运营铁路CRTS-Ⅰ型板梁端凸形挡台维修技术研究与应用

刘湘巍

摘 要： 针对运营过程中无砟轨道CRTS-Ⅰ型板出现的梁端凸形挡台开裂病害现象，本文以广珠城际铁路为例，从设计概况、病害现象、原因分析入手，探讨铁路运营过程中CRTS-Ⅰ型板梁端凸形挡台维修技术。为确保不影响次日安全行车，如何在有限天窗点内实现已损坏凸形挡台的修复是解决此类病害的关键。本文所阐述的维修技术创造性地采用特殊材料先在框架板内浇筑挡台和树脂，再对破坏的凸形挡台进行凿除和恢复，确保功能恢复和运营安全。经现场实践，该技术安全可靠，可大面积推广。

关键词： 无砟轨道;Ⅰ型板式;凸形挡台;聚合物混凝土;维修

【中图分类号】U213.244     【文献标识码】A     【文章编号】1674-3733（2020）07-0225-02

无砟轨道[1]作为中国高速铁路的的主要轨道结构类型，得到了快速发展与广泛应用。早期我国在日本板式轨道基础上开发的CRTS-Ⅰ型板式无砟轨道广受青睐，其中哈大客专、沪宁城际、海南东环线、哈齐客专、广珠城际、广深港客专、成绵乐客专等多条线上得到了应用。CRTS-Ⅰ型板式无砟轨道为独立的单元式结构，此结构有利于消除长大混凝土收缩及温度的影响，且局部损坏对整体轨道结构的影响较小，便于维修或重建。但由于轨道板内应力部件数量较大、纵横向传递力类型较多，且较多的自由边作为薄弱环节易使CRTS-I型板式无砟轨道在运营过程中出现了较多的结构病害，如圆形凸形挡台与底座连接处拉裂病害、半圆形凸形挡台周围填充树脂与轨道板产生离缝等病害，不仅会影响线路的几何形位，降低旅客的乘坐舒适度;而且会对轨道结构造成损坏，严重时甚至会影响高速铁路的行车安全。

1 设计概况[2]

广珠城际铁路以铺设CRTS-I型板式无砟轨道为主，该类轨道结构主要由钢轨、WJ-7型扣件系统、轨道板、水泥乳化沥青砂浆调整层、混凝土底座、凸形挡台及其周围填充树脂等组成。轨道板采用预制钢筋混凝土框架板，宽2400mm、厚190mm，轨道板板缝间距一般为70～90mm之间。轨道板下设CA砂浆调整层，其设计厚度为50mm。底座和凸形挡台采用C40混凝土。桥上采用混凝土底座板，板宽度为2800mm，高度为260mm。为缓解温度应力影响，每隔1个板单元设1横向伸缩缝，伸缩缝对应凸形挡台中心位置，并按行车方向向前绕过凸形挡台。伸缩缝宽为20mm，缝中心用泡沫塑料板或泡沫橡胶板填缝，采用聚氨酯或沥青软膏密封。桥上梁端采用半圆型凸形挡台，其它地方采用圆形凸形挡台。凸形挡台直径为520mm，高度为250mm。凸形挡台周围填充树脂材料，设计厚度为40mm。

2 病害情况

根据现场调查可知，CRTS-I型板式无砟轨道梁端凸台病害主要表现为以下几种形式：（1）梁端半圆形凸形挡台开裂、断裂，（2）凸形挡台边树脂与轨道板离缝，（3）凸形挡台树脂劣化，（4）凸形挡台与底座连接处开裂等。图1所示为凸台挡台同轨道板处开裂现象，图2所示为凸台底部开裂现象。

3 原因分析

基于CRTS-I型板式无砟轨道设计原理，钢轨通过扣件扣压在轨道板上，而轨道板放置于底座上方的砂浆袋上，轨道板与底座（或桥梁）之间纵、横向力主要通过CA砂浆与轨道板和底座间的摩擦力及轨道板与凸形挡台间的挤压力实现，具体如图3所示。

由上图可知，无砟轨道底座通过桥上预留的连接钢筋与桥梁固结在一起。当气温下降时，连续梁两端将向固定支座收缩，无砟轨道底座与凸形挡台随着连续梁一起回缩。但由于全线铺设跨区间无缝线路，钢轨将保持基本不动或只能发生微小位移，且扣件又将钢轨和轨道板紧箍在一起，导致轨道板也无法移动，此时轨道板将阻止底座板与凸形挡台向固定支座移动，使凸形挡台承受纵向挤压力，并将力传递给底座。

按照理论设计检算的半圆形凸形挡台足够承受来自轨道板的挤压力。但当凸形挡台配筋存在缺陷时，其纵向抗弯、抗剪能力将会有所降低。一旦轨道板对凸形挡台的纵向挤压力超出凸形挡台所能承受的最大值时，凸形挡台底部底座将出现开裂，开裂后轨道结构承载力迅速下降，轨道板纵向位移增大，进而继续劣化凸形挡台底座开裂程度，两者间形成恶性循环。同时，当凸形挡台产生塑性变形后，树脂与轨道板及凸形挡台间将产生离缝。

4 关键技术

4.1 修复技术优化角度分析

传统凸形挡台修复工艺涉及到原凸形挡台凿除、植筋、混凝土浇筑、树脂浇筑等环节，且常规混凝土材料强度无法满足次日行车要求，一旦发生凸形挡台凿除但来不及对轨道板提供纵横向约束时，将会出现极大的行车安全隐患问题。同时，由于铁路设备管理单位[3][4]通常只能在天窗点内修复损坏的结构设备，因此修复时间短、修复工艺复杂、修复材料强度低、现场安全风险大等诸多因素均成为了凸形挡台病害修复的制约因素。

为解决上述问题，需在整治技术及材料性能上做出创新。一是采用在凿除原凸形挡台前，通过在框架板內植筋浇筑挡台混凝土来代替原凸形挡台约束轨道板纵横向位移的方法，可克服一个天窗点内不能修复一个已损坏凸形挡台的弊端;二是采用聚合物混凝土代替普通混凝土修复材料，并采用弹性聚氨酯类材料作为树脂修复材料，可满足次日行车的强度要求。表1所示为凸形挡台和框架板中心混凝土浇筑采用聚合物混凝土的主要性能要求，表2所示为凸形挡台周围树脂修补材料性能要求。

4.2 修复技术关键步骤分析

基于上述分析及既有施工技术，修复现场主要可按照以下几个步骤进行实施：

第一步：钢轨及扣件处理。拆除梁端轨道板及前后各1块轨道板上钢轨扣件，对待处理轨道板上轨底上下边进行除锈、涂油，对新更换复合垫板不锈钢面涂油，重新安装扣件到位。

第二步：框架板中心植筋并浇筑混凝土

①在轨道板框架内底座板上按图3所示位置进行钻孔，钻孔直径32mm，深220mm，用植筋胶植入直径25mm、长435mm、HRB400钢筋。钻孔应垂直于底座顶面。

②待植筋胶达到要求后，对框架内底座顶面进行凿毛，并按图4在所植竖筋上绑扎箍筋。箍筋采用直径12mm的HRB400钢筋。

③在轨道板框架内架立并固定模板，模板与混凝土间间距为40mm;按比例配制并浇筑C40聚合物混凝土。

④待混凝土强度达到5MPa后拆除模板，凿除溢出的混凝土并进行打磨，使混凝土外表面平整。

第三步：框架板内树脂浇筑

①在框架混凝土与轨道板间缝内安装泡沫和树脂袋;

②按比例配制树脂材料，搅拌均匀后浇筑入树脂袋。

③框架中混凝土與轨道板间采用硅酮密封胶进行防水处理。

第四步：凿除凸形挡台及底座伤损混凝土并重新浇筑

①彻底凿除凸形挡台混凝土。

②凿除底座端部开裂混凝土，并向梁中方向延伸少许，使混凝土彻底露出新面。凿除混凝土时应保留全凸形挡台和底座钢筋。

③对钢筋进行检查，调整钢筋位置，对长度不足的钢筋通过焊接进行延长，并根据需要补植钢筋，使凸形挡台内钢筋满足设计要求。

④安装模板，洒水润湿（或涂刷界面剂）后按比例配制并浇筑聚合物混凝土。待混凝土强度达到后进行打磨清理。

第五步：凸形挡台周边树脂浇筑

①拆除原凸形挡台周边树脂材料灌注袋;

②安装下部泡沫板和树脂袋;

③按比例配制弹性较好的树脂材料，搅拌均匀后浇筑入树脂袋。

第六步：硅酮密封胶封闭

①对凸形挡台树脂及其两侧混凝土表面进行打磨并清理干净，每侧打磨宽度不小于5cm。

②在距凸形挡台树脂边2cm处粘贴防污胶带和泡沫胶带。

③在胶带间涂刷界面剂。

④待界面剂表干后，在胶带间灌注硅酮密封胶，并用铲刀抹平，之后立即拆除胶带。

4.3 整治效果分析

通过采用上述措施，现场凸台拉裂病害得到了较好的整治，且根据人工添乘晃车及确认车数据分析等动态监测手段可知，凸台凿除及浇筑整治期间行车安全性并未受到影响。图5所示为广珠城际线凸台整治施工后的现场图片。

5 结论

本文针对CRTS-Ⅰ型板式无砟轨道梁段凸形挡台伤损病害，通过分析CRTS-Ⅰ型板式无砟轨道结构及传力特点、伤损病害成因及修复技术难点等，初步提出新的整治措施，并在现场实践中取得较好结果，所得相关结论如下：

（1）CRTS-Ⅰ型板梁段凸台病害主要是因轨道板对凸台的纵向挤压力超出凸台所能承受的最大值造成的;

（2）通过在凸形挡台凿除前，在框架板内植筋浇筑挡台混凝土来约束轨道板纵横向位移的方法，可有效解决一个天窗点内无法实现凸台伤损病害整治的问题;

（3）采用聚合物混凝土及弹性聚氨酯类材料代替传统的凸台混凝土及树脂修复材料，可有效保证无砟轨道结构强度、缩短整治时间，可满足次日行车安全。

参考文献

[1] 颜乐.CRTS Ⅰ型板板式无砟轨道横向稳定性研究[M]，西南交通大学硕士论文，2015（3）.

[2] 广珠城际铁路无砟轨道相关设计图.

[3] 《高速铁路轨道工程施工质量验收标准》（TB10754-2010）.

[4] 《高速铁路工务安全规则（试行）》（铁总运[2014]170号）.