無砟軌道結(jié)構(gòu)橫向糾偏修復(fù)解離界面研究

劉競 鄭新國 孫宏偉 童憶南 潘永健 高志宏 王雅慧 周駿

（1.中國鐵道科學(xué)研究院集團(tuán)有限公司鐵道建筑研究所，北京 100081；2.中國鐵路設(shè)計(jì)集團(tuán)有限公司，天津 300308；3.中國鐵路上海局集團(tuán)有限公司南京橋工段，南京 210000；4.中鐵上海工程局集團(tuán)第四工程有限公司，天津 300450）

層狀無砟軌道結(jié)構(gòu)是我國高速鐵路主要的軌道結(jié)構(gòu)形式，2007 年在遂渝（遂寧—重慶）高速鐵路進(jìn)行試鋪，至今已經(jīng)在京津城際鐵路、京滬高速鐵路等多條運(yùn)營線上廣泛使用。隨著運(yùn)營時(shí)間的推移，由于復(fù)雜的地質(zhì)原因等，無砟軌道結(jié)構(gòu)損傷逐漸累積，結(jié)構(gòu)偏移成為當(dāng)前無砟軌道常見的病害之一［1-2］，影響了軌道平順性，進(jìn)而影響了行車安全性和旅客舒適性［3-5］。

基于高聚物化學(xué)解黏的無砟軌道結(jié)構(gòu)糾偏修復(fù)技術(shù)［6］可實(shí)現(xiàn)在天窗時(shí)間內(nèi)高精度修復(fù)無砟軌道結(jié)構(gòu)橫向偏移問題。這一技術(shù)的關(guān)鍵是解離界面的正確選取。解離界面是無砟軌道結(jié)構(gòu)中線糾偏時(shí)的分離及滑移面，橫向糾偏僅對(duì)分離面以上的軌道結(jié)構(gòu)進(jìn)行，分離面以下的結(jié)構(gòu)不發(fā)生位移。因此，選取合適的解離界面，是實(shí)現(xiàn)在軌道結(jié)構(gòu)傷損較小的前提下完成糾偏修復(fù)的關(guān)鍵。本文基于解離界面與無砟軌道結(jié)構(gòu)的相對(duì)位置關(guān)系特征，遵循確保軌道結(jié)構(gòu)安全、糾偏阻力小、工藝簡單的原則，對(duì)不同類型無砟軌道結(jié)構(gòu)橫向糾偏整治時(shí)解離界面的選取進(jìn)行分析研究，為工程中軌道糾偏的實(shí)踐提供依據(jù)。

1 基于軌道結(jié)構(gòu)層間的解離界面

層狀無砟軌道結(jié)構(gòu)的上層結(jié)構(gòu)通過浮置、拉毛后澆或土工材料隔離等多種方式置于下層結(jié)構(gòu)上，這為以軌道結(jié)構(gòu)層間作為解離界面進(jìn)行無砟軌道結(jié)構(gòu)橫向糾偏修復(fù)提供了可能。

1.1 單元式無砟軌道

單元式無砟軌道包括CRTSⅠ型、CRTSⅢ型板式無砟軌道。路基、橋梁、隧道區(qū)段的單元式無砟軌道，均可基于軌道結(jié)構(gòu)層間進(jìn)行糾偏界面解離，具有解離界面明確、黏結(jié)力小、對(duì)原軌道無損傷、施工簡單高效等優(yōu)點(diǎn)。

對(duì)CRTSⅠ型板式無砟軌道進(jìn)行糾偏時(shí)，以水泥乳化瀝青砂漿層充填層作為解離界面，須在鑿除軌道板兩端凸形擋臺(tái)填充樹脂后對(duì)軌道板進(jìn)行橫向調(diào)整（圖1）。根據(jù)TB 10754—2018《高速鐵路軌道工程施工質(zhì)量驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)》［7］，凸型擋臺(tái)周圍填充樹脂厚度為30～50 mm。由于施工可能存在誤差，此方法可提供的軌道糾偏量較小。一般情況下，無砟軌道結(jié)構(gòu)中線橫向糾偏量不大于10 mm 時(shí)，可選水泥乳化瀝青砂漿層充填層作為解離界面。

圖1 CRTSⅠ型板式軌道結(jié)構(gòu)基于充填層間解離

CRTSⅢ型板式無砟軌道采用自密實(shí)混凝土作為填充層，通過限位凹槽實(shí)現(xiàn)與混凝土底座間的限位和縱橫向力的傳遞。在自密實(shí)混凝土和底座之間設(shè)置中間隔離層，通過軌道板上預(yù)留的灌注孔灌注自密實(shí)混凝土。自密實(shí)混凝土填充層與軌道板通過門形鋼筋及鋼筋網(wǎng)片澆筑為一個(gè)整體，但其與底座間設(shè)有中間隔離層，使其層間黏結(jié)力較小，可選該隔離層作為解離界面，解離后上部自密實(shí)混凝土與軌道板仍可以保持較好的整體性，如圖2所示。

圖2 CRTSⅢ型板式軌道結(jié)構(gòu)基于軌道結(jié)構(gòu)層間解離

雙塊式無砟軌道是將預(yù)制的雙塊式軌枕組裝成軌排，以現(xiàn)場(chǎng)澆筑混凝土方式將軌枕澆入均勻連續(xù)的鋼筋混凝土道床內(nèi)，并適應(yīng)ZPW-2000 軌道電路。其橋梁區(qū)段采用類似于CRTSⅢ型板式無砟軌道結(jié)構(gòu)的限位凹槽進(jìn)行現(xiàn)澆單元式道床板的縱橫向限位，同樣可以采取軌道結(jié)構(gòu)層間解離后對(duì)限位凹槽進(jìn)行改位的方式實(shí)施糾偏。

1.2 連續(xù)式無砟軌道

連續(xù)式無砟軌道包括路基、橋梁、隧道區(qū)段的CRTSⅡ型板式無砟軌道和路基、隧道區(qū)段縱向連續(xù)鋪設(shè)的雙塊式無砟軌道，均可基于軌道結(jié)構(gòu)層間進(jìn)行糾偏界面解離。

結(jié)合CRTSⅡ型板式無砟軌道層狀結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，水泥乳化瀝青砂漿作為調(diào)整層灌注于軌道板和支承層/底座板之間，具有一定的黏結(jié)性。但從現(xiàn)場(chǎng)揭板試驗(yàn)以及工程實(shí)踐來看［8-9］，以水泥乳化瀝青砂漿層與軌道板間的界面作為解離界面（圖3）仍會(huì)造成軌道板被揭起，糾偏后須進(jìn)行軌道板精調(diào)以及水泥乳化瀝青砂漿層的重新灌注。

圖3 CRTSⅡ型板基于軌道結(jié)構(gòu)層間解離

路基、隧道區(qū)段的雙塊式無砟軌道為縱向連續(xù)結(jié)構(gòu)，在基床表層采用滑模攤鋪或模筑法連續(xù)鋪設(shè)支承層。當(dāng)以軌道結(jié)構(gòu)層間（道床板與支承層/底座板之間）作為糾偏解離界面時(shí)（圖4），由于道床板與支承層/底座板之間的黏結(jié)力相對(duì)較小，軌道結(jié)構(gòu)糾偏反力也較小。

圖4 雙塊式無砟軌道基于軌道結(jié)構(gòu)層間解離

1.3 無砟道岔

無砟道岔分為長枕埋入式無砟道岔和板式無砟道岔。長枕埋入式無砟道岔結(jié)構(gòu)中，帶鋼桁架的混凝土岔枕與現(xiàn)澆鋼筋混凝土板緊密連接［10］，不宜基于軌道結(jié)構(gòu)層間解離。板式無砟道岔系統(tǒng)由多層結(jié)構(gòu)組成，自下而上為找平層、混凝土支承層/底座板、預(yù)制道岔板，解離界面明確，適合基于軌道結(jié)構(gòu)層間解離。

綜上，以無砟軌道結(jié)構(gòu)層間作為糾偏解離界面的適用范圍見表1。

表1 以無砟軌道結(jié)構(gòu)層間作為解離界面的適用范圍

2 基于軌道結(jié)構(gòu)下部的解離界面

根據(jù)不同類型無砟軌道的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，對(duì)于不具備層間解離條件的無砟軌道結(jié)構(gòu)，或者存在層間解離對(duì)軌道結(jié)構(gòu)影響較大以及恢復(fù)無砟軌道結(jié)構(gòu)難度大等問題，鑒于對(duì)無砟軌道結(jié)構(gòu)進(jìn)行整體糾偏對(duì)軌道結(jié)構(gòu)影響更小，提出了適用于路基、隧道區(qū)段的以軌道結(jié)構(gòu)下部作為糾偏解離界面的無砟軌道整體糾偏方案。

2.1 路基區(qū)段

路基區(qū)段無砟軌道結(jié)構(gòu)和無砟道岔均可基于軌道結(jié)構(gòu)下部進(jìn)行糾偏界面解離。路基區(qū)段無砟軌道包括CRTSⅠ型、CRTSⅡ型、CRTSⅢ型板式無砟軌道和雙塊式無砟軌道，其結(jié)構(gòu)下部均為約0.4 m 厚的級(jí)配碎石。以軌道結(jié)構(gòu)下部作為解離界面糾偏時(shí)需要克服支承層/底座板抗彎剛度產(chǎn)生的反力，并且整個(gè)結(jié)構(gòu)單位長度自重大，糾偏時(shí)需要提供較大的反力。路基區(qū)段無砟軌道結(jié)構(gòu)抬升實(shí)踐表明［11］，在級(jí)配碎石表層注漿，對(duì)無砟軌道結(jié)構(gòu)進(jìn)行整體同步均勻抬升時(shí)，軌道結(jié)構(gòu)狀況良好；且抬升后再進(jìn)行糾偏，可大幅降低糾偏阻力。經(jīng)相關(guān)仿真計(jì)算［12］，以級(jí)配碎石層作為糾偏的解離界面，若糾偏工藝控制合理，糾偏時(shí)對(duì)無砟結(jié)構(gòu)的整體性影響較小。

路基區(qū)段無砟道岔軌道結(jié)構(gòu)自重大，橫向剛度大。以結(jié)構(gòu)寬度為8.4 m，高度為0.8 m的雙線整體式無砟道岔軌道為例，每延米質(zhì)量可達(dá)16.8 t，且基床表層級(jí)配碎石中摻入了一定量的水泥，進(jìn)一步增大了無砟軌道底座與級(jí)配碎石層間的黏結(jié)力和摩阻力，這決定了在進(jìn)行道岔糾偏時(shí)所需反力極大。為保證道岔整體結(jié)構(gòu)的安全性、穩(wěn)定性，須同步對(duì)道岔軌道板與底座進(jìn)行整體糾偏，以經(jīng)過特殊工藝加強(qiáng)的反力結(jié)構(gòu)提供糾偏反力。對(duì)于長枕埋入式無砟道岔，選取級(jí)配碎石表層與底座的界面作為糾偏解離界面（圖5）。對(duì)于板式無砟道岔，因底座下部的混凝土找平層與底座黏結(jié)良好，所以選取軌道結(jié)構(gòu)下部級(jí)配碎石與找平層的界面作為糾偏解離界面。

圖5 路基區(qū)段長枕埋入式無砟道岔基于軌道下部解離

2.2 橋梁區(qū)段

橋梁區(qū)段無砟軌道結(jié)構(gòu)不適合基于軌道結(jié)構(gòu)下部解離。這是因?yàn)闃蛄簠^(qū)段CRTSⅠ型板式無砟軌道中心2.6 m 范圍內(nèi)的梁面在預(yù)制時(shí)一般會(huì)進(jìn)行拉毛處理，梁體采用預(yù)埋套管植筋與底座連接，解離較為困難。即使輔以特殊技術(shù)進(jìn)行解離，由于整治后不能在梁面打孔，結(jié)構(gòu)難以有效恢復(fù)。橋梁區(qū)段CRTSⅡ型板式無砟軌道的底座兩側(cè)有側(cè)向限位擋塊和限位板結(jié)構(gòu)，要從軌道結(jié)構(gòu)下部解離則勢(shì)必需要破壞原側(cè)向限位擋塊和限位板，對(duì)軌道結(jié)構(gòu)影響較大。橋梁區(qū)段CRTSⅢ型板式無砟軌道的底座與梁體間采用預(yù)埋套管植筋連接，軌道結(jié)構(gòu)下部（底座與梁體間）解離較為困難。橋梁區(qū)段雙塊式無砟軌道的底座一般采用C40鋼筋混凝土直接澆筑在橋面上，橋面上底座分塊澆筑，長度與寬度與道床板相同，底座與梁體間一般設(shè)置有連接鋼筋，因此不能以軌道結(jié)構(gòu)下部作為解離界面進(jìn)行糾偏。

2.3 隧道區(qū)段

隧道區(qū)段無砟軌道結(jié)構(gòu)除無仰拱區(qū)段CRTSⅠ型板式無砟軌道外，均可基于軌道結(jié)構(gòu)下部解離。有仰拱隧道區(qū)段CRTSⅠ型板式無砟軌道的底座連續(xù)澆筑在隧道仰拱回填層上，因此可以在軌道結(jié)構(gòu)下部進(jìn)行解離。無仰拱隧道區(qū)段CRTSⅠ型板式無砟軌道的底座為雙線整體，一般不適用于在軌道結(jié)構(gòu)下部進(jìn)行解離糾偏。隧道區(qū)段CRTSⅡ型、CRTSⅢ型板式無砟軌道的底座鋪設(shè)在隧道仰拱回填層（有仰拱區(qū)段）或隧道底板（無仰拱區(qū)段）上，故可以在軌道結(jié)構(gòu)下部即底座與仰拱回填層間或底板進(jìn)行解離。隧道區(qū)段雙塊式無砟軌道無支承層或者底座結(jié)構(gòu)，其道床板直接連續(xù)澆筑在隧道仰拱回填層或底板上，可以在軌道結(jié)構(gòu)下部進(jìn)行解離。

綜上，以無砟軌道結(jié)構(gòu)下部作為糾偏解離界面的適用范圍見表2。

3 結(jié)論

1）路基區(qū)段無砟軌道結(jié)構(gòu)和板式無砟道岔結(jié)構(gòu)均可選取結(jié)構(gòu)層間和軌道結(jié)構(gòu)下部作為糾偏解離界面，其中結(jié)構(gòu)下部解離對(duì)軌道結(jié)構(gòu)損傷更小，為優(yōu)選方案。

2）橋梁區(qū)段無砟軌道結(jié)構(gòu)可選取軌道結(jié)構(gòu)層間作為糾偏解離界面。

3）除隧道內(nèi)的雙線整體式結(jié)構(gòu)，隧道區(qū)段無砟軌道結(jié)構(gòu)均可選取結(jié)構(gòu)層間和軌道結(jié)構(gòu)下部作為糾偏解離界面，其中結(jié)構(gòu)下部解離對(duì)軌道結(jié)構(gòu)損傷更小，為優(yōu)選方案。