高速铁路双块式无砟道床突发灾害应急处置及效果评价

谭丙磊

中国国家铁路集团有限公司 运输调度指挥中心， 北京 100844

双块式无砟轨道应用广泛，服役环境复杂。遇到极端气候和突发灾害时，无砟道床有可能被严重破坏，影响高速铁路正常运营。国内外学者对无砟轨道病害产生原因、检测方法、整治技术等进行了研究。朱星盛［1］提出基于轨面高低变化量、钢轨和轨道板高差变化量的轨道板上拱评估方法。杨萃娜等［2］针对无砟轨道底座板后浇带病害问题，提出了基于冲击弹性波的无损检测方法。温浩等[3]提出了一种针对运营期无砟轨道支承层斜裂病害整治效果快速评价技术,即通过实时监测轨道动力学安全参数和整治前后支承层与砂浆层结合状态,对整治技术的安全性和有效性进行评价。黄传岳等［4］以对运输效率的影响最小化、作业效率最大化为原则，提出钢垫梁临时支撑、伤损支承层修复、轨道板复位、砂浆层灌注的作业方案。田科宏等［5］以大西高速铁路的裂缝伤损和郑西高速铁路的离缝伤损为例，系统总结了无砟轨道混凝土伤损的危害和形成原因，提出了修复方案。姜子清等［6］对无砟轨道砂浆层离缝的伤损特征进行研究，提出砂浆层与轨道板黏结失效等工况的检查方法。杨荣山等［7］针对双块式无砟轨道枕边裂缝问题分析得出，列车运行速度是裂缝疲劳寿命的关键影响因素。刘峰等［8］通过数值模拟，分析了温度荷载作用下接缝伤损程度等因素对轨道上拱变形及受力的影响规律。王宁等［9］提出了一种多尺度多任务的伤损智能识别算法，提高了无砟道床表观伤损检测系统的检测精度和准确率。

既有研究均未全面考虑极端气候和突发灾害引起的无砟道床伤损甚至断道情况，双块式无砟道床突发灾害伤损应急处置技术及修复后效果评价仍处于空白。本文先介绍双块式无砟道床突发灾害类型和伤损应急处置技术，然后从静态和动态两个方面给出各种灾害伤损修复后效果检测方法和评价标准。

1 双块式无砟道床突发灾害伤损应急处置措施

双块式无砟道床突发灾害类型主要分为火灾、地震、水害、撞击等。根据双块式无砟道床突发灾害伤损形式及其影响，提出相应的应急处置措施，见表1。

2 双块式无砟道床突发灾害伤损修复效果评价

2.1 静态检测

2.1.1 检测方法及内容

1）人工观测。人工查看修复后的无砟道床是否出现次生病害、整治材料伤损等情况，评价无砟道床外观质量。

对重点伤损区段、修补位置及更换后的关键部件拍摄图像，伤损部位采用裂缝比例卡、量尺等工具记录裂缝与离缝的长度和宽度、缺损长度和深度等。

2）无损检测。采用回弹法、冲击回波法和超声波法对修复后无砟道床表面强度、层间黏结状态等伤损修复效果进行检测。

①采用回弹仪对修复后的无砟道床板、底座板或支承层的强度进行检测。具体方法参照JGJ/ T 23—2011《回弹法检测混凝土抗压强度技术规程》。

②采用冲击回波法对无砟道床离缝或空洞填充效果进行检测。

③采用MRA1041型超声波无损检测仪对道床板、底座板与支承层浇筑后混凝土内部缺陷进行检测。该检测仪采用单向回声技术，由10个传感器组成信号收发装置（图1）。传感器探头采用耐磨陶瓷材料，无需界面耦合剂，可直接对混凝土面进行测量。由于每次检测结果以三维图像呈现，因此正式测量前须对被测面进行网格划分。

图1 超声波无损检测原理

3）抽样检测。针对重点区段或部位，进行钻芯取样、螺栓抗拔力试验及轨枕挡肩极限承载力试验，对伤损修复后无砟道床关键结构或部位的力学性能进行检测。

①钻芯取样

对更换的道床板、底座板及支承层混凝土钻芯取样，芯样数量一般不低于3 个，直径10 mm，高度与更换后的道床板、底座板及支承层等高。按照CECS03—2007《钻芯法检测混凝土强度技术规程》中的试验方法测试芯样抗压强度。

②预埋套管抗拔力试验

依据TB/ T 3396.7—2015《高速铁路扣件系统试验方法 第7 部分：预埋件抗拔力试验》对双块式轨枕预埋套管进行抗拔力试验。依据TB/ T 3297—2013《高速铁路岔区轨枕埋入式无砟轨道混凝土岔枕》对岔枕预埋套管进行抗拔力试验。

③轨枕挡肩极限承载力试验

对严重受损区段轨枕挡肩进行极限承载力试验，修补后挡肩的检测数量不低于总修补数量的10%。试验方法及设备按照国家专利《挡肩强度测量装置》［10］进行。

4）轨道线形测量。采用安博格、轨检小车等绝对测量设备，测量伤损修复后无砟轨道的平面线形和高程数据；采用相对测量小车检测轨距、水平、高低等轨道静态几何尺寸。

2.1.2 合格标准

无砟道床突发灾害伤损修复效果的合格标准见表2。

表2 伤损修复效果合格标准

2.2 动态测试

2.2.1 测试内容及方法

突发灾害发生后，需要通过测试钢轨位移、轮轨力等，判定无砟轨道结构的稳定性和列车运行的安全性。

采用应变式位移计测试钢轨位移。位移计在实验室进行标定，并采用塞尺在测试现场校核，通过现场安装测试钢轨垂向、横向位移。轮轨垂直力测试装置采用垂向力标定架现场标定，并根据动车组以5 km/h速度通过测点时的数据进行准静态标定和校核。轮轨横向力测试装置采用水平力标定架现场标定。

根据TB/ T 2489—2016《轮轨横向力和垂向力地面测试方法》要求，在钢轨上粘贴应变片，采用剪应力法测试动车组以不同速度通过轨道结构中测点时轮轨横向力和垂向力，据此计算动车组内外轮脱轨系数、轮重减载率、轮轨横向力等指标。

2.2.2 评定指标限值

根据TB 10761—2013《高速铁路工程动态验收技术规范》对无砟轨道动力学性能进行评定。各指标限值见表3。其中：P0为静轮重。

表3 动力学性能指标限值

3 工程应用

2022 年6 月4 日，列车脱轨对贵广客运专线榕江站无砟轨道螺旋道钉、预埋套管、轨枕挡肩等造成严重伤损。灾害发生后，采用上述应急处置技术对受损区段进行了修补，并对修复效果进行静、动态检测和评价。

3.1 静态检测

针对轨枕伤损形式，静态检测主要采用抗拔力试验与轨枕挡肩极限承载力试验评价修复效果。

1）抗拔力试验

依据抗拔力试验要求，对双块式轨枕预埋套管进行抗拔力试验。根据试验结果，按照表2 中的质量要求对修复效果进行判定。经统计，修补区段未改锚预埋套管115 个，改锚预埋套管22 个，均满足抗拔力要求。同时对5 号道岔的3 根伤损较严重的轨枕预埋套管进行抗拔力试验，其中1 根预埋套管抗拔力为53 kN，不满足抗拔力要求。建议对伤损岔枕的预埋套管进行改锚。

2）轨枕挡肩极限承载力试验

根据现场检测需要，按照轨枕挡肩缺损面积将轨枕挡肩缺损划分为四个等级：Ⅰ级（缺损面积小于1/4）；Ⅱ级（缺损面积1/4 ～ 1/2）；Ⅲ级（缺损面积1/2 ～ 3/4）；Ⅳ级（缺损面积大于3/4）。

对不同缺损等级的已修补轨枕挡肩进行极限承载力试验，结果见表4。

表4 已修补轨枕挡肩极限承载力试验结果

根据贵广客运专线联调联试测试数据，最大轮轨力约22.2 kN。由表4可知，不同伤损等级轨枕挡肩修补后极限承载力均高于联调联试实测的最大轮轨力。

3.2 动态检测

根据轨道结构特点，选择在上行线K102 + 147、K102 + 137，下行线K102 + 147、K102 + 160 处布置测点。伤损修补后动车组通过测点时各项动力学性能指标最大值见表5。结合表3 可知：脱轨系数、轮重减载率、轮轨横向力、钢轨位移均小于其限值，满足规范要求。

表5 动力学性能指标最大值测试结果

4 结论

1）双块式无砟道床突发灾害主要包括火灾、地震、水害、撞击等，针对各种突发灾害伤损提出了相应的应急处置措施。

2）修复效果静态检测主要包括人工观测、无损检测、抽样检测和轨道线形测量。人工观测检查无砟道床修复外观质量；无损检测包括回弹法、冲击回波法和超声波法；针对重点区段或位置，进行抽样检测；采用绝对测量设备检查修复后无砟轨道平面线形和高程是否满足设计要求，采用相对测量小车检测轨距、水平、高低等轨道静态几何尺寸。针对各种检测方法给出了相应的评价标准。

3）高速铁路双块式无砟道床突发灾害伤损修复后，对动车组通过时修复区段轨道结构动力学性能指标进行检测，并依据TB 10761—2013 对修复效果进行评价。

4）经在贵广客运专线榕江站无砟轨道伤损区段应用，本文所提出的动态静态相结合的双块式无砟道床突发灾害伤损修复效果评价方法可靠适用。