運(yùn)營(yíng)鐵路CRTS-Ⅰ型板梁端凸形擋臺(tái)維修技術(shù)研究與應(yīng)用

劉湘巍

摘 要： 針對(duì)運(yùn)營(yíng)過(guò)程中無(wú)砟軌道CRTS-Ⅰ型板出現(xiàn)的梁端凸形擋臺(tái)開(kāi)裂病害現(xiàn)象，本文以廣珠城際鐵路為例，從設(shè)計(jì)概況、病害現(xiàn)象、原因分析入手，探討鐵路運(yùn)營(yíng)過(guò)程中CRTS-Ⅰ型板梁端凸形擋臺(tái)維修技術(shù)。為確保不影響次日安全行車，如何在有限天窗點(diǎn)內(nèi)實(shí)現(xiàn)已損壞凸形擋臺(tái)的修復(fù)是解決此類病害的關(guān)鍵。本文所闡述的維修技術(shù)創(chuàng)造性地采用特殊材料先在框架板內(nèi)澆筑擋臺(tái)和樹(shù)脂，再對(duì)破壞的凸形擋臺(tái)進(jìn)行鑿除和恢復(fù)，確保功能恢復(fù)和運(yùn)營(yíng)安全。經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)踐，該技術(shù)安全可靠，可大面積推廣。

關(guān)鍵詞： 無(wú)砟軌道;Ⅰ型板式;凸形擋臺(tái);聚合物混凝土;維修

【中圖分類號(hào)】U213.244 ? ? 【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】A ? ? 【文章編號(hào)】1674-3733（2020）07-0225-02

無(wú)砟軌道[1]作為中國(guó)高速鐵路的的主要軌道結(jié)構(gòu)類型，得到了快速發(fā)展與廣泛應(yīng)用。早期我國(guó)在日本板式軌道基礎(chǔ)上開(kāi)發(fā)的CRTS-Ⅰ型板式無(wú)砟軌道廣受青睞，其中哈大客專、滬寧城際、海南東環(huán)線、哈齊客專、廣珠城際、廣深港客專、成綿樂(lè)客專等多條線上得到了應(yīng)用。CRTS-Ⅰ型板式無(wú)砟軌道為獨(dú)立的單元式結(jié)構(gòu)，此結(jié)構(gòu)有利于消除長(zhǎng)大混凝土收縮及溫度的影響，且局部損壞對(duì)整體軌道結(jié)構(gòu)的影響較小，便于維修或重建。但由于軌道板內(nèi)應(yīng)力部件數(shù)量較大、縱橫向傳遞力類型較多，且較多的自由邊作為薄弱環(huán)節(jié)易使CRTS-I型板式無(wú)砟軌道在運(yùn)營(yíng)過(guò)程中出現(xiàn)了較多的結(jié)構(gòu)病害，如圓形凸形擋臺(tái)與底座連接處拉裂病害、半圓形凸形擋臺(tái)周圍填充樹(shù)脂與軌道板產(chǎn)生離縫等病害，不僅會(huì)影響線路的幾何形位，降低旅客的乘坐舒適度;而且會(huì)對(duì)軌道結(jié)構(gòu)造成損壞，嚴(yán)重時(shí)甚至?xí)绊懜咚勹F路的行車安全。

1 設(shè)計(jì)概況[2]

廣珠城際鐵路以鋪設(shè)CRTS-I型板式無(wú)砟軌道為主，該類軌道結(jié)構(gòu)主要由鋼軌、WJ-7型扣件系統(tǒng)、軌道板、水泥乳化瀝青砂漿調(diào)整層、混凝土底座、凸形擋臺(tái)及其周圍填充樹(shù)脂等組成。軌道板采用預(yù)制鋼筋混凝土框架板，寬2400mm、厚190mm，軌道板板縫間距一般為70～90mm之間。軌道板下設(shè)CA砂漿調(diào)整層，其設(shè)計(jì)厚度為50mm。底座和凸形擋臺(tái)采用C40混凝土。橋上采用混凝土底座板，板寬度為2800mm，高度為260mm。為緩解溫度應(yīng)力影響，每隔1個(gè)板單元設(shè)1橫向伸縮縫，伸縮縫對(duì)應(yīng)凸形擋臺(tái)中心位置，并按行車方向向前繞過(guò)凸形擋臺(tái)。伸縮縫寬為20mm，縫中心用泡沫塑料板或泡沫橡膠板填縫，采用聚氨酯或?yàn)r青軟膏密封。橋上梁端采用半圓型凸形擋臺(tái)，其它地方采用圓形凸形擋臺(tái)。凸形擋臺(tái)直徑為520mm，高度為250mm。凸形擋臺(tái)周圍填充樹(shù)脂材料，設(shè)計(jì)厚度為40mm。

2 病害情況

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查可知，CRTS-I型板式無(wú)砟軌道梁端凸臺(tái)病害主要表現(xiàn)為以下幾種形式：（1）梁端半圓形凸形擋臺(tái)開(kāi)裂、斷裂，（2）凸形擋臺(tái)邊樹(shù)脂與軌道板離縫，（3）凸形擋臺(tái)樹(shù)脂劣化，（4）凸形擋臺(tái)與底座連接處開(kāi)裂等。圖1所示為凸臺(tái)擋臺(tái)同軌道板處開(kāi)裂現(xiàn)象，圖2所示為凸臺(tái)底部開(kāi)裂現(xiàn)象。

3 原因分析

基于CRTS-I型板式無(wú)砟軌道設(shè)計(jì)原理，鋼軌通過(guò)扣件扣壓在軌道板上，而軌道板放置于底座上方的砂漿袋上，軌道板與底座（或橋梁）之間縱、橫向力主要通過(guò)CA砂漿與軌道板和底座間的摩擦力及軌道板與凸形擋臺(tái)間的擠壓力實(shí)現(xiàn)，具體如圖3所示。

由上圖可知，無(wú)砟軌道底座通過(guò)橋上預(yù)留的連接鋼筋與橋梁固結(jié)在一起。當(dāng)氣溫下降時(shí)，連續(xù)梁兩端將向固定支座收縮，無(wú)砟軌道底座與凸形擋臺(tái)隨著連續(xù)梁一起回縮。但由于全線鋪設(shè)跨區(qū)間無(wú)縫線路，鋼軌將保持基本不動(dòng)或只能發(fā)生微小位移，且扣件又將鋼軌和軌道板緊箍在一起，導(dǎo)致軌道板也無(wú)法移動(dòng)，此時(shí)軌道板將阻止底座板與凸形擋臺(tái)向固定支座移動(dòng)，使凸形擋臺(tái)承受縱向擠壓力，并將力傳遞給底座。

按照理論設(shè)計(jì)檢算的半圓形凸形擋臺(tái)足夠承受來(lái)自軌道板的擠壓力。但當(dāng)凸形擋臺(tái)配筋存在缺陷時(shí)，其縱向抗彎、抗剪能力將會(huì)有所降低。一旦軌道板對(duì)凸形擋臺(tái)的縱向擠壓力超出凸形擋臺(tái)所能承受的最大值時(shí)，凸形擋臺(tái)底部底座將出現(xiàn)開(kāi)裂，開(kāi)裂后軌道結(jié)構(gòu)承載力迅速下降，軌道板縱向位移增大，進(jìn)而繼續(xù)劣化凸形擋臺(tái)底座開(kāi)裂程度，兩者間形成惡性循環(huán)。同時(shí)，當(dāng)凸形擋臺(tái)產(chǎn)生塑性變形后，樹(shù)脂與軌道板及凸形擋臺(tái)間將產(chǎn)生離縫。

4 關(guān)鍵技術(shù)

4.1 修復(fù)技術(shù)優(yōu)化角度分析

傳統(tǒng)凸形擋臺(tái)修復(fù)工藝涉及到原凸形擋臺(tái)鑿除、植筋、混凝土澆筑、樹(shù)脂澆筑等環(huán)節(jié)，且常規(guī)混凝土材料強(qiáng)度無(wú)法滿足次日行車要求，一旦發(fā)生凸形擋臺(tái)鑿除但來(lái)不及對(duì)軌道板提供縱橫向約束時(shí)，將會(huì)出現(xiàn)極大的行車安全隱患問(wèn)題。同時(shí)，由于鐵路設(shè)備管理單位[3][4]通常只能在天窗點(diǎn)內(nèi)修復(fù)損壞的結(jié)構(gòu)設(shè)備，因此修復(fù)時(shí)間短、修復(fù)工藝復(fù)雜、修復(fù)材料強(qiáng)度低、現(xiàn)場(chǎng)安全風(fēng)險(xiǎn)大等諸多因素均成為了凸形擋臺(tái)病害修復(fù)的制約因素。

為解決上述問(wèn)題，需在整治技術(shù)及材料性能上做出創(chuàng)新。一是采用在鑿除原凸形擋臺(tái)前，通過(guò)在框架板內(nèi)植筋澆筑擋臺(tái)混凝土來(lái)代替原凸形擋臺(tái)約束軌道板縱橫向位移的方法，可克服一個(gè)天窗點(diǎn)內(nèi)不能修復(fù)一個(gè)已損壞凸形擋臺(tái)的弊端;二是采用聚合物混凝土代替普通混凝土修復(fù)材料，并采用彈性聚氨酯類材料作為樹(shù)脂修復(fù)材料，可滿足次日行車的強(qiáng)度要求。表1所示為凸形擋臺(tái)和框架板中心混凝土澆筑采用聚合物混凝土的主要性能要求，表2所示為凸形擋臺(tái)周圍樹(shù)脂修補(bǔ)材料性能要求。

4.2 修復(fù)技術(shù)關(guān)鍵步驟分析

基于上述分析及既有施工技術(shù)，修復(fù)現(xiàn)場(chǎng)主要可按照以下幾個(gè)步驟進(jìn)行實(shí)施：

第一步：鋼軌及扣件處理。拆除梁端軌道板及前后各1塊軌道板上鋼軌扣件，對(duì)待處理軌道板上軌底上下邊進(jìn)行除銹、涂油，對(duì)新更換復(fù)合墊板不銹鋼面涂油，重新安裝扣件到位。

第二步：框架板中心植筋并澆筑混凝土

①在軌道板框架內(nèi)底座板上按圖3所示位置進(jìn)行鉆孔，鉆孔直徑32mm，深220mm，用植筋膠植入直徑25mm、長(zhǎng)435mm、HRB400鋼筋。鉆孔應(yīng)垂直于底座頂面。

②待植筋膠達(dá)到要求后，對(duì)框架內(nèi)底座頂面進(jìn)行鑿毛，并按圖4在所植豎筋上綁扎箍筋。箍筋采用直徑12mm的HRB400鋼筋。

③在軌道板框架內(nèi)架立并固定模板，模板與混凝土間間距為40mm;按比例配制并澆筑C40聚合物混凝土。

④待混凝土強(qiáng)度達(dá)到5MPa后拆除模板，鑿除溢出的混凝土并進(jìn)行打磨，使混凝土外表面平整。

第三步：框架板內(nèi)樹(shù)脂澆筑

①在框架混凝土與軌道板間縫內(nèi)安裝泡沫和樹(shù)脂袋;

②按比例配制樹(shù)脂材料，攪拌均勻后澆筑入樹(shù)脂袋。

③框架中混凝土與軌道板間采用硅酮密封膠進(jìn)行防水處理。

第四步：鑿除凸形擋臺(tái)及底座傷損混凝土并重新澆筑

①?gòu)氐阻彸剐螕跖_(tái)混凝土。

②鑿除底座端部開(kāi)裂混凝土，并向梁中方向延伸少許，使混凝土徹底露出新面。鑿除混凝土?xí)r應(yīng)保留全凸形擋臺(tái)和底座鋼筋。

③對(duì)鋼筋進(jìn)行檢查，調(diào)整鋼筋位置，對(duì)長(zhǎng)度不足的鋼筋通過(guò)焊接進(jìn)行延長(zhǎng)，并根據(jù)需要補(bǔ)植鋼筋，使凸形擋臺(tái)內(nèi)鋼筋滿足設(shè)計(jì)要求。

④安裝模板，灑水潤(rùn)濕（或涂刷界面劑）后按比例配制并澆筑聚合物混凝土。待混凝土強(qiáng)度達(dá)到后進(jìn)行打磨清理。

第五步：凸形擋臺(tái)周邊樹(shù)脂澆筑

①拆除原凸形擋臺(tái)周邊樹(shù)脂材料灌注袋;

②安裝下部泡沫板和樹(shù)脂袋;

③按比例配制彈性較好的樹(shù)脂材料，攪拌均勻后澆筑入樹(shù)脂袋。

第六步：硅酮密封膠封閉

①對(duì)凸形擋臺(tái)樹(shù)脂及其兩側(cè)混凝土表面進(jìn)行打磨并清理干凈，每側(cè)打磨寬度不小于5cm。

②在距凸形擋臺(tái)樹(shù)脂邊2cm處粘貼防污膠帶和泡沫膠帶。

③在膠帶間涂刷界面劑。

④待界面劑表干后，在膠帶間灌注硅酮密封膠，并用鏟刀抹平，之后立即拆除膠帶。

4.3 整治效果分析

通過(guò)采用上述措施，現(xiàn)場(chǎng)凸臺(tái)拉裂病害得到了較好的整治，且根據(jù)人工添乘晃車及確認(rèn)車數(shù)據(jù)分析等動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)手段可知，凸臺(tái)鑿除及澆筑整治期間行車安全性并未受到影響。圖5所示為廣珠城際線凸臺(tái)整治施工后的現(xiàn)場(chǎng)圖片。

5 結(jié)論

本文針對(duì)CRTS-Ⅰ型板式無(wú)砟軌道梁段凸形擋臺(tái)傷損病害，通過(guò)分析CRTS-Ⅰ型板式無(wú)砟軌道結(jié)構(gòu)及傳力特點(diǎn)、傷損病害成因及修復(fù)技術(shù)難點(diǎn)等，初步提出新的整治措施，并在現(xiàn)場(chǎng)實(shí)踐中取得較好結(jié)果，所得相關(guān)結(jié)論如下：

（1）CRTS-Ⅰ型板梁段凸臺(tái)病害主要是因軌道板對(duì)凸臺(tái)的縱向擠壓力超出凸臺(tái)所能承受的最大值造成的;

（2）通過(guò)在凸形擋臺(tái)鑿除前，在框架板內(nèi)植筋澆筑擋臺(tái)混凝土來(lái)約束軌道板縱橫向位移的方法，可有效解決一個(gè)天窗點(diǎn)內(nèi)無(wú)法實(shí)現(xiàn)凸臺(tái)傷損病害整治的問(wèn)題;

（3）采用聚合物混凝土及彈性聚氨酯類材料代替?zhèn)鹘y(tǒng)的凸臺(tái)混凝土及樹(shù)脂修復(fù)材料，可有效保證無(wú)砟軌道結(jié)構(gòu)強(qiáng)度、縮短整治時(shí)間，可滿足次日行車安全。

參考文獻(xiàn)

[1] 顏樂(lè).CRTS Ⅰ型板板式無(wú)砟軌道橫向穩(wěn)定性研究[M]，西南交通大學(xué)碩士論文，2015（3）.

[2] 廣珠城際鐵路無(wú)砟軌道相關(guān)設(shè)計(jì)圖.

[3] 《高速鐵路軌道工程施工質(zhì)量驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)》（TB10754-2010）.

[4] 《高速鐵路工務(wù)安全規(guī)則（試行）》（鐵總運(yùn)[2014]170號(hào)）.