CRTSⅡ型板式无砟轨道砂浆离缝原因分析及整治措施

2015-03-23姬寒尽中国铁道科学研究院

上海铁道增刊 2015年1期

关键词：离缝砂浆整治

姬寒尽中国铁道科学研究院

贾鹏上海铁路局蚌埠工务段

CRTSⅡ型板式无砟轨道砂浆离缝原因分析及整治措施

姬寒尽中国铁道科学研究院

贾鹏上海铁路局蚌埠工务段

分析京沪高铁蚌埠工务段管内CRTSⅡ型板式无砟轨道砂浆离缝病害产生的原因，阐述其对列车运行及轨道结构造成的影响，并提出整治措施和要求。

CRTSⅡ型轨道板；砂浆离缝；整治

1 问题描述

京沪高铁采用CRTSⅡ型板式无砟轨道，自2011年6月开通以来在经历了雨雪、列车运行对轨道板的振动冲击、夏季连续高温天气后，轨道板与CA砂浆层开始出现不同程度的离缝。

蚌埠工务段管辖京沪高铁上下行K804+000～K988+000。从对管内的线路调查来看，主要问题有：砂浆层裂纹、破损、掉块；轨道板与砂浆层离缝（见图1）；侧向挡块破损、轨道板上拱等。轨道板与砂浆离缝位置的破损、变形达到一定程度，会影响轨道板的结构与受力，降低行车安全与平稳性。本文通过分析轨道板与CA砂浆离缝原因，提出整治措施，为CRTSⅡ型无砟轨道维修提供了参考。

图1 CA砂浆离缝、掉块

2 原因分析

水泥乳化沥青砂浆是CRTSⅡ型板式无砟轨道的重要组成部分，填充在轨道板与底座板（支承层）之间，起填充、承载、传力的作用。蚌埠工务段段管内离缝主要表现为砂浆层离缝；部分砂浆破损脱空；砂浆破损严重，部分地段完全脱空。共计35处。经分析，主要有以下几个原因：

2.1 前期灌浆施工不规范

CA砂浆主要靠沥青破乳和水泥水化两种过程作用形成，其施工工艺好坏直接影响后期质量。如封边的水泥砂浆及精调限位装置去除不及时，轨道板受力约束，无法与CA砂浆共同释放温度应力，导致相互运动，产生离缝。

另外，灌注速度不当，会使砂浆层排气不畅，产生气泡，砂浆凝固后，就会在轨道板与砂浆层间出现空洞。

2.2 环境影响

蚌埠工务段管内线路地处淮河中游与长江下游之间，属亚热带季风气候，四季分明，雨量充足。根据离缝病害出现数量的时段来看，主要呈现出易受高温、低温、多雨的影响。京沪高铁多建立在高架桥上，长期暴露在空气、日晒、雨雪下，再加上速度高、车载震动大的动车组荷载作用，轨道系统受力极复杂。

CA砂浆与轨道板主要由乳化沥青与混凝土构成。沥青在高温与低温时，会分别呈现粘滞性与脆性，这也导致了CA砂浆在温度过高或过低时抗压性和韧性下降。另外，砂浆达到一定温度后，会产生高温收缩现象[1]，而混凝土是热胀冷缩材料，高温时，砂浆和混凝土将分别发生收缩和膨胀，导致结合处产生张力，使轨道板与砂浆层相对伸缩，从而易使其脱离、剥落。

此外，离缝为水进入轨道系统提供了条件。水的温度变化反复作用于沥青、水泥等，降低了砂浆的性能和强度，使其易粉化，脱落。

2.3 列车荷载作用

CRTSⅡ型无砟轨道中，轨道板、CA砂浆层及底座板为整体连接承载系统。其中，CA砂浆由于其特性，最薄弱。在长期列车荷载作用下，轨道板会翘曲变形，使其与砂浆在端部产生脱粘[2]，再经雨雪的侵袭，及列车荷载耦合作用，砂浆层会从边缘向里开裂，甚至掉块。

此外，桥梁、底座板与轨道板的基频不同[3]，会造成桥梁与轨道相互振动，不利于维持无砟轨道的整体性能，而CA砂浆最薄弱，易导致其在接触面与轨道板或底座板产生拉伸，造成结合面裂纹，继而剥落、离缝。

3 对轨道结构及列车运行的影响

CA砂浆层主要起调整、承载、减震等作用。当轨道板与CA砂浆离缝后，离缝区域的砂浆不再与轨道板粘结，既降低了砂浆对轨道板的约束，又增加了轨道板变形的可能，其变形达到一定程度，必然影响行车平稳及安全。

离缝后，列车荷载导致轨道板与CA砂浆相互冲击，使离缝周围的CA砂浆受力不均，加快了其破损，若不及时修补，离缝扩大，甚至脱空后，将要对轨道板临时支护，以限制几何形位，这增加了维修工作量，不利于工务部门日常养护。

CA砂浆层破损加剧，会加大轨道板受力不均，加速轨道板伤损，严重时可能导致整个轨道系统受力出现问题，对动车组行车带来危害。

4 整治措施

2013年8月我段管内离缝病害出现后，就已经开始对其整治。2013年整治此类病害17处，其中包括京沪高铁上行K941+660，K934+190，K938+885三处病害较严重，植筋处理后再灌胶的处所。2014年5月起，继续对离缝处所展开整治，截至7月共整治15处，两年累计整治32处。从病害类型来看，主要为轨道板离缝或横向贯通，上拱量值较大影响轨面高低；轨道板离缝，上拱量值较小不影响轨面高低。从离缝整治方法来看，主要为植筋后打开宽接缝重新张拉浇筑再处理，及直接进行注浆处理即可修复两种。本文主要讨论我段2014年以来采用后种方法，对15处离缝病害的整治。

4.1 修补材料及施工时间节点

采用中国铁道科学研究院研发的无砟轨道专用CARS-A型双组分低粘度灌浆树脂。施工时间节点：下达封锁命令，设置防护（1 min）-清理离缝区域及周边灰尘杂质（30 min）-选择注浆口，封闭离缝（60 min）-注浆（90 min）-清理多余封浆材料，打磨（20 min）-检查线路，确认是否达到开通条件（20 min）-清理现场，撤除防护，开通线路（19 min），计240 min。

4.2 施工组织

根据离缝情况，从2014年5月22日到6月 15日，利用14个维修天窗，按图定综合天窗内封锁240 min，对京沪高铁上下行K871+000～K986+000范围内的15处离缝处所进行注浆整治。施工后不限速。

施工流程：设置防护-清理离缝处灰尘-设置注浆孔-离缝封闭-调试注浆机-离缝注浆-打磨-杂物清理-检查轨道几何尺寸-恢复线路。

注浆方案:

（1）处理顺序：板底注浆→钢轨精调。

（2）注浆范围：注浆3块板1号～3号，以存在病害轨道板2号为中心，大、小里程每一端各增加一块轨道板1号、3号（见图2）。

图2 轨道板处理示意图

4.2.1 施工准备

蚌埠高铁线桥车间在施工前两天，检查轨道几何尺寸，并在轨道板上标注。提前对发电机、冲击钻、照明工具等机械设备进行检查保养，确保性能良好。所需防护备品及工、机具 (见表1、表2)。

表1 防护备品表

表2 工、机具表

4.2.2 封锁点内作业

（1）根据早期调查数据，再次检查离缝情况，确定注浆口。用钢丝刷、毛刷清理离缝表面灰尘、浮渣，为了确保整治效果良好，可以用吹风机等对离缝内杂物、灰尘及积水尽量清除。

（2）在离缝较宽处，或离缝端部设置注浆口（见图3）。注浆口的间距保持约20 cm～30 cm。然后用冲击钻沿离缝中心钻入，深度至少15 cm。开钻时要保持均匀，钻孔过大过小都不利于低压注浆。

图3 设置注浆口

（3）用专用F型封缝材料封闭离缝表面（见图4），封缝过程中防止材料堵塞注浆口。

图4 封闭离缝口

（4）注浆前，要用工业酒精清洗一遍注浆机内部。将调试好的双组分材料加入双组分料筒，连接好混合管与注浆管，从离缝的任意端把注浆管连接到注浆口，保证注浆口周围封闭良好，无法漏浆。

2.2 两组患者术后并发症发生情况比较 B组术后多器官功能障碍综合征(multiple organ dysfunction syndrome，MODS)发生率为2.9%(1/34)，显著低于A组的8.3%(2/24)，差异有统计学意义(P<0.05)。两组患者PND、短暂神经系统并发症、急性肾损伤、病死率比较，差异均无统计学意义(P>0.05)。

（5）注浆中，当相邻注浆口有浆液溢出时，封闭注浆口，并继续注浆直至材料无法再注入。把注浆管拿出，同时封闭此注浆口，将注浆管连接到有浆液溢出的注浆口，继续注浆，以此类推，当离缝另一端注浆口中浆液溢出时，封闭所有未封闭的注浆口，完成注浆。

（6）修补材料固化后，去除注浆口及封闭材料。打磨表面，使其平整。

（7）检查、清理线路，核对清点人员及工机具，材料，安全防护用品数量，并检查施工区域，确定无任何工具材料遗漏，轨道几何尺寸符合标准后方可撤除防护开通线路。

4.2.3 开通后作业

（1）当日指派干部添乘确认车，并添乘动车组进行检查。

（2）首趟车添乘后此处的添乘数据应立即反馈段调度，确保后续列车提速正常。

4.2.4 安全风险及控制

（1）认真填写三确认单，清点和登记工具材料。对机具进行保养，确保性能良好。

（2）施工人员要经过专业培训合格。

（3）施工过程中应加强轨道板与砂浆离缝状态的监测，避免因施工不当对轨道几何尺寸产生影响，确保运营安全。

（4）应配备足够的人员和设备，确保在每个天窗内完成所要求的工作，每次施工完下道前清理现场，确保不留杂物。

（5）机械作业由专职人员指挥，实行“一机一人”，机械的移位、运转等动作，需在指挥人员许可下进行。