高速铁路无砟轨道道岔区结构偏移整治技术

宋国亮

中国铁路上海局集团有限公司工务部，上海 200071

无砟轨道具备高整体性、高平顺性和高稳定性等特点，是我国300 km/h 及以上高速铁路的主要轨道结构形式。受地质病害、堆载、外部施工等因素影响，部分区段高速铁路无砟轨道结构会发生偏移，通过不断探索，目前已经开展并实践了高压旋喷桩纠偏技术、箱梁顶升及平移技术、基床表层注浆抬升技术、轨道板揭板抬升纠偏技术、绳锯切割回填层技术［1-3］，解决了桥墩偏移、路基沉降、隧道上拱等病害。但以上纠偏技术主要适用于一般线路地段，对道岔等特殊部位并不具备通用性。

一高速铁路道岔区存在沉降及偏移，现已稳定，上行线最大偏移量为22.9 mm（K28+337），下行线最大偏移量为24.1 mm（K28+360），由于偏移主要分布在道岔（轨枕埋入式）及道岔前后双块式无砟轨道（下部含端梁）区段，尚无成熟经验可借鉴［4-5］。鉴于此，本文从工程实际出发，论证道岔区结构纠偏修复技术难点，提出整治关键技术，明确质量控制要点，以期为类似无砟轨道部位纠偏修复提供借鉴。

1 技术研究路线

1.1 技术难点

1）纠偏所需反力大

轨枕埋入式道岔结构宽，横向刚度大，双块式无砟轨道下部端梁深入至路基本体，增大了轨道纠偏难度。此外，线路两侧设置反力装置的空间狭小，路基本体所能提供的反力有限，增加了工程难度。

2）纠偏精度要求高

道岔纠偏除整体平顺性满足要求外，对轨道几何形位精度要求也高。道岔尖轨及心轨位置的变化会对结合部密贴产生不利影响，影响道岔转换。

3）质量控制难度大

道岔区无砟轨道结构宽度沿线路方向渐变，为实现平稳纠偏，不同顶推位置的纠偏力须差异化控制。此外，道岔区设备复杂，纠偏作业对工序衔接及作业组织要求高，施工工艺与工法需精准设计与实施。

1.2 技术方案

针对以上技术难点，以维持无砟轨道结构整体性、减少道岔区次生病害为原则，提出了基于无砟道床层间解离的无砟轨道结构纠偏修复技术方案，其主要工艺流程和关键工序为：线形测量→道床板与支承层解离→反力结构及机械顶推装置布置→道床板纠偏→道床板离缝修复→道岔精调→道床板植筋锚固、端梁结构帮宽→道岔区逐级提速。

1.3 施工方法

1）道床板与支承层解离

双块式无砟轨道道床板与支承层间通过钢筋连接。鉴于道岔区无砟道床宽度大，道岔前后无砟道床含有端梁，整体纠偏不具备可行性。因此，采用面切割方式沿道床板板底水平切割，实现道床板与支承层的解离。

2）道床板抬升纠偏

结合天窗后即放行列车需求，作业时应从偏移量最大处开展纠偏，以实现差异偏差逐步改善，如图1所示。施工过程中，应合理布设千斤顶群，一般5 m 设置一个，各千斤顶同时进行顶推时，以位移控制为主，顶推力控制为辅。

图1 纠偏顶推示意

3）无砟道床结构补强

道床板纠偏完成后，为恢复层间关系，采用高分子聚合物材料对轨道结构进行注浆填充［6-7］，后续通过植筋补强。所使用的注浆材料需能够满足天窗内修补、天窗后放行列车的要求。为恢复端梁结构功能，道床板与端梁解离范围采用植筋锚固与帮宽加固相结合的方式进行整治。经检算，每处端梁植筋20 根，植筋深度应不小于500 mm，植筋布置如图2（a）所示。端梁帮宽加固结构每侧宽度为610 mm，其中60 mm 为原道床板及端梁混凝土凿除部分，帮宽加固长度纵向以端梁为中心，总长为1.4 m，其配筋如图2（b）所示。

图2 端梁配筋示意

1.4 结构检算

为验证施工方法中各项参数的有效性，基于有限元计算软件，建立帮宽地段轨道结构精细化静力分析模型。

1）帮宽地段轨道结构计算模型

无砟轨道结构按照结构尺寸采用实体单元solid185模拟［8-10］，各构件材料特性参数见表1。

表1 计算模型材料参数

底座板与桥面板间预埋钢筋采用MPC184刚性梁单元简化模拟，道床板与支承层间采用接触单元conta173 模拟［8-10］，法向考虑设计接触刚度，切向考虑一定摩擦因数0.7 进行模拟，支承层底部采用固定约束，具体单元参数见表2。

表2 各构件单元类型及参数

2）整治方案计算模型

端梁位置道床板与下部端梁解离范围采用植筋锚固与帮宽加固方式恢复结构整体性及纵向传力体系。根据整治措施建立四种有限元计算模型，具体模型尺寸见表3，工况2—工况4有限元模型见图3。

表3 计算模型结构参数

图3 有限元模型

3）温度荷载作用

对有限元模型施加温度荷载，研究温度荷载下各种整治措施下端梁受力变形规律。施加45 ℃/m 负温度梯度荷载得到工况2 模型垂向变形及主应力见图4。

图4 负温度梯度工况2模型垂向变形及主应力

由图4可知：工况2模型最大垂向变形为0.012 mm，最大应力值为1.25 MPa，满足无砟轨道结构的稳定性和安全性要求，说明端梁解离后的植筋恢复和帮宽加固方案可行。

2 质量控制措施

在天窗时间对道岔区无砟轨道纠偏修复过程中，须要严格进行全过程质量控制，以确保纠偏修复效果，不得影响天窗后线路开通运营。无砟轨道纠偏修复的质量控制重点体现在纠偏位移量控制、轨道应力应变控制等方面。

2.1 纠偏位移量控制

施工过程中应对无砟轨道位移变化进行实时监测，可采用全站仪、位移传感器、电子水准仪、轨道测量仪等多种测量方式对无砟轨道位移状态进行监测。纠偏后线形允许偏差按±2 mm 控制，并注意线路水平变化情况，线路静态几何尺寸应满足铁运〔2012〕83 号《高速铁路无砟轨道线路维修规则》对应标准要求。当采用邻线作反力墙时，应对邻线的中线偏移情况进行实时监测。

2.2 应力应变控制

为确保顶推纠偏时无砟轨道应变不超过混凝土极限拉、压应变，无砟轨道混凝土结构不受损开裂，可采用静态应变测试系统对无砟轨道结构的应力应变进行监测。

监测过程中若发现中线或高程突变，以及反力墩发生较大位移，应停止纠偏作业。作业过程中应确保结构健康，如发现裂纹立即停止顶推作业。

2.3 工程应用实践

2021 年对一高速铁路线路上行K28+355—K28+393、下行K28+360—K28+413段偏移无砟轨道进行了纠偏修复，纠偏长度共计91 m。经纠偏修复后，无砟轨道平面线形得到明显改善。纠偏后，上行平面扣件最大调整量为1 mm，下行最大调整量为2 mm。对比整治前后线路动态检测数据，无Ⅰ级及以上轨道几何尺寸偏差，线路平顺性得到显著改善。

3 结论

1）针对道岔区和下部含端梁双块式无砟轨道纠偏的技术难点，提出了基于道床板与底座板层间解离的无砟轨道结构纠偏修复技术方案。

2）结合主要工艺流程和关键工序，得出无砟轨道纠偏修复的质量控制要点为纠偏位移量控制和轨道应力应变控制。

3）通过工程实例，验证了技术研究路线及质量控制要点合理可行，可有效恢复结构强度、显著改善线路平顺性。