高温环境板式无砟轨道离缝成因分析与整治技术

徐永

摘要：通过对高铁运营过程中板式无砟轨道离缝问题进行调查，系统分析了导致离缝问题的主要原因，提出了相应的施工整治方案，并在此基础上提出了优化及预防措施，以便为其他类似无砟轨道的营运线路相关情况提供借鉴和参考。

Abstract： Through the investigation of the problem of slab ballastless track separation during the operation of high-speed railway， the main reasons are systematically analyzed， and the corresponding construction remediation plan is put forward. Based on this， optimization and preventive measures are proposed to provide reference for other relevant lines of the innocent track.

关键词：高速铁路;高温;板式无砟轨道;施工处理

Key words： high-speed railway;high temperature;slab ballastless track;construction treatment

中图分类号：U213.2+44                                文献标识码：A                                  文章编号：1006-4311（2019）14-0096-03

0  引言

我国高速铁路 CRTS II型板式无砟轨道主要集中在华东和华北地区，截止目前其运营里程已超过5000km，被应用在多条线路上，包括京津城际、津秦客专、杭甬客专、沪杭客专、京沪高铁、合福客专、宁杭客专、杭长客专等线路。华东地区夏季高温天气多，且持续时间较长，而这种持续的高温天气对管内Ⅱ型板式无砟轨道的纵连体系会造成极大的不利影响，再加上板式无砟轨道铺设数量大，运营中极容易造成局部宽接缝破损、轨道板间宽接缝离缝、轨道板与砂浆离缝等问题。通过对全线轨道板天窗调查，主要存在轨道板与砂浆层间或底座板与砂浆层间出现离缝等情况。

①桥梁地段轨道板离缝。

桥上轨道板离缝个别地段，轨道板与砂浆离缝 4mm 左右，钢轨高低1～2mm/10m。

②路基地段轨道板离缝。

路基上轨道板离缝个别地段，路基上以宽接缝为中心 1.3m 范围内离缝 1mm。（图3）

根据现场实地查看，无论桥梁上还是路基上离缝，按照离缝地段长度划分：一类是局部（单块轨道板）离缝，另一类是成区段（连续多块轨道板）离缝。

1  无砟轨道离缝问题成因分析

1.1 温度梯度影响

根据气象资料，当年华东地区最高气温超过了40℃，平均气温也在38℃以上。一般来说，轨道板白天正温度梯度与凌晨负温度梯度的设计值为80～85℃/m 和-40～-43℃/m，而实际上现场观测的结果显示，这两项数值分别在100℃/m和-50℃/m，均高于设计推荐值。在极端温度的作用下，轨道板内会聚集大量的温度应力，且无法及时的得到释放，如此将会极大的影响轨道板稳定性。

由图4、图5可看出，軌道板在正温度下，中间凸四角支承板;负温度下中间凹，中间支承板，四个角翘曲，正、负温度交替出现，容易导致轨道板与沥青砂浆层、沥青砂浆层与底座之间产生离缝或离缝扩大。

1.2现场施工影响

正是由于板式无砟轨道纵向连续结构的特殊性，要求施工温度必须进行合理控制，在实际铺板施工时，若纵连合龙温度低于设计温度，在高温作用下轨道板内会聚集压应力，而一旦压应力超过规定值，就会导致接缝或轨道板破损。此外，造成离缝的重要原因还有宽接缝混凝土密实性差、个别处所张拉锁件安装不到位、部分线路轨道板纵向连接不及时等。

1.3 列车荷载影响

运营状态列车活载作用下，对轨道板产生的震动，导致轨道板发生离缝;轨道板离缝后雨水的侵入，加速了轨道板与沥青砂浆层、沥青砂浆层与底座之间发生离缝的发展。

2  无砟轨道离缝施工处理

2.1 基本思路及工艺流程

采用对离缝处进行注浆处理，恢复轨道板与底座板的粘结力，同时在适当位置采取剪力钉植筋，增加对轨道板的约束;植筋位置、数量应根据现场病害实际情况进行相关计算。

工艺流程：安全技术交底→上线施工准备→轨道板植筋锚固→板底注浆→轨道精调→检查确认→清理现场下线。

2.2 具体施工处理方案

无砟轨道离缝病害类型分为两类：第一类是局部（单块轨道板）离缝，第二类是成区段（连续多块轨道板）离缝。根据现场离缝情况，对应采取不同的施工处理方案，详见表1。

2.2.1 局部离缝处理

方案一：离缝较小（2<离缝≤3），采用注胶方案

处理顺序：板底注胶→钢轨精调。

注胶范围：注胶 3 块板（1+1+1），以异常轨道板为中心，各增加一块轨道板在大、小 里程每一端。

植筋范围：无。

方案二：离缝较大（3<离缝≤5），采用（注胶+植筋）方案

处理顺序：轨道板植筋锚固→板底注浆→轨道精调。

注胶范围：注胶 3 块板（1+1+1），以存在病害轨道板为中心，大、小里程每一端各增加 1 块轨道板;

植筋范围：植筋 3 块板（6+8+6）根植筋，存在病害轨道板植 8 根，大、 小里程每一端轨道板各植 6 根。

方案三：离缝较大且贯通（5<离缝），采用（注胶+植筋）方案

处理顺序：轨道板植筋锚固→板底注浆→轨道精调。

注胶范围：注胶 5 块板，以存在病害轨道板为中心，各增加 2 块轨道板在大、小里程每一端;

植筋范围：植筋 5块板（4+6+8+6+4）根植筋，存在病害轨道板植 8 根，大、小里程每一端，相邻第一块轨道板各植 6 根，相邻第二块轨道板各植4 根。

2.2.2 成区段离缝施工处理

方案四：离缝较小（2<离缝≤3），采用注胶方案

处理顺序：板底注胶→钢轨精调。

注胶范围：注胶（1+N+1）块板，以存在病害轨道板为中心，各增加一块轨道板在大、小里程每一端。

植筋范围：无。

方案五：离缝较大（3<离缝≤5），采用（注胶+植筋）方案

处理顺序：轨道板植筋锚固→板底注浆→轨道精调。

注胶范围：注胶（1+N+1）块板，存在病害轨道板区段和大、小里程每一端各增加 1 块轨道板;

植筋范围：植筋（1+N+1）块板（6+8*N+6）根植筋，存在病害轨道板区段每块板植 8 根，大、小里程每一端轨道板各植 6 根。

方案六：离缝较大且贯通（5<离缝），采用（注胶+植筋）方案

处理顺序：轨道板植筋锚固→板底注浆→轨道精调。（图11）

注胶范围：注胶（2+N+2）块板，存在病害轨道板区段和大、小里程每一端各增加 2 块轨道板;

植筋范围：植筋（2+N+2）块板（4+6+8*N+6+4）根植筋，存在病害轨道板区段每块板植 8 根，大、小里程每一端，相邻第一块轨道板各植 6 根， 相邻第二块轨道板各植 4 根。

2.2.3 轨道板植筋要求

依照规范标准用钻机钻孔，钻孔深度L=390mm，钻孔直径为 35mm，误差±20mm;采用 HRB500 级 Φ28 钢筋作为植筋，钢筋长 L=350mm（轨道板内 160mm，底座内 160mm），误差为±5mm。垂直于轨道板板面钻孔，允许偏差1°。植筋胶性能指标需满足设计要求，本次全部选用喜利得植筋胶。（图12）

钻孔放样尺寸：中心距离挡肩 166.6mm，距离轨道板横向中心线 205mm，若地段的砂浆厚度超过30mm，钻孔及锚固钢筋长度可依据实际情况适当增加砂浆层厚度。

钻孔施工时应选用无震动钻孔设备及专用钻头，在正式开始钻孔前，应先使用雷达或者其他设备进行必要的钢筋布置情况探测，然后再合理设计植筋位置，杜绝钻断轨道板和底座内钢筋。钻孔时应合理控制钻孔深度和钻孔位置，且钻孔后应及时将周围异物清除干净，保证孔内整洁和干燥。植筋完成且植筋胶完全固化后，才能开展下一环节施工。（图13）

3  施工过程注意事项

①轨道板与砂浆离缝地段，接缝、轨道板、侧向挡块伤损等问题加强观测、检测和监测，确保后续行车安全。

②锚固区板底注胶，可以安排在轨道板钻孔植筋之前或之后进行，但必须确保注胶锚固区板底期间，砂浆与轨道板下表面和底座板上表面之间无积水和潮湿问题，保证干燥无异物。解锁轨道板之前，保证已完成锚固区轨道板植筋锚固;已完成宽接缝相邻轨道板钻孔，但不植筋。

③在施工过程中应加强轨道板与砂浆离缝状态的监测，避免轨道板在剪力钉处承受过大的局部应力，防止局部出现裂纹。当发现轨道板与砂浆出现错位或离缝现象时，应及时加强锚固，确保安全。

④因处于天窗施工，相关单位必须严格依照相关规范标准合理安排人员和设备，保证保质保量按时完成天窗内的各项工作，且要求每次施工完必须认真清理现场，保证任何异物都不留在现场，确保行车安全。

⑤现场使用的各项材料应得到相关单位的认可，且可符合天窗时间内修补、天窗时间后列車通行要求。其中：选用铁科院研究的TK-A型修补材料进行水泥乳化沥青砂浆离缝，该材料适用于 CRTS Ⅱ型水泥乳化沥青砂浆离缝的注浆修复，是一种可快速固化的双组份注浆材料;植筋胶应符合 A 级胶的相关要求，优先需用喜利得植筋胶，该材料具有施工时间可调、强度发展可控等特点。

4  优化预防措施

首先，轨道板离缝问题基本以采用植筋结合注胶的方式进行综合处理。综合现场各项实际情况及植筋对轨道板的破坏影响，在不影响现场注胶质量的前提下，应适当减少植筋的范围和数量。其次，充填砂浆层的粘接失效及雨水冲刷是导致离缝问题的主要原因之一，应考虑研究新型砂浆材料替代原有填充材料，以强化砂浆层作用。再次，高温季节应加强对轨道板离缝施工处理地段及相邻地段的观测巡检频次，以便及时发现问题，避免离缝继续发展危及行车安全。

5  结论

结合在现场对轨道板离缝实地调查、参与制定设计方案、施工处理过程，得出以下结论：

①夏季高温是引起CRTSⅡ型板式无砟轨道离缝病害的主要外部因素，高温天气应加强对全线轨道板的巡检，特别要加强施工处理地段及其相邻地段的巡检频次。

②对于轨道板离缝问题处理，主要采用注浆结合剪力钉植筋技术解决。一般情况，可根据文中方案结合现场情况进行细化处置。

参考文献：

[1]姜子清，江成，王继军，易忠来.CRTSⅡ型板式无砟轨道砂浆层伤损修复研究[J].铁道建筑，2013（01）.

[2]何元庆.华东地区CRTSⅡ型板式无砟轨道温度特性试验分析[J].铁道建筑，2017（03）.

[3]董亮，李东昇，胡所亭.温度梯度荷载作用下纵连板式与单元板式无砟轨道结构应力-应变状态对比分析[J].铁道建筑，2016（05）.

[4]谭社会.高温条件下CRTSⅡ型板式无砟轨道变形整治措施研究[J].铁道建筑，2016（05）.

[5]林超.持续高温对CRTSⅡ型板式无砟轨道温度场影响的试验研究[J].铁道建筑，2016（05）.