高速铁路无砟轨道整体抬升技术探析

张国全（太原铁路局太原南工务段，山西　太原　030013）



高速铁路无砟轨道整体抬升技术探析

张国全
（太原铁路局太原南工务段，山西太原030013）

摘要：针对大西高铁综合试验段无砟轨道的不均匀沉降问题，制定了具体的沉降整治方案，并从抬升原理、施工机具配备、施工方法及其技术特点等方面，对高聚物注浆施工技术进行了系统介绍，结果表明该技术能够对已下沉的无砟轨道实现精确抬升，恢复沉降地段线路的平顺性。

关键词：无砟轨道，沉降整治，高聚物注浆，施工方法

1　概述

无砟轨道是高速铁路最为重要的轨道结构形式，其具有结构稳定性高、轨道平顺性高、刚度均匀性好、耐久性强、轨道几何尺寸能够持久保持、维修工作量显著减少等优点。高速铁路路基地段无砟轨道要求使用年限为100年，为确保其结构的稳定，其技术要求更为严格，工后沉降不大于15 mm，与桥隧涵洞等结构物交界处工后沉降不大于5 mm，不均匀沉降造成的折角不大于1/1 000，但是，工程实践中由于受到特殊工程地质、施工质量控制及外部环境变化等因素影响，部分路基区段的高速铁路无砟轨道在施工阶段或运营开通后便出现局部沉降，导致轨道高程偏差不符合静态验收标准或超出扣件调整范围等等问题，使线路平顺性面临着不易修复的难题，对高速铁路的高速、安全运营带来困扰［4，5］。

2　沉降整治方案确定

我段按照总公司、路局要求提前介入大西高铁原平西—太原间高速综合试验段，并于2015年3月开始高速铁路无砟轨道的精测精调施工。精测过程中发现忻州西站路基段出现区域性整体沉降，超出TB 10754—2010高速铁路轨道工程施工质量验收标准中高程偏差10 mm的要求，其中忻州西站Ⅰ道沉降峰值达到-27.6 mm（波形图见图1），超出WJ-8A型扣件的可调极限。考虑到日后如继续沉降还需进行维修的需求，经调研确定采用高聚物注浆抬升技术进行沉降整修，其中下行正线Ⅰ道抬升范围为K198 +850～K199 +270，K200 + 290～K200 + 485，最大抬升高度为20 mm；上行正线Ⅱ道抬升范围为K198 + 800～K199 + 260，K200 +180～K200 +270，K200 + 300～K200 + 485，最大抬升高度为22 mm。

本文从高聚物注浆抬升原理、高聚物注浆材料性质、施工机具配备、人员组织、施工工艺流程及其主要技术特点等等方面对CRTS-Ⅰ型双块式无砟轨道结构整体注浆抬升技术进行系统介绍［6］，以期为我国高速铁路CRTS-Ⅰ型双块式无砟轨道沉降病害采用高聚物注浆实现整体抬升整治提供借鉴。

图1　忻州西站Ⅰ道无砟轨道沉降数据

3　高聚物注浆

3.1抬升原理

高聚物注浆抬升技术主要是通过预先埋设的深入到级配碎石一定深度的注浆管，在设定的注浆压力作用下，将高聚物注入路基支承层与级配碎石间形成抬升调整层［7］（见图2）。高聚物以出浆口为中心，通过扩散、填充、固结、挤密、液压抬升、发泡膨胀等一系列过程，实现支承层及其上部的轨道结构不断抬升，并在精度可控的条件下，达到轨道标高恢复的目的。

图2　单孔注浆整体抬升原理示意图

高聚物注浆抬升过程主要可分为填充挤密和抬升填充两个阶段［8］。在填充挤密阶段，注浆材料在出浆口附近一定范围的级配碎石空隙中快速扩散、快速固结并产生膨胀，挤密级配碎石的同时，在一定范围内与上部轨道结构形成一个密闭空间。抬升填充阶段，下一循环的注浆材料在密闭空间形成液囊，在注浆压力的液压传动效应下，形成较大的抬升力使轨道结构抬升。如此反复，轨道结构在每个注浆循环的注浆阶段持续得到抬升，在每个注浆循环的停止阶段，注入浆体固结时产生体积膨胀，形成一定的膨胀力，使轨道结构得以抬升。

3.2高聚物注浆材料性质

高聚物注浆材料是一种A，B双组分化学材料，常温下呈液态，经过机械混合后会迅速发生凝胶化学反应，在较短的时间内形成固结硬化体，并可根据需要形成不同的体积膨胀量。高聚物注浆材料相比于水泥类注浆材料［9］，具有施工环境适应性高、填充性好、充盈范围可控制、密度小质量轻、强度发展快、体积稳定性好等特点［10，11］，其本次忻州西站注浆所用的高聚物材料性能见表1。

表1　高聚物注浆材料性能

3.3施工机具配备

总体施工机具配备根据施工组织情况确定，本次高聚物注浆施工，每个抬升小组配备情况如表2所示，施工现场工机具平面布置如图3所示。

表2　高聚物注浆主要施工机具及材料

图3　高聚物注浆现场施工机具平面布置图

3.4人员组织

为保证无砟轨道结构注浆抬升的施工质量、施工进度和施工安全，施工前应成立施工领导小组和施工现场指挥小组。施工现场指挥小组下设安全组、技术组、检测组、线路调整组、钻孔安装组、注胶作业组、动力组、搬运配合组、后勤组，在施工过程中各小组要加强配合，严格卡控现场作业质量。

3.5施工流程

根据线下工艺试验研究，CRTS-Ⅰ型双块式无砟轨道结构注浆抬升施工工艺主要有施工准备、线路精测、注浆孔位置标定、钻孔、安放注浆管、注浆抬升与监测、拆除注浆管、注浆孔封堵、轨道精调恢复线路等，工艺流程［12］见图4。

3.6施工方法

1）准备工作。注浆抬升前，将已完成长轨精调段落轨下调高垫板更换为标准垫板并将扣件拧紧，并对高聚物注浆设备进行调试、材料进行加热，对抬升段落区段切割线间、外封闭层。切缝原则为：轨道外侧，纵向缝距支承层0.1 m；轨道内侧，纵向缝距道床边0.4 m。顺线路方向间隔3.9 m切槽，槽尺寸为0.1 m×0.3 m× 0.2 m，如图5所示。

图4　高聚物注浆抬升施工流程

图5　封闭层切割示意图（单位：m）

2）选点及线路测量。施工前用红油漆或记号笔对施工段落的各承轨台测量点进行标识并编号，标注注浆孔位时应根据道床板和支承层的钢筋布置图，确定钢筋的位置，注浆孔布置应避开钢筋，并尽量布置在轨道板的预裂缝位置，同时避开扣件、承轨台、应答器、轨道电路等设施所占位置，随后做好清洁。在使用电子水准仪对需抬升线路的各承轨台进行高程测量时，测量的段落应包括抬升线路前后的搭接范围，后根据线路高程测量结果，按照线路平顺性要求，并结合轨道扣件系统的调整范围，确定线路各个承轨台的抬升高度和抬升点。

3）钻孔。注浆孔位置确定后，现场采用电锤钻进行钻孔，中间孔竖直向下，深入级配碎石，侧孔从支承层钻入，深入级配碎石。为方便操作、提高工作效率，一般先选用较短钻头进行钻孔，再用较长钻头进行钻孔。钻孔时，应对钻出的混凝土或级配碎石的粉尘进行及时清理、收集，防止污染现场环境。钻孔完成后，应采用玻璃胶对注浆孔进行临时封闭，防止雨水及杂质进入。

4）安装注浆管。注浆管由内管、外管、螺母、垫片及注浆嘴组成，不同孔深对应选用不同长度的注浆管。首先将封闭注浆孔的玻璃胶清理干净，将注浆管插入注浆孔中，侧孔的注浆管可以在钻孔完毕后立即安装，中间注浆管需在注浆施工的当天进行安装，以免影响行车安全。

5）注浆作业。注浆设备到位后先进行注浆设备调试，将注浆主机电源打开，设定主机材料加热及管道加热温度，先对注浆管道进行加热。同时，将主机的提料泵及搅拌器放入料桶中，接通提料泵气管，打开空压机开始工作，调节注浆机压力，检查主机油泵工作是否正常。待管道加热到设定温度后，对管道内原材料进行循环，保证管道材料温度达到设定温度。在设备调试的同时，对抬升段落各承轨台的高程进行测量。测量时采用2台电子水准仪对线路左右股高程进行测量，同时采用全站仪实时监控中线偏移情况。当上述工作完成后便可以开始注浆作业。注浆抬升的基本原则为：先抬升、后填充，在进行填充时，应左右交替进行，同时实时监测。当轨道结构抬升至设计高度时，立即停止该点的注浆，将注浆枪、管道及测量条码尺移至下一注浆点进行注浆。在轨道结构抬升过程中记录抬升点左右股抬升情况，并在注浆过程中，安排专人对注浆点周围的轨道结构进行观察，若发现出现轨道结构裂纹、鼓起或跑浆等现象应立即停止注浆。

6）注浆管的拆除。在各注浆点注浆完成后，应拆除注浆管。如有个别注浆管不能及时拔出，可借助专用拔管器将注浆管拔出。

7）线路复测。轨道按照既定的抬升方案注浆抬升完毕后，应对该段落的所有承轨台高程进行测量。若满足轨道平顺性要求，则该段落抬升修复完成。若不满足要求，应对个别点进行再次抬升。

8）注浆孔的封堵。抬升段落线路经复测满足要求后，应对注浆孔进行封堵。注浆孔的封堵分两步进行。首先用无收缩砂浆对注浆孔的底部进行填充，然后采用植筋胶对注浆孔上部10 cm左右进行封堵。

9）轨道平顺性恢复。轨道结构注浆抬升完成后，应对注浆段落的轨道线路进行精测精调，恢复线路的高平顺性。

4　实施效果分析

本次大西高铁综合试验段忻州西站CRTS-Ⅰ型双块式无砟轨道结构注浆抬升整治，前后历时32 d顺利完成，最大抬升量21 mm，总体抬升效果符合预期要求，忻州西站Ⅰ道高聚物注浆前后效果对比见图6。

图6　忻州西站Ⅰ道高聚物注浆前后效果对比图

1）静态检查。现场注浆抬升施工结束后，采用0级轨检仪、0级电子道尺进行相对位置的静态检查，发现轨距变化不超1.5 mm，水平变化不超2 mm，高低变化不超2.5 mm，中线累计最大偏移2.2 mm。

2）轨道精测精调［13］。采用安博格GRP-1000型轨道测量仪精测，并优化制定精调方案，现场实施精调后复测，绝对位置中高程偏差最大3.1 mm，平面偏差最大6.4 mm，轨距偏差最大1.1 mm，水平偏差最大1.1 mm，相对位置中长波及各项递变偏差均在偏差管理值以内。

3）动态检查。忻州西站路基地段无砟轨道上下行线K198 + 850～K200 +485，采用高聚物注浆抬道地段在联调联试期间，拉通试验检测时，CRH380AM型动检车以350 km/h速度检测，无动态偏差，TQI值最大2.95，动态运行平稳，无晃车，质量优良。

5　结论与建议

1）本次采用高聚物注浆施工较为成功的整治了在湿陷性黄土地区铺设的CRTS-Ⅰ型双块式无砟轨道不均匀沉降的施工质量问题，恢复了线路的高平顺性，确保了动态验收达标，行车安全、平稳的运行品质。

2）高聚物注浆施工技术是利用材料良好的技术性能，通过精准测量、精细操作、精确抬升来处理高速铁路无砟轨道路基超标沉降的一种简洁、高效的手段。该技术具有修复速度快、施工相对简单、抬升效果好的特点，在确保行车安全的前提下，同样适用于已开通运营的高速铁路无砟轨道的沉降整治。

3）高聚物注浆施工技术在防止中线偏移、曲线地段施工，还需经过实践继续优化施工方法，调整材料的性能。

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Analysis on integral high-speed railway ballastless track lifting technology

Zhang Guoquan
（South Taiyuan Business Section，Taiyuan Railway Administration，Taiyuan 030013，China）

Abstract：In light of uneven ballastless track subsidence problems of comprehensive Da-Xi high-speed railway testing section，the paper formulates specific subsidence treatment scheme.Starting from aspects of lifting principles，construction equipment，construction methods and technological features，it systematically illustrates polymer grouting construction technologies.Results show that：the ballastless track subsidence can be accurately lifted by applying the integral lifting technology，which recovers road smooth at subsidence section.

Key words：ballastless track，subsidence treatment，polymer grouting，construction method

中图分类号：U213.244

文献标识码：A

文章编号：1009-6825（2016）06-0139-03

收稿日期：2015-12-17

作者简介：张国全（1985-），男，工程师