某城际铁路CRTS Ⅲ型板式无砟轨道上拱整治方案

陆中玏

（中国铁路武汉局集团有限公司工务部，湖北武汉 430071）

0 引言

某城际铁路轨道结构有无砟轨道和有砟轨道2 种。其中，无砟轨道地段采用CRTS Ⅲ型板式无砟轨道，延展长度共计24.331 km。2014年3月，部分路基段首次发生上拱变形，联调联试前已对8 处过渡段进行整治。开通运营后不久，又发现3处新的上拱位置，初始最大上拱量为12 mm。根据实时监测数据分析，上拱情况不稳定且雨天过后上拱加速明显。其中，某路基上拱量达56 mm，轨道变形突破扣件调整极限，影响运输秩序，亟待整治。

1 设备情况

1.1 轨道结构

CRTS Ⅲ型板式无砟轨道由钢轨、弹性扣件、轨道板、自密实混凝土层、混凝土底座等部分组成［1］，高度为772 mm。焊接采用60 kg/m 定长100 m 无螺栓热轧U71MnG 钢轨，扣件为WJ-8B 弹性分开式常阻力扣件（高低调整量为+26/-4 mm），扣件节点间距687 mm，无缝线路设计锁定轨温25±5 ℃。轨道板尺寸为5350 mm×2500 mm×1900 mm，混凝土等级C60。自密实混凝土高度94 mm，尺寸与轨道板对齐，单层钢筋焊网通过U 形筋和内设钢筋网片与轨道板实现一体连接。采用C30 混凝土，双层钢筋焊网，底座宽度3100 mm、厚度240 mm。每3 块轨道板对应长度设置宽度为20 mm 伸缩缝，底座间设置有传力杆，为8 根Φ30 mm光面钢筋，长度为700 mm。自密实混凝土层与底座间有4 mm厚土工布隔离层。

1.2 线路设备

上拱处原设计为挖方路堑，开挖深度4.02 m，且位于上跨桥下。曲线半径3500 m，纵向坡度为0，超高110mm。

1.3 地质情况

该地段为垄岗坳沟地貌，地形舒缓起伏，周边为旱地农田。地层为Q2+3冲洪积层，局部表层为种植土、人工填土，下伏基岩为K泥质粉砂岩。地下水不发育，主要为基岩孔隙水。距病害地点20 m 处，有一条长33 m的倒虹吸，与线路斜交。整治点典型地质断面见图1。

图1 整治点典型地质断面

1.4 路基填料

自底座以下设计为0.4 m级配碎石、3.01 m厚AB组填料。病害发生后，对该地点填料进行取样。原状料为灰黑色杂填土，松散、可塑～硬塑，稍有湿润，较大孔隙，交杂有少量有机质。经室内测试分析，岩土膨胀特性指标检测结果见表1，试样矿物成分及含量成果见表2。

2 病害情况

2.1 上拱监测概况

病害段频繁发生晃车，采用人工添乘、动检车、车载式添乘仪、便携式添乘仪等方式进行检测，超限数值较大且不断发展，线路设备质量逐渐下降。2个高点位于无砟轨道地段，维修难度较大，因此先进行轨道精调，轨下垫片采用55 mm 钢制特殊调整件，但精调效果保持时间较短，且调整量已达到极限。2018年10月12日病害处上行短波高低2.14 mm、长波高低5.45 mm，下行短波高低1.77 mm、长波高低4.65 mm，且有持续恶化趋势。病害处上拱监测情况见图2。

经统计，该地段平均上拱速率1.66 mm/月，最大上拱月份集中在每年10—12月，最大上拱速率为5.00 mm/月。

2.2 病害原因

表1 岩土膨胀特性指标检测结果

表2 试样矿物成分及含量成果 %

通过表1、表2 可知，第2 层（底座以下0.5～0.8 m）级配碎石含烧石膏、蒙脱石等有膨胀性矿物质。该物质受雨水及毛细水影响，发生膨胀导致上拱［2］。膨胀性指标检测结果表明，上拱区段填料膨胀性特征与矿物膨胀趋势特性相吻合。两侧的混凝土封闭层因膨胀造成上拱开裂，雨水顺裂缝进入级配碎石层。并且该地段位于上跨桥处，上跨桥基础刚度较大，上拱量积累在线路中心位置。

图2 病害处上拱监测情况

3 整治方案比选

综合分析后，确定对上行线1（16.35 m/3 块板）、下行线2（27.25 m/5块板）进行整治。需对该范围基床表层填料（级配碎石）进行挖除换填，开挖深度为0.5～0.8 m 并挖至见AB 组填料。经查阅列车运行图，确定日常维修天窗23：30—3：30，计240 min。

3.1 方案1

封锁单一行别施工，采用揭开轨道结构进行路基换填。封锁上行线1，上行列车利用下行线反方向运行，下行施工地段限速45 km/h，慢距100 m。但因站场条件限制，该方案对运输影响较大，影响列车对数72 对，其中跨局动车组39 对、管内跨线动车组10.5对。

3.2 方案2

利用夜间天窗施工，采用暗挖法换填，该工法行车安全风险增大，且施工技术要求高。白天线路采取限速45 km/h，慢距100 m，编制施工分号图，适当减少列车对数，降低对旅客出行影响，以满足线路整治需求。每趟列车经过慢行地段时，晚点2 min 48 s。经工务与运输、车务单位协商，夜间天窗可延长至370min。

整治方案技术比选见表3。方案1 对运输影响较大，运行图铺画及实际执行均有较大难度，最终决定按照方案2开展施工整治。

表3 整治方案技术比选

4 整治技术方案

上拱整治顺序为先整治上行线路，后整治下行线路。施工前核对CP Ⅲ数据，建立精测网，采用电子水准仪对线路高程及平面数据进行采集，确定纠偏量。开挖前，对限位螺杆、支撑结构进行力学验算。整治过程中对轨道结构进行观察，若出现裂纹立即停止作业。系统整治方案流程见图3。

4.1 限位墩施作

因施工地段位于线路曲线位置，为防止轨道结构横向位移，对底座两侧对称设置临时限位墩［3］，使用可调螺杆对轨道结构底座施加横向支撑，限制轨道结构横向位移。限位墩采用钢筋混凝土结构，顶面与底座平齐，埋深不小于1 m，纵向长度0.6 m，防护体系经检算满足要求（见图4）。纵向单侧3600～4200 mm设置1 个限位墩，因此上行线1 设置8 个限位墩，下行线2 设置16 个限位墩。经验算，在保留一定安全余量增大螺栓荷载后，Φ60 mm 螺杆的最大Mises 应力为114.6 MPa，小于Q235螺栓的屈服强度，可满足条件。

4.2 节段掏挖

节段暗挖采用人工分节段暗挖［4］，从底座两侧向板中间开挖，开挖节段长度分为1.5 m 和1.1 m 两种。开挖顺序严格按图5进行（①～ⓝ为第n次开挖节段）。开挖时，先用手持电镐将级配碎石凿松动，再用小铲将松散后的级配碎石从底座下掏出，人工运至弃渣点。若一个天窗点不能全部完成本槽的掏挖和钢支撑的安装，则将板底中间部分（约1/2）留作下一个天窗点掏挖，并在已开挖位置用25 t千斤顶临时支撑。

图3 系统整治方案流程

图4 限位墩横断面

图5 开挖先后顺序

4.3 支撑安装及调整

为防止掏挖时荷载分布不均造成底座开裂，每开挖1 个1.1 m 节段，须在横向设置2 个千斤顶进行临时支撑，每开挖1 个1.5 m 节段设置4 个钢支撑，并将千斤顶置于扣件正下方。千斤顶上部设顶托钢板（长20 cm、宽30 cm、厚2 cm），底部设底座（底座为C40混凝土预制块，预制块直径45 cm×厚20 cm）增加承载面积。千斤顶底座安装前，清理安装位置松散料，平整拍实；千斤顶加载的托举力度以钢板牢固不移位为准。横向挖通后在临时千斤顶的两侧分别设置可调高钢支撑，替换千斤顶受力。预制底座顶部设可调楔式千斤顶及多层钢板复合垫板，总厚度不超过30 cm。临时支撑体系示意见图6。横向全部挖通后，在千斤顶两侧用钢支撑更换千斤顶（见图7）。

支撑最大反力为106.52 kN，轴力设计值为149.13 kN。经验算，支撑的长细比、截面面积均能满足要求，整体稳定性和强度满足条件，可用于施工。

图6 临时支撑体系示意图

4.4 监测与上线检查

安排人员24 h 对监控数据分析，按周期及时发布监测数据［5-6］，发现监测数据达到预警值后及时通知设备管理单位。变形监测预警值与报警值见表4。每天申请2个临时垂直天窗点上线检查基坑是否积水、监测棱镜牢固情况等12 个项目。一旦出现超限或重大异常，则按照封锁进行处置。

图7 更换成钢支撑断面

表4 变形监测预警值与报警值 mm

4.5 轨道结构复位

将底座下土体清除，解除轨道板两侧限位支撑后，用轨检小车对轨道状态精准测量，调查轨道下垫板数据，计算轨道板各个位置的落道量、上拱量。落道顺序为先对曲线内侧股进行落道，再落曲线外股。轨道板调整至预定标高后，检查各垫板的受力状态，确保每个钢支撑形成对底座均匀且有效的支撑。在落道过程中，垫板的抽换可使用临时千斤顶将轨道少量抬升，抽换垫板后将临时千斤顶撤除，并确认轨道的落道量。若落道时因传力杆原因无法到位，则将传力杆割断，落道完成后焊接恢复［7-8］。

4.6 底板灌注自密实混凝土

轨道结构复位达到要求后，进行板底自密实混凝土灌注［9-10］。混凝土浇筑采用模筑，在底座两侧安装模板，线路外侧设高模板，模板顶高于混凝土面不小于40 cm，距离底座50 cm，作为混凝土的入模口。另一侧设底模，模板顶高于混凝土面20 cm，距离底座30 cm，便于观察混凝土流动情况和多余混凝土溢出。

4.7 其他注意事项

（1）入网处需跨越路基水沟，跨越前用沙袋填满沟，略高水沟顶面10 cm（预留往下压10 cm），上铺一层钢板（厚度5 mm），保护水沟及水沟壁。电缆槽在跨越前揭开盖板，在槽内填满细沙（略高于电缆槽5 cm），其上铺厚度大于5 mm的钢板。并沿电缆槽拉绳设软防护，非通道处禁止作业人员踩踏电缆槽或在电缆槽上放置物品和工具。

（2）每个维修天窗结束前对所有作业面进行防护，防护措施为用3 mm 厚钢板（下垫木板）对暗挖作业坑进行覆盖，防止雨水进入作业坑；并用螺栓将钢板固定于未破除封闭层上，保证钢板牢固不移位。由于该地段为路堑地段，排水要充分考虑横坡、纵坡，备用1台潜水泵以备雨量过大。

（3）对所有工具、材料实行定人、定机管理，加强小型机具的用、管、修，日常保养到位。确保设备正常使用，严格执行“六清点”制度，所有工具必须按规定粘贴反光标识。汽油发电机等较重设备在天窗作业前由轨道平板小车运送至作业地点，作业后清理出网。下行线需要进行跨线作业时，需设置平过道。

5 结论与建议

无砟轨道具有高稳定性、维修量小等显著特点，但其整体性也给维修工作带来了复杂性。通过本次病害整治有以下几点建议：

（1）为实现无砟轨道的高平顺性，应强化无砟轨道、路基设备质量源头控制，提前介入，关口前移，确保路基填料质量。

（2）为平衡轨道维修整治与运输影响，应充分发挥工法优势，取长补短，多种整治措施综合施策，与运输部门加强沟通协调、争取支持。

（3）计划采用暗挖换填法时，须在方案编制中对支撑方案进行力学验算，并编制监测方案动态监测过车前后位移变化，充分考虑整治过程中因天气、气候影响等不利因素，确保行车安全。