CA砂浆离缝达到4 ～5 mm及以上突出问题116处。针对病害情况，原则上依据第1 d植筋，第2 d处理宽接缝，第3 d注胶、修补、精调，第4 d提速的思路进行病害整治。另外，排查发现轨道板与CA砂浆离缝处所2 705处，对其中的1 153处进行了注胶处理。

2014年，排查发现轨道板与CA砂浆离缝处所1 248处，对其中的984处进行了注胶处理，注胶处理中的24处进行了植筋。

表1　CRTSⅡ型板式无砟轨道结构历年高温条件下结构病害统计

图2　轨道板破损

图3　宽接缝破损

图4　轨道板与CA砂浆离缝

2015年，排查发现轨道板与CA砂浆离缝915处，全部进行了注胶处理，其中16处进行了植筋处理。

2　CRTSⅡ型板式无砟轨道病害成因分析及整治

2. 1成因分析

1）设计方面

气温过高。从上述情况来看，宽接缝及轨道板破损全部集中在2013年，而当年7月下旬至9月初，长江三角洲地区气温均在38℃以上，最高已突破40℃。在该气温条件下，根据测点测量，轨道板白天正温度梯度（板面温度高于板底温度）达到100℃/m，凌晨负温度梯度（板面温度低于板底温度）达到- 50℃/m，均高于设计推荐的正温度梯度90℃/m和负温度梯度- 45℃/m［8］，是造成CRTSⅡ型板式无砟轨道病害的主要原因。

2）施工方面

CRTSⅡ型板式无砟轨道纵向连续的结构特点，对施工时的温度控制提出了更加严格的要求。铺板施工时若纵连合龙温度低于设计温度，将使轨道板在夏季持续高温时集聚压应力，当压应力过大时造成接缝或轨道板破损。另外部分线路轨道板纵连不及时、个别处所张拉锁件缺失或安装不到位、板间接缝混凝土质量不好等也是造成CRTSⅡ型板式无砟轨道病害的重要原因。

3）结构方面

温度荷载是无砟轨道设计的主要荷载之一，温度荷载包括轴向温度荷载和温度梯度荷载两种。其中，轴向温度荷载引起轨道结构纵向伸缩变形，温度梯度荷载引起轨道板翘曲变形。由于混凝土的热传导性能较差，轨道板在日照条件下上表面温度高于下表面温度，在厚度方向上形成正温度梯度，由此产生变形差异使轨道板上拱变形。在冬季较冷或夏季气温骤降时轨道板上表面温度低于下表面温度，在厚度方向上形成负温度梯度使轨道板板端上翘变形。上述周期性翘曲变形是造成CRTSⅡ型板式无砟轨道病害的次要原因。

2. 2整治方法

目前CRTSⅡ型板式无砟轨道轨道板破损或宽接缝破损整治主要采用植筋和注胶的方法。以解开一条伤损宽接缝为例，整治处理前后各7块板（见图5）。具体实施步骤为：锚固区板底注胶、轨道板植筋锚固→轨道板解锁→板缝压胶及轨道板修复→轨道板张拉、板间接缝浇筑→板底注胶→宽接缝相邻轨道板植筋→钢轨精调［9-10］。

图5　轨道板处理示意

1）轨道板植筋锚固

植筋锚固：1～3号和12～14号轨道板植筋8 根/块，4～5号和10～11号轨道板植筋10根/块，6号和9号轨道板植筋16根/块，7号和8号轨道板植筋8 根/块，共计136根。

2）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，不需取出）。

3）板缝压胶及轨道板修复

轨道板解锁后，如轨道板有劈裂或承轨台失效，对轨道板的板端缝隙进行压胶处理。对轨道板上表面剥落、掉角等采用聚合物水泥砂浆进行修复。

4）轨道板张拉、板间接缝浇筑

降温后从中间至两边对称张拉轨道板（张拉力50 kN/根，扭矩450 N·m），采用聚合物混凝土浇注轨道板窄接缝、宽接缝。

5）宽接缝相邻轨道板植筋

宽接缝相邻7号和8号轨道板植筋8根/块。

6）板底注胶

轨道板植筋后，7号和8号轨道板底注胶，修补轨道板与砂浆的离缝。

7）轨道精调

调整扣件，使轨面满足平顺度要求。

3　轨道板植筋锚固与注胶整治效果分析

3. 1理论分析

为评价轨道板植筋锚固和注胶对轨道板上拱整治的效果，同时对两种整治措施进行对比，建立CRTSⅡ型板式无砟轨道空间耦合模型，模型中轨道板用实体单元模拟，砂浆层的纵横向阻力和垂向刚度用非线性弹簧单元模拟。

1）计算参数

为确定原始砂浆界面轨道板与砂浆层间的黏结力以及植筋和注胶后轨道板与砂浆层之间的黏结力，根据设计单位轨道板注胶修复的推板试验和轨道板植筋修复的推板试验，得到的主要参数如表2所示［11］。

表2　CRTSⅡ型轨道板修复试验测试结果

2）整治效果理论计算分析

为对轨道板植筋锚固和注胶进行对比，利用建立的有限元模型进行了以下3种工况的模拟：①轨道板与砂浆层出现离缝（离缝的长度取6. 45 m），整体温度荷载取30℃；②采用本文2. 2的整治方法，但轨道板与砂浆层离缝仅采用注胶修复，但不植筋，整体温度荷载取30℃；③采用本文2. 2的整治方法，轨道板与砂浆层离缝仅采用植筋修复，但不注胶，整体温度荷载取30℃。图6～图8分别为上述3种工况对应的计算结果。

图6　整体温度荷载作用下轨道板离缝导致的上拱位移（单位：m）

图7　整体温度荷载作用下轨道板注胶修复后的位移（单位：m）

图8　整体温度荷载作用下轨道板植筋修复后的位移（单位：m）

从图6可以看出，当轨道板板端出现离缝时，在整体温度荷载为30℃时，轨道板与砂浆层出现的离缝宽度为3. 4 mm，与现场实际出现的离缝值较为接近。图7和图8分别为整体温度荷载为30℃时采用注胶修复和植筋修复后的轨道板变形情况，采用注胶修复后轨道板的垂向变形量为0. 07 mm，采用植筋修复后轨道板的垂向变形量为0. 09 mm，因此两种方法均能有效修复轨道板上拱，且修复的效果均较理想。

3. 2实践分析

2013年上海铁路局管内出现的多处轨道病害中，轨道板、宽接缝破损通过“植筋锚固、打开宽窄接缝、轨道板裂缝修补、接缝恢复（张拉和浇筑）、板底注胶、轨道精调和逐级提速”的方案整治后，至今已2年有余，整治地段未再发现相应病害；对于CA砂浆离缝≥2 mm处所在（25±3）℃气温进行注浆处理后，作业地段也未再发生新增离缝。

3. 3优化和预防措施

对于轨道板或者宽接缝破损病害，为了控制宽接缝破损处两侧的轨道板纵、横向位移和垂向上拱，减轻轨道板对宽接缝的进一步挤压破坏，目前只能采用植筋结合注胶的方式进行综合处理。对于轨道板或者宽接缝未破损情况下的轨道板上拱，通过理论计算可知，采用植筋和注胶的方法均能有效修复轨道板上拱。结合现场实际情况，考虑到植筋对结构的破坏，在能保证现场注胶质量的前提下，可考虑减少植筋的范围和数量。注胶若采用黏度和收缩度低、固化速度快、黏结强度高、柔韧性好的胶，效果更好。

高温条件下CRTSⅡ型板式无砟轨道变形一旦发生，会造成结构伤损、几何尺寸超限，对行车安全产生不利影响，因此对无砟轨道结构病害的主动防控更为重要，为此需注重以下3个方面的工作。

1）做好动静态检查，极端高温（比历史最高气温低2℃）或连续5 d以上气温超过37℃时，安排专项检查，同时加密添乘。高温天气加强薄弱地段的检查或利用巡检系统检查无砟轨道外观。

2）加强轨道板基础管理，根据检查情况，完善CRTSⅡ型轨道板离缝和板间接缝基础数据库，为重点监控和深入分析提供依据。建立轨道板整治地段专项台帐，动态更新完善。

3）做好结构整修，加强对轨道板CA砂浆流浆、离缝地段的检查和统计，纳入轨道板整治项目。对＞230 mm，＜190 mm（宽接缝设计宽度210 mm，根据张拉锁件纵连数据，＜190 mm时常规张拉锁件安装不上，＞230 mm时常规张拉锁件不够长）的宽接缝重点检查，加强监控；有条件时在适宜温度重新浇筑。

4　结论

本文在调研高温条件下CRTSⅡ型板式无砟轨道结构病害的基础上，采用理论与实践相结合的手段对离缝上拱病害原因及整治措施进行了分析，得到以下结论：

1）温度荷载是夏季引起CRTSⅡ型板式无砟轨道离缝上拱病害的主要原因。

2）对于发生轨道板或宽接缝结构破损的病害，目前主要采用植筋和注胶的方法整治。一般情况可按本文提出的步骤实施，同时根据结构破损、几何尺寸超限、影响范围等实际情况，按照“一处一方案”的原则进行细化处置。

3）对于未发生轨道板或宽接缝破损，仅仅产生轨道板上拱的病害，轨道板植筋锚固和注胶2种方法均能有效修复轨道板上拱，效果较理想。但考虑到植筋对结构的破坏，在能保证现场注胶质量的前提下，可考虑减少植筋的范围和数量。

4）增强主动防控，做好结构整修。即加强对轨道板与CA砂浆离缝地段、CA砂浆流浆地段的检查整修，加强对封闭层状态检查；对未设伸缩缝的封闭层和上拱封闭层及时切割设置伸缩缝。对＞230 mm，＜190 mm的宽接缝根据条件适时重新浇筑处理。

参考文献

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（责任审编孟庆伶）

Study on Deformation Treatment Measures for CRTSⅡSlab-type Ballastless Track in High Temperature Condition

TAN Shehui
（Shanghai Railway Administration，Shanghai 200071，China）

AbstractAccording to the CRT SⅡslab-type ballastless track structure diseases such as track slab splitting and arching，and wide joint damage in high temperature condition，this paper summarized the existing disease treatment measures for track slab splitting and arching of CRT SⅡslab-type ballastless track by disease type investigation and cause analysis. Combing with the repair test of CRT SⅡtrack slab，the FEM method was used to analyze the treatment effect of anchorage and plastic injection on track slab splitting and arching，and the disease treatment optimization and precaution measures of CRT SⅡslab-type ballastless track splitting and arching were put forward，which will provide a reference for the maintenance of ballastless track structure diseases.

Key wordsHigh temperature；CRT SⅡslab-type ballastless track；Deformation treatment；T rack slab arching

中图分类号U216. 4

文献标识码A

DOI：10. 3969 /j. issn. 1003-1995. 2016. 05. 06

文章编号：1003-1995（2016）05-0023-05

收稿日期：2016-03-05；修回日期：2016-03-25

基金项目：中国铁路总公司科技研究开发计划（Z2013-G001；2014G001-A）

作者简介：谭社会（1973—），男，高级工程师。