高速鐵路無砟軌道整體抬升技術(shù)探析

張國全（太原鐵路局太原南工務段，山西　太原　030013）

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高速鐵路無砟軌道整體抬升技術(shù)探析

張國全
（太原鐵路局太原南工務段，山西太原030013）

摘要：針對大西高鐵綜合試驗段無砟軌道的不均勻沉降問題，制定了具體的沉降整治方案，并從抬升原理、施工機具配備、施工方法及其技術(shù)特點等方面，對高聚物注漿施工技術(shù)進行了系統(tǒng)介紹，結(jié)果表明該技術(shù)能夠?qū)σ严鲁恋臒o砟軌道實現(xiàn)精確抬升，恢復沉降地段線路的平順性。

關(guān)鍵詞：無砟軌道，沉降整治，高聚物注漿，施工方法

1　概述

無砟軌道是高速鐵路最為重要的軌道結(jié)構(gòu)形式，其具有結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性高、軌道平順性高、剛度均勻性好、耐久性強、軌道幾何尺寸能夠持久保持、維修工作量顯著減少等優(yōu)點。高速鐵路路基地段無砟軌道要求使用年限為100年，為確保其結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定，其技術(shù)要求更為嚴格，工后沉降不大于15 mm，與橋隧涵洞等結(jié)構(gòu)物交界處工后沉降不大于5 mm，不均勻沉降造成的折角不大于1/1 000，但是，工程實踐中由于受到特殊工程地質(zhì)、施工質(zhì)量控制及外部環(huán)境變化等因素影響，部分路基區(qū)段的高速鐵路無砟軌道在施工階段或運營開通后便出現(xiàn)局部沉降，導致軌道高程偏差不符合靜態(tài)驗收標準或超出扣件調(diào)整范圍等等問題，使線路平順性面臨著不易修復的難題，對高速鐵路的高速、安全運營帶來困擾［4，5］。

2　沉降整治方案確定

我段按照總公司、路局要求提前介入大西高鐵原平西—太原間高速綜合試驗段，并于2015年3月開始高速鐵路無砟軌道的精測精調(diào)施工。精測過程中發(fā)現(xiàn)忻州西站路基段出現(xiàn)區(qū)域性整體沉降，超出TB 10754—2010高速鐵路軌道工程施工質(zhì)量驗收標準中高程偏差10 mm的要求，其中忻州西站Ⅰ道沉降峰值達到-27.6 mm（波形圖見圖1），超出WJ-8A型扣件的可調(diào)極限?？紤]到日后如繼續(xù)沉降還需進行維修的需求，經(jīng)調(diào)研確定采用高聚物注漿抬升技術(shù)進行沉降整修，其中下行正線Ⅰ道抬升范圍為K198 +850～K199 +270，K200 + 290～K200 + 485，最大抬升高度為20 mm；上行正線Ⅱ道抬升范圍為K198 + 800～K199 + 260，K200 +180～K200 +270，K200 + 300～K200 + 485，最大抬升高度為22 mm。

本文從高聚物注漿抬升原理、高聚物注漿材料性質(zhì)、施工機具配備、人員組織、施工工藝流程及其主要技術(shù)特點等等方面對CRTS-Ⅰ型雙塊式無砟軌道結(jié)構(gòu)整體注漿抬升技術(shù)進行系統(tǒng)介紹［6］，以期為我國高速鐵路CRTS-Ⅰ型雙塊式無砟軌道沉降病害采用高聚物注漿實現(xiàn)整體抬升整治提供借鑒。

圖1　忻州西站Ⅰ道無砟軌道沉降數(shù)據(jù)

3　高聚物注漿

3.1抬升原理

高聚物注漿抬升技術(shù)主要是通過預先埋設的深入到級配碎石一定深度的注漿管，在設定的注漿壓力作用下，將高聚物注入路基支承層與級配碎石間形成抬升調(diào)整層［7］（見圖2）。高聚物以出漿口為中心，通過擴散、填充、固結(jié)、擠密、液壓抬升、發(fā)泡膨脹等一系列過程，實現(xiàn)支承層及其上部的軌道結(jié)構(gòu)不斷抬升，并在精度可控的條件下，達到軌道標高恢復的目的。

圖2　單孔注漿整體抬升原理示意圖

高聚物注漿抬升過程主要可分為填充擠密和抬升填充兩個階段［8］。在填充擠密階段，注漿材料在出漿口附近一定范圍的級配碎石空隙中快速擴散、快速固結(jié)并產(chǎn)生膨脹，擠密級配碎石的同時，在一定范圍內(nèi)與上部軌道結(jié)構(gòu)形成一個密閉空間。抬升填充階段，下一循環(huán)的注漿材料在密閉空間形成液囊，在注漿壓力的液壓傳動效應下，形成較大的抬升力使軌道結(jié)構(gòu)抬升。如此反復，軌道結(jié)構(gòu)在每個注漿循環(huán)的注漿階段持續(xù)得到抬升，在每個注漿循環(huán)的停止階段，注入漿體固結(jié)時產(chǎn)生體積膨脹，形成一定的膨脹力，使軌道結(jié)構(gòu)得以抬升。

3.2高聚物注漿材料性質(zhì)

高聚物注漿材料是一種A，B雙組分化學材料，常溫下呈液態(tài)，經(jīng)過機械混合后會迅速發(fā)生凝膠化學反應，在較短的時間內(nèi)形成固結(jié)硬化體，并可根據(jù)需要形成不同的體積膨脹量。高聚物注漿材料相比于水泥類注漿材料［9］，具有施工環(huán)境適應性高、填充性好、充盈范圍可控制、密度小質(zhì)量輕、強度發(fā)展快、體積穩(wěn)定性好等特點［10，11］，其本次忻州西站注漿所用的高聚物材料性能見表1。

表1　高聚物注漿材料性能

3.3施工機具配備

總體施工機具配備根據(jù)施工組織情況確定，本次高聚物注漿施工，每個抬升小組配備情況如表2所示，施工現(xiàn)場工機具平面布置如圖3所示。

表2　高聚物注漿主要施工機具及材料

圖3　高聚物注漿現(xiàn)場施工機具平面布置圖

3.4人員組織

為保證無砟軌道結(jié)構(gòu)注漿抬升的施工質(zhì)量、施工進度和施工安全，施工前應成立施工領(lǐng)導小組和施工現(xiàn)場指揮小組。施工現(xiàn)場指揮小組下設安全組、技術(shù)組、檢測組、線路調(diào)整組、鉆孔安裝組、注膠作業(yè)組、動力組、搬運配合組、后勤組，在施工過程中各小組要加強配合，嚴格卡控現(xiàn)場作業(yè)質(zhì)量。

3.5施工流程

根據(jù)線下工藝試驗研究，CRTS-Ⅰ型雙塊式無砟軌道結(jié)構(gòu)注漿抬升施工工藝主要有施工準備、線路精測、注漿孔位置標定、鉆孔、安放注漿管、注漿抬升與監(jiān)測、拆除注漿管、注漿孔封堵、軌道精調(diào)恢復線路等，工藝流程［12］見圖4。

3.6施工方法

1）準備工作。注漿抬升前，將已完成長軌精調(diào)段落軌下調(diào)高墊板更換為標準墊板并將扣件擰緊，并對高聚物注漿設備進行調(diào)試、材料進行加熱，對抬升段落區(qū)段切割線間、外封閉層。切縫原則為：軌道外側(cè)，縱向縫距支承層0.1 m；軌道內(nèi)側(cè)，縱向縫距道床邊0.4 m。順線路方向間隔3.9 m切槽，槽尺寸為0.1 m×0.3 m× 0.2 m，如圖5所示。

圖4　高聚物注漿抬升施工流程

圖5　封閉層切割示意圖（單位：m）

2）選點及線路測量。施工前用紅油漆或記號筆對施工段落的各承軌臺測量點進行標識并編號，標注注漿孔位時應根據(jù)道床板和支承層的鋼筋布置圖，確定鋼筋的位置，注漿孔布置應避開鋼筋，并盡量布置在軌道板的預裂縫位置，同時避開扣件、承軌臺、應答器、軌道電路等設施所占位置，隨后做好清潔。在使用電子水準儀對需抬升線路的各承軌臺進行高程測量時，測量的段落應包括抬升線路前后的搭接范圍，后根據(jù)線路高程測量結(jié)果，按照線路平順性要求，并結(jié)合軌道扣件系統(tǒng)的調(diào)整范圍，確定線路各個承軌臺的抬升高度和抬升點。

3）鉆孔。注漿孔位置確定后，現(xiàn)場采用電錘鉆進行鉆孔，中間孔豎直向下，深入級配碎石，側(cè)孔從支承層鉆入，深入級配碎石。為方便操作、提高工作效率，一般先選用較短鉆頭進行鉆孔，再用較長鉆頭進行鉆孔。鉆孔時，應對鉆出的混凝土或級配碎石的粉塵進行及時清理、收集，防止污染現(xiàn)場環(huán)境。鉆孔完成后，應采用玻璃膠對注漿孔進行臨時封閉，防止雨水及雜質(zhì)進入。

4）安裝注漿管。注漿管由內(nèi)管、外管、螺母、墊片及注漿嘴組成，不同孔深對應選用不同長度的注漿管。首先將封閉注漿孔的玻璃膠清理干凈，將注漿管插入注漿孔中，側(cè)孔的注漿管可以在鉆孔完畢后立即安裝，中間注漿管需在注漿施工的當天進行安裝，以免影響行車安全。

5）注漿作業(yè)。注漿設備到位后先進行注漿設備調(diào)試，將注漿主機電源打開，設定主機材料加熱及管道加熱溫度，先對注漿管道進行加熱。同時，將主機的提料泵及攪拌器放入料桶中，接通提料泵氣管，打開空壓機開始工作，調(diào)節(jié)注漿機壓力，檢查主機油泵工作是否正常。待管道加熱到設定溫度后，對管道內(nèi)原材料進行循環(huán)，保證管道材料溫度達到設定溫度。在設備調(diào)試的同時，對抬升段落各承軌臺的高程進行測量。測量時采用2臺電子水準儀對線路左右股高程進行測量，同時采用全站儀實時監(jiān)控中線偏移情況。當上述工作完成后便可以開始注漿作業(yè)。注漿抬升的基本原則為：先抬升、后填充，在進行填充時，應左右交替進行，同時實時監(jiān)測。當軌道結(jié)構(gòu)抬升至設計高度時，立即停止該點的注漿，將注漿槍、管道及測量條碼尺移至下一注漿點進行注漿。在軌道結(jié)構(gòu)抬升過程中記錄抬升點左右股抬升情況，并在注漿過程中，安排專人對注漿點周圍的軌道結(jié)構(gòu)進行觀察，若發(fā)現(xiàn)出現(xiàn)軌道結(jié)構(gòu)裂紋、鼓起或跑漿等現(xiàn)象應立即停止注漿。

6）注漿管的拆除。在各注漿點注漿完成后，應拆除注漿管。如有個別注漿管不能及時拔出，可借助專用拔管器將注漿管拔出。

7）線路復測。軌道按照既定的抬升方案注漿抬升完畢后，應對該段落的所有承軌臺高程進行測量。若滿足軌道平順性要求，則該段落抬升修復完成。若不滿足要求，應對個別點進行再次抬升。

8）注漿孔的封堵。抬升段落線路經(jīng)復測滿足要求后，應對注漿孔進行封堵。注漿孔的封堵分兩步進行。首先用無收縮砂漿對注漿孔的底部進行填充，然后采用植筋膠對注漿孔上部10 cm左右進行封堵。

9）軌道平順性恢復。軌道結(jié)構(gòu)注漿抬升完成后，應對注漿段落的軌道線路進行精測精調(diào)，恢復線路的高平順性。

4　實施效果分析

本次大西高鐵綜合試驗段忻州西站CRTS-Ⅰ型雙塊式無砟軌道結(jié)構(gòu)注漿抬升整治，前后歷時32 d順利完成，最大抬升量21 mm，總體抬升效果符合預期要求，忻州西站Ⅰ道高聚物注漿前后效果對比見圖6。

圖6　忻州西站Ⅰ道高聚物注漿前后效果對比圖

1）靜態(tài)檢查?，F(xiàn)場注漿抬升施工結(jié)束后，采用0級軌檢儀、0級電子道尺進行相對位置的靜態(tài)檢查，發(fā)現(xiàn)軌距變化不超1.5 mm，水平變化不超2 mm，高低變化不超2.5 mm，中線累計最大偏移2.2 mm。

2）軌道精測精調(diào)［13］。采用安博格GRP-1000型軌道測量儀精測，并優(yōu)化制定精調(diào)方案，現(xiàn)場實施精調(diào)后復測，絕對位置中高程偏差最大3.1 mm，平面偏差最大6.4 mm，軌距偏差最大1.1 mm，水平偏差最大1.1 mm，相對位置中長波及各項遞變偏差均在偏差管理值以內(nèi)。

3）動態(tài)檢查。忻州西站路基地段無砟軌道上下行線K198 + 850～K200 +485，采用高聚物注漿抬道地段在聯(lián)調(diào)聯(lián)試期間，拉通試驗檢測時，CRH380AM型動檢車以350 km/h速度檢測，無動態(tài)偏差，TQI值最大2.95，動態(tài)運行平穩(wěn)，無晃車，質(zhì)量優(yōu)良。

5　結(jié)論與建議

1）本次采用高聚物注漿施工較為成功的整治了在濕陷性黃土地區(qū)鋪設的CRTS-Ⅰ型雙塊式無砟軌道不均勻沉降的施工質(zhì)量問題，恢復了線路的高平順性，確保了動態(tài)驗收達標，行車安全、平穩(wěn)的運行品質(zhì)。

2）高聚物注漿施工技術(shù)是利用材料良好的技術(shù)性能，通過精準測量、精細操作、精確抬升來處理高速鐵路無砟軌道路基超標沉降的一種簡潔、高效的手段。該技術(shù)具有修復速度快、施工相對簡單、抬升效果好的特點，在確保行車安全的前提下，同樣適用于已開通運營的高速鐵路無砟軌道的沉降整治。

3）高聚物注漿施工技術(shù)在防止中線偏移、曲線地段施工，還需經(jīng)過實踐繼續(xù)優(yōu)化施工方法，調(diào)整材料的性能。

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Analysis on integral high-speed railway ballastless track lifting technology

Zhang Guoquan
（South Taiyuan Business Section，Taiyuan Railway Administration，Taiyuan 030013，China）

Abstract：In light of uneven ballastless track subsidence problems of comprehensive Da-Xi high-speed railway testing section，the paper formulates specific subsidence treatment scheme.Starting from aspects of lifting principles，construction equipment，construction methods and technological features，it systematically illustrates polymer grouting construction technologies.Results show that：the ballastless track subsidence can be accurately lifted by applying the integral lifting technology，which recovers road smooth at subsidence section.

Key words：ballastless track，subsidence treatment，polymer grouting，construction method

中圖分類號：U213.244

文獻標識碼：A

文章編號：1009-6825（2016）06-0139-03

收稿日期：2015-12-17

作者簡介：張國全（1985-），男，工程師