CRTSⅠ型板式无砟轨道路基沉降抬板维修技术研究

张珍珍

(中铁第四勘察设计院集团有限公司，武汉　430063)



CRTSⅠ型板式无砟轨道路基沉降抬板维修技术研究

张珍珍

(中铁第四勘察设计院集团有限公司，武汉430063)

摘要：由于地质条件、建设施工等原因，部分高速铁路路基出现不同程度的沉降，影响行车的平顺性。介绍高速铁路CRTSⅠ型板式无砟轨道路基沉降抬板维修方案的若干技术问题，提出抬板高度及抬板填充材料刚度的合理取值。CRTSⅠ型板式无砟轨道路基沉降可通过扣件调整和抬升轨道板增加充填层厚度等方式进行整治维修。为保证抬升轨道板后凸型挡台受力，建议圆形凸台地段抬板高度最大不超过45 mm，半圆形凸台地段不应进行抬板。轨道板抬升采用的填充材料刚度宜与原CA砂浆层保持一致。

关键词：高速铁路；CRTSⅠ型板式无砟轨道；路基沉降；抬板；凸型挡台

高速铁路路基应具有足够的强度和刚度，为列车提供稳定坚实的基础，尤其无砟轨道应严格控制路基的沉降[1-2]。由于地质条件、建设施工等原因，部分高速铁路路基出现了不同程度的沉降，影响了行车的平顺性，以下针对CRTSⅠ型板式无砟轨道路基沉降的维修方案进行研究。

1路基沉降及抬板维修方案

部分高速铁路路基出现了沉降，尤其在路桥结合部不均匀沉降较明显，部分路基沉降量已经超过了扣件的调整能力。路基不均匀沉降地段线路高低不平，影响了列车运行的平稳。此外，路基不均匀沉降增大了无砟轨道受力，加剧了轨道板、底座等结构部件的裂纹发展，影响着结构的耐久性[3-5]。

CRTSⅠ型板式无砟轨道路基沉降整治可采用如下方案：路基不均匀沉降在扣件系统调整范围内的，通过调节扣件系统中的调高垫板进行调整；路基不均匀沉降超出扣件系统调整范围的，通过调坡与抬升轨道板增加充填层厚度来恢复轨道的平顺性。

路基不均匀沉降通过抬升轨道板，增加轨道板下填充层厚度实现轨面的平顺，对轨道结构的主要影响有：(1)抬升轨道板后增加了作用在凸台的弯矩，因此应保证抬升轨道板后凸台承载力仍能满足要求；(2)轨道板下填充层厚度及刚度的改变对轨道结构受力变形有一定的影响[6-7]。从抬板对轨道结构凸台及其他部件受力的影响，确定合理的抬板高度以及填充层的刚度。

2抬板对凸型挡台的影响分析

2.1凸型挡台设计荷载及承载能力

CRTSⅠ型板式无砟轨道凸型挡台分圆形凸型挡台和半圆形凸型挡台，其主要功能是传递轨道板的纵向力和横向力至底座，并限制轨道板的纵向和横向位移。作用在凸型挡台上的力主要有：钢轨通过扣件与轨道板传给凸型挡台的纵向力Fr、横向力Fh，由于轨道板与下部混凝土基础之间的温差而引起的纵向温度力Ft等[8-10]。路基地段凸型挡台上的水平力计算如表1、表2所示。

表1　路基地段凸型挡台上水平作用荷载

表2　路基地段凸型挡台作用荷载组合

凸型挡台作为深梁构件进行抗剪、抗弯承载能力检算，根据《混凝土结构设计规范》计算结果见表3。

表3　凸型挡台设计承载力

2.2抬板高度取值

抬升轨道板增加充填层厚度，增加了作用于凸型挡台的弯矩，不同抬板高度相应作用于凸型挡台的弯矩计算如表4所示。

表4　路基地段不同抬板高度时作用于凸型挡台的弯矩

综合上述分析结果，半圆形凸型挡台的抗弯承载力为65.2 kN·m，圆形凸型挡台的抗弯承载力为81.2 kN·m，考虑1.3倍的安全系数，从保证凸型挡台受力考虑，建议圆形凸台地段抬板高度最大不超过45 mm，半圆形凸台地段不应进行抬板。

3轨道板下填充材料刚度和厚度的影响分析

路基不均匀沉降整治采用抬高轨道板方案时，板下填充材料刚度和厚度变化对于轨道结构受力具有一定的影响。针对不同板下填充材料的刚度和厚度对轨道结构的受力影响进行分析。对填充材料进行模拟，建立“钢轨-板式无砟轨道-路基”有限元模型，钢轨简化为竖直面内的弹性可弯梁；扣件简化为弹簧，弹簧线刚度取为扣件的动刚度；轨道板、填充材料、底座采用实体单元[11]。底座与下部基础间的支承简化为均布线性弹簧，弹簧面刚度依据下部基础的性质确定，计算模型如图1所示。

图1　CRTSⅠ型板式无砟轨道“梁-体”分析模型

列车荷载255 kN，荷载作用位置主要计算3种工况：作用在板中扣件处的钢轨上；作用在板中两扣件间的钢轨上；作用在轨道板缝处的钢轨上。

填充材料弹性模量采用200 MPa，厚度取20～120 mm时结构受力计算结果见表5。

表5　不同填充材料厚度时CRTSⅠ型板式

填充材料厚度采用40 mm，弹性模量采用200～34 000 MPa时结构受力计算结果见表6。

表6　不同填充材料弹性模量时CRTSⅠ型板式

根据上述计算结果，可得到如下结论。

(1)随着填充材料厚度的增加，轨道板纵向拉压应力均增大，横向压应力增大，拉应力减小，但变化幅度均极小；填充材料纵横向拉、压应力基本不变；底座纵横向拉应力增大，压应力减小，但变化幅度极小。可认为填充材料厚度的变化对轨道结构影响较小。

(2)抬升轨道板后，所采用的填充材料刚度增加，轨道板拉应力增大，压应力减小；填充材料纵横向拉应力均增大；底座纵横向拉应力减小，压应力增大。由于CRTSⅠ型板式无砟轨道砂浆层为结构薄弱环节，建议新填充的材料弹性模量与原CA砂浆层保持一致。

4结论与建议

(1)CRTSⅠ型板式无砟轨道路基沉降可通过扣件调整和抬升轨道板增加充填层厚度的方式进行整治维修，恢复轨道平顺性。

(2)为保证抬升轨道板后凸型挡台受力，建议圆形凸台地段抬板高度最大不超过45 mm，半圆形凸台地段不应进行抬板。

(3)轨道板抬升后填充材料厚度的增加对轨道结构受力影响较小。

(4)轨道板抬升采用的填充材料刚度变化对轨道结构受力有一定的影响，建议新填充的材料弹性模量与原CA砂浆层保持一致。

参考文献：

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Study on Slab Uplifting Treatment of Subgrade Settlement of CRTS-ⅠBallastless Slab Track

ZHANG Zhen-zhen

(China Railway Fourth Survey And Design Group Co.， Ltd.， Wuhan 430063， China)

Abstract：Due to geological conditions and construction activities， subgrade settlement in part of high-speed railway seriously affects the train running smoothness. The paper studies on the treatment of subgrade settlement of CRTS-Ⅰballastless slab track by lifting slabs and proposes the reasonable value of slab lifting height and filling material stiffness. The subgrade settlement of CRTS-Ⅰballastless slab track can be treated through fastener adjustment and increasing the filling layer thickness by lifting slabs. To assure the shear cam rational strength after slab lifting， it is suggest that the slab lifting height in round shear cam section should be less than 45mm and slab lifting should be not carried out in half round shear cam section. The stiffness of filling materials by slab lifting should be consistent with the original CA mortar layer．

Key words：High speed railway; CRTS-Ⅰballastless slab track; Subgrade settlement; Slab lifting; Shear cam

中图分类号：U213.2+44

文献标识码：A

DOI:10.13238/j.issn.1004-2954.2015.04.004

文章编号：1004-2954(2015)04-0013-03

作者简介：张珍珍(1984—)，女，工程师，2009年毕业于西南交通大学道路与铁道专业，工学硕士，E-mail：290425858@qq.com。

基金项目：中国铁道建筑总公司科技研究开发计划课题(10-02A)

收稿日期：2014-07-06； 修回日期：2014-07-27