板式无砟轨道轨道板与砂浆层离缝快速维修技术研究

吴绍利，吴智强，王 鑫，毛昆朋，陆方斌

(中国铁道科学研究院 金属及化学研究所，北京 100081)

我国高速铁路及客运专线，广泛采用板式无砟轨道。根据国外高铁经验和国内调研情况，随着雨雪冻融和因动车组不断高速通过对轨道板和砂浆层的冲击，轨道板与砂浆层会出现不同程度的离缝。这类离缝如果不及时维修，在轨道板的四角将会出现应力集中，进而向轨道板中部发展，最终造成砂浆层伤损，对无砟轨道结构的平顺性、耐久性和列车运行的舒适性有着重大影响，甚至很有可能影响到行车安全［1］。

我国客运专线跨区域大、线路长，这些客观情况决定了维修天窗设置不同于德、日、法等国，而必须具有短时性，目前均采用4 h垂直“天窗”。在如此短的天窗点内，如何快速处理轨道板与砂浆层离缝成了工务维修人员的难题［2］。

根据上述实际情况，课题组提出了如图1的维修工艺。该工艺中，最难的是选择合适的注浆管、注浆机和可快速固化且与砂浆物性匹配良好的填充材料。

图1 轨道板与砂浆层离缝快速维修工艺

1 注浆设备选择

根据调研情况，目前轨道板与砂浆层离缝普遍在1～2 mm之间，个别离缝可达5 mm以上，纵深长度不等。为了让注浆管能更深地插入缝隙内以保证注浆饱满，确定采用硬而韧的铜管作为注浆管，并通过特殊的接头装置联上注浆机。考虑到动车组通过时轨道板对砂浆层的挤压强度约为0.1 MPa，选择注浆机的灌注压强为0.1 MPa，以保证注浆时浆液的压力对轨道板和砂浆层均没有破坏性。

2 维修材料选择

维修材料的选择必须考虑到4 h固化保证通车和与原砂浆层匹配两大因素，而目前可以应用到轨道板与砂浆层离缝快速维修的材料仅有三种，分别是CA砂浆、环氧砂浆和异丁烯树脂材料。

2.1 CA砂浆

水泥乳化沥青砂浆(简称CA砂浆)是高速铁路板式无砟轨道的核心技术，是一种由水泥、乳化沥青、细骨料、水和多种外加剂等原材料组成，经水泥水化硬化与沥青破乳胶结共同作用而形成的一种新型有机无机复合材料［3］。将该材料作为修补材料从原砂浆层匹配的角度来看是最佳选择，但是水泥沥青砂浆是一种利用水泥吸水后水化加速乳化沥青破乳，由水泥水化物和沥青裹砂形成的立体网络，其物理化学反应过慢，很难在4 h达到强度以保证动车组通过。即便在尚未开通的线路上使用，新CA砂浆和旧CA砂浆之间的融合问题以及新CA砂浆与轨道板之间的黏结强度都难以保证;一旦通车，随着雨雪侵蚀和动车组的高速通过时的挤压，很有可能将新的CA砂浆层挤出，从而出现二次离缝问题。

2.2 环氧砂浆

环氧砂浆是以环氧树脂为主剂，配以促进剂等一系列助剂，经混合固化后形成一种高强度、高黏结力的固结体，具有优异的抗渗、抗冻、耐盐、耐碱、耐弱酸腐蚀性能及修补加固性能。其主要优点:①化学性能稳定，耐腐耐候性好;②固结体具有高黏结力，高抗压强度;③具有补强和加固作用;④具有抗渗、抗冻性能;⑤黏结强度高，热膨胀系数与混凝土接近，不易从混凝土基材上脱开，耐久性好［4-5］。但是环氧砂浆作为轨道板与砂浆层离缝填充材料又有两个不能弥补的不足:①弹模匹配问题，CA砂浆层的特点是刚柔并济，以柔性为主，而环氧砂浆一般以刚性为主，在各方面性能上更接近于混凝土，很难达到CA砂浆的弹模范围;②固化情况受温度影响大，环境温度变化5℃以上，环氧砂浆固化时间就可能延长或加快半小时以上，这对于天窗点有限的施工人员来说很难把握。

2.3 异丁烯树脂

异丁烯树脂，是含有不饱和双键的特殊结构的不饱和聚酯树脂，采用自由基固化形式，受环境影响小，是目前国外应用于短时快速维修技术中较成熟的树脂材料。其具有如下优点:①优异的流动性和亲润性，即使轨道板与砂浆层的离缝在1 mm以下也能适用;②黏结强度高且动态载荷性能优越，具有更好的耐疲劳性能和耐冲击性能;③固化时间稳定，受环境温度影响小，施工人员使用便捷;④化学性能稳定，耐腐耐候性好;⑤通过填料调节，可以匹配不同弹模范围的砂浆垫层。

2.4 LF系列材料

最终选用的LF系列无砟轨道维修材料，是一种针对板式无砟轨道轨道板与砂浆层离缝快速维修材料，根据我国板式无砟轨道中CRTSⅠ型与CRTSⅡ型砂浆层弹性模量不同的实际情况分为LF-CRTSⅠ型和LF-CRTSⅡ型，同时也可根据实际情况调节材料的弹性模量及其它性能。该系列主体材料为异丁烯树脂，分为树脂液和固化剂双组份，可操作时间20 min左右，2 h后基本达到砂浆层弹模要求，表1为LF-CRTSⅠ型无砟轨道维修材料的部分性能。

表1 LF-CRTSⅠ型材料主要性能

3 维修工艺

图2 LF-CRTS I型快速维修材料应用实例

图2是LF材料在CRTS I型板式无砟轨道上应用的实例。维修前，该段线路轨检数据不良，维修总计用时1.5 h，1.0 h后通车，同时维修后该段线路轨检数据显示良好。具体维修过程如下:

1)维修相关人员在确定维修当天无雨的情况下将维修配套工具及材料提前运到离维修位置最近的地点，天窗点开始后，运到维修位置;

2)用钢板尺检查离缝状态，选择将铜管能插入最深的地方标注为注浆孔;

3)用裁纸刀或者剪刀将聚乙烯泡沫材料裁成高度为离缝高度的1.5倍，厚度为5～6 mm的条状用于封堵缝隙;

4)用玻璃胶或者其他快速密封剂，将泡沫条与轨道板和砂浆层的缝隙密封，防止注浆时漏液;

5)待密封材料固化后，在远离注浆孔处设立观察孔，即将软管插入泡沫条内，或不设立观察孔，以多点溢流观察注浆时浆液是否灌注饱满，一般以第二种方式较多;

6)将注浆机的铜管沿标注位置刺穿泡沫条并插入缝隙最深处;

7)搅拌 LF维修材料1～2 min，搅拌均匀后倒入注浆机，开始注浆;

8)当观察口处有浆液流出时或多点溢流时，认为灌注饱满，停止灌浆机，并堵住观察孔或溢流处;

9)1 h后可拆除密封条，检查维修后情况，如果未灌注饱满可按照上述步骤重新注浆;

10)收拾施工垃圾，保持环境干净并撤离。

4 结论

对于CRTS型板式无砟轨道轨道板与砂浆层离缝的快速维修，目前国内没有行之有效的解决方案。鉴于此，本文针对轨道板与砂浆层离缝的快速维修工艺及材料进行了探讨，提出了较为可行的维修方案，并在多条客运专线上进行了快速维修试验，轨检数据证明效果良好。通过两年多的运营，修补后的轨道结构未出现二次离缝或其他伤损情况，得到了各客运专线工务部门的信赖和好评，填补了铁路工务上关于 CRTS型板式无砟轨道轨道板与砂浆层离缝的快速维修这一空白，延长了板式无砟轨道的使用寿命，确保了客运专线的行车安全。

［1］曾真.高速铁路板式无砟轨道破损分析及工务修程修制研究［D］.成都:西南交通大学，2009.

［2］赵丽珍.高速铁路综合维修“天窗”开设形式与行车组织协调问题的研究［J］.中国铁道科学，2002(2):127-131.

［3］李海燕，邵丕彦.我国 CRTSⅠ型水泥乳化沥青砂浆技术的研发和特点［J］.中国铁路，2011(9):57-60.

［4］陈平.环氧树脂［M］.北京:化学工业出版社，2002.

［5］吴绍利，王鑫，吴智强，等.无砟轨道套管快速维修技术研究［J］.铁道建筑，2011(10):107-109.