道砟胶应用于有砟-无砟轨道过渡段的关键控制技术

朱永见（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）

道砟胶应用于有砟-无砟轨道过渡段的关键控制技术

朱永见
（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）

通过对有砟-无砟轨道过渡段存在问题的分析，指出过渡段最主要的病害为接合部地段薄弱和后期道床沉降差异大；采用道砟胶将散粒体道砟粘结起来可以解决这2个问题。针对目前国内采用道砟胶后存在的问题，总结了施工道砟胶的关键控制技术；提出应从设置位置、道砟质量、施工过程及材料质量、施工初期质量和施工后期质量5个方面来控制道砟胶的施工质量，并从根本上解决有砟-无砟轨道过渡段病害造成的频繁维修问题，达到后期养护维修工作量少的目的。

有砟-无砟轨道；过渡段；道砟胶；施工控制

道砟胶应用于基础沉降稳定的有砟-无砟过渡段时，主要起稳定碎石道床和减少养护维修工作量的目的［1］。基础沉降稳定的有砟-无砟过渡段主要存在3个问题；一是道床刚度的巨大差异，二是道床沉降规律的巨大差异，三是扣件刚度的差异。因过渡段的后期沉降差对行车安全和舒适性的影响比轨道刚度差大［2-3］，故道床沉降规律差异对行车安全和舒适性的影响比道床或扣件刚度差异也要大。再加上有砟-无砟过渡段接合部有砟侧（与无砟相接的3根轨枕）施工质量难以保证，且不易大机作业，进而成为一个薄弱地段；随着列车的运行，还易形成暗坑，进而成为一个永久性病害而需要频繁地维修。因此，有砟-无砟过渡段最主要的病害是接合部地段薄弱和道床后期沉降差异大。

采用道砟胶将散粒体道砟粘结成整体，一方面可以对接合部的薄弱地段进行加强，另一方面，通过限制道砟的移位和分段提高道床的支承刚度（即可以减小无砟道床与有砟道床的沉降差异性）。图1是欧洲国家将道砟胶应用于有砟-无砟过渡段的平立面布置［4］，它清晰地显示了接合部4根轨枕和通过改变断面粘结形式形成四级刚度过渡来达到减小无砟-有砟道床沉降差异的目的。

目前，中国已在郑西、哈大、六沾、成灌、大西、山西中南部通道等线的有砟-无砟过渡段上进行了道砟胶的初步应用。本文通过道砟胶施工工艺、应用过程中出现的返工问题和使用目的的分析总结，提出使用过程中应控制的关键技术。

图1　道砟胶用于过渡段平立面布置

1　道砟胶施工工艺

道砟胶的施工温度应在5～40℃，上胶前的道砟需满足干燥、无油脂和无污泥污染，空气潮湿度不大于70%；否则，禁止作业［1］。参照《聚氨酯道砟胶暂行技术条件》（TJ/GW 116—2013），并结合本人在施工现场的经验，道砟胶施工拟按以下步骤进行。

1）刨开枕底以上道砟及轨道部件防护

在过渡段范围内，将轨枕及其两侧200～250 mm范围内枕底以上的道砟全部刨开。道砟刨开后，应能看见轨枕底面及两端面。与此同时，对粘结范围内的钢轨、扣件系统等进行防护，避免施工时道砟胶飞溅的污染。

2）枕底道砟粘结

按照设计的枕下粘结厚度，粘结过渡段范围内轨枕底部的道砟，见图2。

图2　枕底道砟粘结

3）回填道砟及轨枕之间道砟的粘结

枕底道砟粘结完成30～120 min后（根据现场天气情况，以道砟胶表干强度达到初期强度为标准），回填轨枕之间及枕端200～250 mm肩砟部分的道砟，见图3。按设计要求，对轨枕之间的道砟进行整形，然后进行轨枕之间道砟的粘结，见图4。

图3　回填道砟

4）肩部道砟粘结

按照设计要求，对肩部道砟进行整形，粘结道床肩部道砟，见图5。

图4　粘结枕盒道砟

图5　粘结肩部道砟

2　已施工的道砟胶地段

以国内某家公司生产的道砟胶为例，自2009年使用以来，共计施工了54处，见表1。

从表1可以看出，从2009—2014年施工的54个地段，除了乌蒙山二号隧道等5个地段外，均没有出现后期轨道几何形位超限的情况，返工比例为9.3%。这5段均因施工后轨道几何形位超限而造成无法完成静态验收，最终耗费很大的人力、物力和财力，才把粘结之后的道床破坏再行返工。虽然刨除时采用了降低道砟胶粘结强度的降解溶剂，但破坏作业仍是很困难的。

表1　2009—2014年施作的道砟胶地段

3　关键控制技术

采用道砟胶后的道床参数与上胶前道床的密度、道砟的孔隙和表面清洁度等有密切关系。道砟的孔隙和清洁度直接影响粘结质量和轨枕底部的粘结厚度，而道床密度对道床参数的提高程度起着关键性的作用，尤其是道床支承刚度。此外，由于采用道砟胶后，轨枕的底部与道砟粘结在一起，无法进行起道、拨道和捣固作业；因此，采用道砟胶后轨道的几何形位只能通过扣件系统进行调整。

铺轨施工应在道砟胶施工前使轨道状态达到投入运营前的技术指标，但道砟胶的施工工艺中缺少对道床质量和轨道几何形位的复核控制，进而导致了施工初期不能满足静态验收的要求而造成返工。

为保证有砟-无砟过渡段的施工质量并达到减少后期养护维修工作量的目的，应从设置位置、道砟质量、施工过程及材料质量、施工初期质量和施工后期质量5个方面，研究并提出道砟胶施工的关键控制技术。

3.1设置位置

为了尽可能地减小无砟道床与有砟道床的沉降差异性，减小后期的轨面不平顺，有砟-无砟过渡段宜设置在基础沉降稳定的地段［1］，如隧道、桥梁地段等。如若设置在路基地段，应有必要的措施控制路基的后期沉降，或改变断面粘结形式，使粘结后的轨道具有可维修性。如英国采用XITRACK技术的可维修的粘结形式（见图6）；英国对这种轨道结构形式应用于黏土路基地段时的沉降规律进行了大量的疲劳试验，结果表明，该轨道结构形式可显著改善路基的受力状态，大大减少其塑性变形，从而减少轨道的后期沉降，进而减小轨道后期的养护维修工作量。

图6　XITRACK技术用于隧道有砟-无砟过渡段

3.2道砟质量

道砟胶可以把松散的道砟颗粒粘结起来，从而形成一个整体。但脏污严重的道床会影响道砟胶的下渗，从而达不到预期的粘结质量和粘结厚度。要想保证粘结质量和粘结厚度，一方面要求道砟表面要清洁，不能被污泥、油脂等杂物包裹；另一方面要求道砟颗粒之间要有足够的孔隙，不能被小颗粒堵塞。

3.3施工过程及材料质量

采用道砟胶后轨道的后期沉降主要由未粘结的道砟层产生。因此，道砟胶应在道床完成初期沉降之后方可施工，一般应通过80～100万t运量［5］。

为使有砟-无砟过渡段在采用道砟胶后达到较小的沉降差异，除了要保证上胶前道床的质量和稳定性之外，还要对道砟胶的施工过程及材料质量进行把控。材料的质量可参照TJ/GW 116—2013进行相应的检查和检测；施工过程应从轨道稳定性、枕下粘结厚度、肩部及轨枕之间回填道砟的粘结质量3个方面进行控制。

3.3.1轨道稳定性

道砟胶在施工过程中，会把轨枕之间及肩部的道砟刨除，这在很大程度上降低了道床阻力，减小了对轨排的约束，尤其是横向阻力的减小，对无缝线路的稳定性特别不利［6］。因此，在夏季高温季节刨开道砟时，不应将施工段的道砟一次全部刨除，而应分段刨除，且轨枕端部肩砟刨除时应保留枕底以上10 cm的部分，先将部分肩砟进行粘结以保证线路的稳定性，然后再继续下一段刨除作业。

以过渡段的3次喷涂工序为例，其施工工序见图7，根据设计的断面粘结形式，按照1，2，3的顺序分段粘结相应的区域。在高温季节，考虑到轨道板的稳定性，建议其施工工序按图8，分4次喷涂，施工工序为1，2，3，4。

图7　道砟胶的施工工序

图8　高温季节的施工工序建议（单位：mm）

3.3.2枕下粘结厚度

采用道砟胶后的道床参数主要与枕下粘结厚度和枕底与道砟的粘结面积有关。为保证道床参数有较大的提高，需要保证枕下的粘结厚度和枕底与道砟的粘结面积。

根据道砟胶喷涂工序的不同，粘结每立方米道砟的用胶量为25～35 L，且喷涂施工用的喷枪与流量的关系能很容易地进行现场标定。因此，根据设计的断面粘结形式计算每个枕跨的道砟胶用量，然后通过控制每个枕跨的喷胶时间，就可以有效控制枕下道砟的粘结厚度；另外，通过技术人员对喷枪的使用控制，尽可能地提高枕底与道砟的粘结面积。

3.3.3肩部及轨枕之间回填道砟的粘结质量

轨枕底面以下的道砟在施工过程中并没有受到扰动，其粘结质量可通过控制用胶量得以保证。但经刨开回填的道砟会变得比较松散（密实性降低），而道砟的密实性对道床阻力参数的提高具有重要作用。因此，仅通过控制用胶量来保证质量是不够的，还要采取措施，使回填的道砟变得密实。

为使回填的道砟变得密实，TJ/GW 116—2013中提出应将刨开的道砟回填原状并捣固密实；但这种方式在施工现场的可操作性不强。对肩部及轨枕之间的回填道砟进行分层夯拍，可以提高其密实性，进而提高道床的阻力参数［7］。因此，通过对回填道砟的分层夯拍和用胶量的控制，可保证回填道砟的粘结质量。

3.4施工初期质量

鉴于施工道砟胶后，轨道无法进行起道、拨道和捣固作业，只能通过扣件系统进行轨道几何形位的调整，为满足轨道静态验收的要求，不但要控制施工前轨道的几何形位，即施工前对线路进行精调（当施工处于桥、隧地段时，还要与桥、隧进行联合精调，以免桥、隧地段精调时影响过渡段轨道的几何形位），还要控制道砟胶施工过程对轨道几何形位的影响。

3.5施工后期质量

采用道砟胶的目的是减小有砟道床与无砟道床较大的沉降差异，对有砟-无砟接合部的薄弱区域进行加强，从而减少后期的养护维修工作量。为达到这2个目的，有砟-无砟过渡段不但要设置在沉降稳定的基础上，还要通过采用道砟胶固化道砟，使道床支承刚度有较大的提高，从而保证后期的累积变形比较小。

此外，为确保采用道砟胶后的过渡段具有较长的使用寿命，应配套使用较大调整量的扣件系统。

4　结论

通过对道砟胶施工工艺、应用过程中出现返工问题和使用目的的分析总结，提出施工过程中应控制的关键技术，主要结论如下：①有砟-无砟过渡段宜设置在基础沉降稳定的地段，否则应改变断面粘结形式，使粘结后的轨道具有可维修性；②道砟级配满足要求；③高温季节施工时，应改变原有的施工工序；④对回填的道砟进行分层夯拍，并控制道砟胶的喷涂量；⑤施工前对线路进行精调或联合精调，上胶前对轨道几何形位复核确认；⑥施工前对道床的支承刚度或枕下密度进行检测；⑦建议配套使用调整量大的扣件系统。

［1］中国铁路总公司.TJ/GW 116—2013聚氨酯道砟胶暂行技术条件［S］.北京：中国铁道出版社，2014.

［2］罗强，蔡英，李成辉.高速铁路路桥过渡段的动力分析与结构设计［J］.路基工程，1998（1）：1-5.

［3］ESVELD C.现代铁路轨道［M］.王平，陈嵘，井国庆，译.2 版.北京：中国铁道出版社，2014.

［4］LAKUŠI S，AHAC M，HALADIN I.Track Stability Using Ballast Bonding Method［J］.Slovenski Kongres O Cestah In Prometu，2010（10）：332-340.

［5］许琰，李家林.沥青道床新型轨下基础［J］.铁道建筑，1980 （1）：4-9.

［6］曾树谷.铁路散粒体道床［M］.北京：中国铁道出版社，1997.

（责任审编孟庆伶）

Key Control Technologies in Application of Ballast Glue to Ballast-Ballastless Track Transition Zone

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

T hrough the analysis of the existing defects in ballast-ballastless track transition zone，the most important defects in transition zone are the weak joint zone and the large settlement difference of roadbed.T hese two problems can be solved by gluing ballast together by using ballast glue.In view of the existing problems after using ballast glue in China，the key control technologies of ballast glue during construction were summarized.T he construction quality of using ballast glue should be controlled through five aspects，which are the location，the ballast quality，the construction process and material quality，the early construction quality，and the late construction quality.T he frequent maintenance caused by the defects in ballast-ballastless track transition zone can be avoided fundamentally to achieve the purpose of maintenance reducing during later period.

Ballast-ballastless track；T ransition zone；Ballast glue；Construction control

U214.2

A

10.3969/j.issn.1003-1995.2016.08.33

1003-1995（2016）08-0133-04

2016-02-26；

2016-05-23

朱永见（1987— ），男，博士研究生。