某運(yùn)營(yíng)高鐵雙塊式無(wú)砟軌道軌枕吊空病害綜合維修技術(shù)

陸 文 文

(中鐵第四勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司，湖北 武漢 430063)

1 概述

某運(yùn)營(yíng)高速鐵路已開通了近8年時(shí)間，線路整體狀況良好。但近期在線路調(diào)查中發(fā)現(xiàn)雙塊式無(wú)砟軌道個(gè)別地段軌枕出現(xiàn)了松動(dòng)吊空現(xiàn)象，軌枕周邊道床板混凝土局部發(fā)生損傷。

軌枕作為軌道結(jié)構(gòu)的重要組成部件，承受來(lái)自鋼軌的各種荷載并有效保持軌道幾何形位。軌枕吊空破壞了軌道結(jié)構(gòu)支撐間距和軌下支撐剛度的變化周期性，造成吊空軌枕附近輪軌相互作用加劇；軌枕吊空使得道床無(wú)法為軌道結(jié)構(gòu)提供阻尼，繼續(xù)劣化將導(dǎo)致扣件失效和軌枕破壞；軌枕吊空破壞了與其前后毗鄰的正常軌道結(jié)構(gòu)的支撐狀況，形成數(shù)倍軌枕間距范圍內(nèi)的線路幾何與動(dòng)力不平順；軌枕吊空后削弱道床減震作用，影響其余頻段的軌道結(jié)構(gòu)動(dòng)力性能，導(dǎo)致列車高速通過(guò)時(shí)將加劇輪軌間動(dòng)力作用并造成該區(qū)段軌道結(jié)構(gòu)的破壞[1-3]。為防止病害進(jìn)一步發(fā)展和惡化，針對(duì)具體的病害情況，有必要采取相應(yīng)的整治維修措施，保證線路運(yùn)行的舒適性、穩(wěn)定性和安全性。

本文以某運(yùn)營(yíng)高速鐵路K1803處雙塊式無(wú)砟軌道軌枕吊空病害整治維修為例，通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查，結(jié)合吊空病害現(xiàn)狀，對(duì)病害產(chǎn)生的原因進(jìn)行了分析，提出了病害整治維修方案和施工工藝及施工方法，進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)施工驗(yàn)證，取得了良好效果。

2 病害情況

工務(wù)人員在某運(yùn)營(yíng)高鐵營(yíng)業(yè)線進(jìn)行全線病害排查中發(fā)現(xiàn)雙塊式無(wú)砟軌道部分位置存在軌枕吊空病害，如圖1，圖2所示。無(wú)砟軌道軌枕吊空病害主要表現(xiàn)有軌枕下吊空、軌枕與道床板離縫、軌枕周邊泛漿，嚴(yán)重時(shí)出現(xiàn)道床板混凝土損傷。

3 軌枕吊空病害產(chǎn)生的原因

無(wú)砟軌道軌枕吊空的原因比較復(fù)雜，是多種因素共同作用的結(jié)果。主要有三個(gè)方面原因：

第一個(gè)方面是列車荷載的高頻震動(dòng)、沖擊作用及溫度荷載長(zhǎng)期作用，使軌枕與道床板結(jié)合面產(chǎn)生塑性變形不斷累積增加，產(chǎn)生微小縫隙；

第二個(gè)方面是自由水對(duì)混凝土的長(zhǎng)期滲透、浸泡、化學(xué)作用，使軌道與道床板交界面處混凝土顆?？箟簭?qiáng)度降低，逐漸脫落并粉化；

第三個(gè)方面是列車荷載擠壓作用，對(duì)軌枕底部積聚的自由水產(chǎn)生較大的壓力，將水?dāng)D出，而水在流出時(shí)沖刷交界面混凝土顆粒，將交界面的混凝土細(xì)小顆粒沖刷掉并帶出交界面。

在以上三個(gè)方面因素不斷重復(fù)循環(huán)交替作用下，軌枕下產(chǎn)生較小縫隙，外部水進(jìn)入軌枕下空隙，在列車動(dòng)荷載作用下，積水形成動(dòng)水壓力，沖出并帶走軌枕下壓碎的細(xì)顆粒，使枕下空隙進(jìn)一步擴(kuò)大，如此反復(fù)，致使軌枕與道床板出現(xiàn)離縫，并隨著時(shí)間的發(fā)展不斷加大，最終形成吊空現(xiàn)象。軌枕吊空后，軌道結(jié)構(gòu)內(nèi)荷載破壞應(yīng)力將逐漸增大，混凝土應(yīng)力超過(guò)混凝土的抗拉強(qiáng)度后，軌道結(jié)構(gòu)產(chǎn)生開裂破壞，形成軌枕吊空[4-6]。

軌枕吊空發(fā)展過(guò)程如圖3所示。

4 病害整治維修方案

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)病害情況及成因分析，無(wú)砟軌道軌枕吊空病害的產(chǎn)生與枕下填充不密實(shí)和水的進(jìn)入有著密切關(guān)系，因此本著“注漿填空，堵滲防漏”的原則進(jìn)行整治。具體整治方案如下：

1)在道床頂面、側(cè)面鉆孔，鉆透軌枕吊空區(qū)域，以此作為軌枕吊空排水、注漿通道，排出軌枕吊空部位積水后，注入SY101型裂縫修補(bǔ)膠填充軌枕吊空。

2)采用聚合物水泥砂漿對(duì)軌枕周邊的破損道床板進(jìn)行修復(fù)，消除道床板損傷。

3)采用硅酮對(duì)軌枕與道床板交界面進(jìn)行嵌縫封閉。

主要維修設(shè)計(jì)方案見(jiàn)圖4，圖5。

5 施工流程及方法

5.1 軌枕吊空注漿填充整治施工流程及方法

1)清理吊空軌枕周邊離縫、破損處的灰渣及疏松混凝土。

2)按鉆孔布置圖要求分別在道床板表面及側(cè)面位置布置注漿孔并鉆孔。

道床板頂面注漿孔直徑為10 mm，注漿通道角度：與垂直方向成45°，注漿孔離軌枕垂直距離121 mm～126 mm，注漿孔鉆孔深165 mm。

道床板側(cè)面(道床板頂面下107 mm)鉆孔，鉆孔深度應(yīng)橫向伸入軌枕下至少50 mm，以確保能將內(nèi)部積水抽出，如圖6所示。

3)清理注漿孔內(nèi)及周邊施工灰渣，并施工封邊膠埋設(shè)注漿管。

4)待封邊膠固化后，將注漿管連接空壓機(jī)，向軌枕下吹入壓縮空氣，將吊空處積水排出。

5)使用SY101型裂縫修補(bǔ)材料和注漿機(jī)低壓通過(guò)注膠管對(duì)軌枕與道床板之間離縫進(jìn)行注膠，確保軌枕下注滿。SY101型裂縫修補(bǔ)膠性能指標(biāo)見(jiàn)表1。

表1 SY101型裂縫修補(bǔ)膠性能指標(biāo)

5.2 軌枕周邊的混凝土破損修復(fù)流程及方法

1)首先用電鎬對(duì)道床板表面破損部位進(jìn)行清理，再使用角磨機(jī)進(jìn)行打磨，使混凝土露出新面。

2)對(duì)注漿孔進(jìn)行再次鉆孔，鉆孔深度為50 mm，用吹風(fēng)機(jī)清理干凈。

3)對(duì)注漿孔和破損混凝土表面涂刷界面劑，采用聚合物水泥砂漿對(duì)道床板缺損面進(jìn)行修復(fù)。聚合物水泥砂漿性能指標(biāo)如表2所示。

4)待聚合物砂漿達(dá)到一定強(qiáng)度，對(duì)表面凸出部位進(jìn)行打磨，并清理灰塵及灰渣。

5.3 軌枕周邊硅酮封閉施工流程及方法

1)界面清理。

軌枕與道床板間接縫及兩側(cè)清理。

2)表面防護(hù)。

表2 聚合物水泥砂漿性能指標(biāo)

在接縫兩側(cè)粘貼防污膠帶及泡沫膠帶，膠帶至伸縮邊的距離不小于2 cm。

3)界面處理。

嵌縫前在混凝土表面均勻涂刷界面劑。

4)嵌縫涂注。

用膠槍將嵌縫材料緩慢涂布在混凝土表面，并用刮刀整修嵌縫材料外形，使得硅酮表面平滑，內(nèi)部無(wú)氣眼。

5)現(xiàn)場(chǎng)清理。

嵌縫完成后，立即拆除防護(hù)膠帶，清理并運(yùn)走施工器具和施工雜物。

6 整治效果

該高鐵K1803處無(wú)砟軌道軌枕吊空病害按施工方案對(duì)軌枕吊空進(jìn)行注膠填充、破損混凝土修復(fù)、對(duì)軌枕與道床板接縫進(jìn)行嵌縫防水處理后，達(dá)到了“注漿填充，堵滲防漏”的整治效果，經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)營(yíng)驗(yàn)證整治效果良好(見(jiàn)圖7)。

7 結(jié)語(yǔ)

1)采用以上整治方案，并在精心施工下，整治效果良好，達(dá)到了消除病害，確保行車安全的目的。

2)選用的軌枕吊空填充整治用裂縫修補(bǔ)材料、道床板修復(fù)用聚合物砂漿具有凝固時(shí)間短、強(qiáng)度增長(zhǎng)快的特點(diǎn)，短時(shí)間可恢復(fù)道床板對(duì)軌枕的支承和約束作用，滿足天窗點(diǎn)結(jié)束后列車通行條件。

3)實(shí)踐表明，采用該軌枕吊空病害整治設(shè)計(jì)方案是可行的。通過(guò)對(duì)設(shè)計(jì)、施工全過(guò)程的探索，并在實(shí)踐中不斷優(yōu)化本項(xiàng)整治技術(shù)。

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