切割承軌臺降低軌面標(biāo)高技術(shù)研究

龐帥 姜子清 姚建平 樓梁偉 張志超 孫宣

（1.中國鐵道科學(xué)研究院集團有限公司鐵道建筑研究所，北京 100081；2.北京鐵科特種工程技術(shù)有限公司，北京 100081）

蘭新客運專線等線路路基上拱病害造成的軌道不平順一般采用扣件精調(diào)進行處理，但上拱量超過限值后只能采取限速措施來保證運營安全。因此，研發(fā)上拱病害整治技術(shù)對保證鐵路安全運營意義重大。王鵬程等［1］通過對蘭新客運專線病害區(qū)間的監(jiān)測及試驗研究了路基上拱的原因。趙磊［2］通過耦合靜動態(tài)分析了上拱對過渡段的影響。朱興永等［3］結(jié)合實際工程提出切割減薄支承層的方法來整治上拱病害問題。李強，李傳勇等［4-5］研究了隧道內(nèi)整體道床上拱病害并提出整治措施。

針對雙塊式無砟軌道基礎(chǔ)上拱問題，已研發(fā)出切割支承層落道、暗挖基床落道、掏挖級配碎石落道等［6］技術(shù)，主要適用于大范圍區(qū)段基礎(chǔ)上拱病害整治，對于長度短、突變點等位置的上拱病害上述方法明顯不適用?；诖耍疚奶岢銮懈畛熊壟_并設(shè)置新扣件系統(tǒng)的整治方法，為處理該類問題提供新的思路。

1 總體方案及研究目的

切割置換承軌臺方案是通過切除上拱區(qū)間承軌臺，在承軌臺間道床板上鉆孔并預(yù)埋套管、安裝WJ-7型扣件等工藝，以降低軌面標(biāo)高的技術(shù)方案?？紤]WJ-7型扣件標(biāo)準(zhǔn)高度為37 mm、道床板排水坡、既有負(fù)調(diào)整等情況，對于按照通用參考圖設(shè)計參數(shù)的線路，軌面標(biāo)高可降低35～40 mm。對于蘭新客運專線，原則上軌面標(biāo)高可降低55～65 mm。

此項技術(shù)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)在于承軌臺切割、鉆孔定位、預(yù)埋套管植入錨固等。因此，本文通過道床板找平工藝、承軌臺切割工藝、道床板套管植入工藝及抗拔力試驗，研究切割工藝、WJ-7型扣件安裝工藝及其可行性，評估預(yù)埋套管錨固材料與抗拔力是否滿足要求。

2 線下試驗及結(jié)果分析

通過總結(jié)工藝流程，分析關(guān)鍵工序及技術(shù)要點，以各主要施工工序的獨立試驗為基礎(chǔ)，驗證整套工藝的可行性。

2.1 道床板找平工藝試驗

為了確?？奂惭b位置的平整度，降低道床板排水坡對新扣件安裝的影響，提高新扣件與道床板間的貼合度，本次試驗采用角磨機切磨道床板，并反復(fù)嘗試不同的切磨方式。切磨過程中利用水平尺進一步控制平整度。

2.2 承軌臺切割工藝試驗

承軌臺切割試驗分為單塊承軌臺切割和多塊承軌臺切割2部分。其中單塊切割分為若干組，用于測算鋼筋對切割工藝的影響，包括對設(shè)備損傷的影響和時間損耗的影響；多塊切割用于測算不同切割方法對施工效率的影響。承軌臺切割工藝試驗見圖1。

圖1 承軌臺切割工藝試驗

在試驗過程中發(fā)現(xiàn)，鋼筋會對切割效率造成一定影響，但影響程度不大，遇到鋼筋后所需切割時間僅下降了3～5 min。承軌臺切割完成后，邊角處會存在“欠挖”混凝土塊（圖1（a）），利用角磨機打磨即可處理。切割完成后道床板邊緣會出現(xiàn)一定的切割痕跡（圖1（c）），為保證道床板表面不受破壞，切割過程中應(yīng)合理控制繩鋸高度和松緊程度。此外，切割過程利用膠墊能夠有效地保護道床板。通過承軌臺切割試驗，驗證了繩鋸切割雙塊式軌枕承軌臺切實可行。

2.3 道床板套管植入工藝及抗拔力試驗

道床板套管植入工藝及抗拔力試驗是通過在道床板鉆孔后植入預(yù)埋套管并利用植筋膠錨固，待固化后測試抗拔力的試驗。植筋膠的黏結(jié)力與接觸面積有直接關(guān)系，鉆孔孔徑不同，其內(nèi)部與植筋膠的接觸面積也不同：孔徑越大，接觸面積越大。此外，鉆孔孔徑會影響施工效率，因此選擇50，60 mm孔徑做對比試驗。

通過鉆孔及套管植入試驗，確定在原承軌臺間（沿線路方向）鉆孔是可行的，但遇到鋼筋時鉆孔速度較慢。試驗表明：①50 mm孔徑的套管抗拔力不足，不滿足要求，60 mm孔徑的套管滿足要求；②鉆孔設(shè)計深度為15 cm，超鉆1 cm時可保證抗拔力達到設(shè)計值。不同孔徑下預(yù)埋套管的抗拔效果見表1。

表1 不同孔徑下預(yù)埋套管的抗拔效果

根據(jù)TB/T 3395.4—2015《高速鐵路扣件第4部分：WJ-7型扣件》［7］要求，抗拔力達到10 t即滿足要求。本次試驗抗拔設(shè)備最大量程為20 t。由表1可知，在同等固化時間下，60 mm孔徑預(yù)埋套管的抗拔效果好于50 mm孔徑。

套管植入試驗中，分別對黏結(jié)膠、環(huán)氧樹脂砂漿、速凝膠3種材料的植筋效果進行試驗，發(fā)現(xiàn)3種材料均能滿足最大抗拔力大于10 t的要求。3種材料的植筋效果見圖2。

圖2 3種材料的植筋效果

由圖2（a）可知，使用黏結(jié)膠錨固的預(yù)埋套管在抗拔試驗完成后并未發(fā)生破壞，鉆孔周圍的混凝土表面除因鉆孔導(dǎo)致的破損外，未發(fā)現(xiàn)裂紋。由圖2（b）可知，環(huán)氧樹脂砂漿會造成預(yù)埋套管上浮和偏移，需要人為輔助才能固定，且環(huán)氧樹脂砂漿固化時間較長，短期內(nèi)很難固定套管。由圖2（c）可知，速凝膠錨固效果較好，抗拔試驗完成后鉆孔外圍出現(xiàn)細(xì)微裂紋，說明套管底部錨固作用部分失效，預(yù)埋套管產(chǎn)生微小位移，進一步導(dǎo)致道床板表層混凝土破壞。

綜上可知，黏結(jié)膠效果最好，但固化時間較長；環(huán)氧樹脂砂漿操作難度較高，易產(chǎn)生上浮及預(yù)埋套管偏位現(xiàn)象；速凝膠固化速度快，但抗拔性能較差。因此，為保證質(zhì)量，建議優(yōu)先考慮采用黏結(jié)膠植入套管，其次考慮采用速凝膠，避免采用環(huán)氧樹脂砂漿（或根據(jù)要求對其進行改良）。

3 關(guān)鍵工序

通過線下試驗及工程經(jīng)驗，總結(jié)切割置換承軌臺的工藝流程（圖3），并提出關(guān)鍵工序及技術(shù)要點。關(guān)鍵工藝主要包括：新扣件安裝位置道床板打磨及找平、預(yù)埋套管鉆孔植入、切割承軌臺。

圖3 切割置換承軌臺工藝流程

1）新扣件安裝位置道床板打磨及找平

為保證新的扣件系統(tǒng)正常工作，使絕緣緩沖墊板緊密貼合在道床板表面，防止水侵損害，須對道床板進行打磨及找平處理。利用專用的鉆孔定位工裝，借助原軌道位置進行鉆孔定位，并依據(jù)絕緣緩沖墊板的尺寸確定打磨區(qū)域，利用角磨機打磨道床板表面。

2）預(yù)埋套管鉆孔植入

為保護新扣件安裝位置道床板不受切割作業(yè)的影響，應(yīng)首先完成道床板打磨、鉆孔機植入套管工作，且使用橡膠墊板保護道床板。采用水鉆進行鉆孔作業(yè)，在成孔后利用高壓水槍清洗道床板，利用工業(yè)風(fēng)機烘干道床板。植入套管前在鉆孔內(nèi)放置干燥包，進一步降低孔內(nèi)濕度，提升錨固效果。利用套管植入工裝定位預(yù)埋套管，并在工裝間隙向鉆孔內(nèi)灌注錨固膠，待膠體漫過鉆孔邊緣后停止注膠，待錨固膠初凝后卸下工裝，進行下一組預(yù)埋套管的錨固作業(yè)。預(yù)埋套管植入完成后，利用橡膠墊板覆蓋對新扣件安裝位置道床板、套管進行保護，同時準(zhǔn)備下一項施工內(nèi)容。

3）切割承軌臺

承軌臺切割是該技術(shù)的核心內(nèi)容之一，利用繩鋸?fù)瓿汕懈罟ぷ麟m然方便快捷，但存在一定的安全隱患，且受軌道兩側(cè)空間限制。在道床板兩側(cè)利用支承層固定繩鋸設(shè)備，并確保繩鋸固定到位，防止切割過程中因設(shè)備失穩(wěn)導(dǎo)致事故，也避免出現(xiàn)因設(shè)備抖動過大導(dǎo)致的“超挖”、“欠挖”現(xiàn)象。另外，應(yīng)制作繩鋸定位工裝，以保證切割過程中繩索緊貼道床板，從而提高新扣件系統(tǒng)與原道床表面的貼合度。切割前需要利用角磨機對承軌臺遠(yuǎn)端邊角進行整形處理，以便繩索能夠在切割初始階段按指定方向切割。繩鋸切割過程見圖4。

圖4 繩鋸切割過程

4 結(jié)論

1）切割承軌臺落道整治措施工程量小、作業(yè)效率高，適用于局部上拱需應(yīng)急整治的工點。對于按照通用參考圖設(shè)計參數(shù)的線路，軌面標(biāo)高可降低35～40 mm，蘭新客運專線可降低55～65 mm。

2）鉆孔孔徑60 mm、深度15 cm時抗拔力滿足設(shè)計要求?？讖竭^大、深度過深會影響鉆孔效率，且不易施工；孔徑過小、深度較淺則達不到抗拔強度。在套管植入前應(yīng)對鉆孔進行充分清洗及烘干，以提升錨固效果。

3）為避免長時間使用臨時支撐裝置支撐鋼軌，防止切割過程中對道床板造成破壞，應(yīng)優(yōu)先完成道床板打磨及新扣件位置定位，并利用橡膠墊板進行保護。