武汉地铁1号线弹性短轨枕轨道病害及整治技术研究

郭积程

（中铁第四勘察设计院集团有限公司，湖北武汉430063）

武汉地铁1号线弹性短轨枕轨道病害及整治技术研究

郭积程

（中铁第四勘察设计院集团有限公司，湖北武汉430063）

针对武汉地铁1号线弹性短轨枕轨道出现的典型病害，介绍了病害发生的原因，找到了解决病害问题的关键；结合整治试验段的实践，提出了弹性短轨枕轨道病害的根本性整治技术方案，以期对指导地铁工务维修有所裨益。

地铁；弹性短轨枕；病害整治

0 前言

弹性短轨枕轨道结构主要由钢筋混凝土道床、橡胶套靴及块下橡胶垫板、钢筋混凝土短轨枕、弹性扣件、钢轨等组成，这种结构的轨道垂直弹性由轨下垫层、铁垫板下垫层、轨枕下垫层等3层橡胶垫板共同提供，提高了轨道结构的弹性，作为轨道中等减振措施的一种方案而曾经被广泛应用。

武汉地铁1号线是武汉市轨道交通线网中的第一条轨道交通线路。1号线全部采用高架敷设方式，根据环评要求，局部地段采用了弹性短轨枕轨道减振措施，其中一期工程共设置弹性短轨枕轨道1.646双线公里，于2004年竣工；二期工程共设置弹性短轨枕轨道9.772双线公里，于2010年竣工。

近年来，根据工务部门反馈，弹性短轨枕轨道出现病害的比例越来越高。为避免中断运营的现象发生，除了加强该地段的巡视和观测外，现场主要采取临时加装轨距拉杆（图1）的措施以保持轨距，并辅助性地采取在轨下、铁垫板下设置调高垫板，以及在橡胶套靴四周加塞木楔等措施进行临时处理或延缓病害发生，这些临时措施不能长效保持轨道整体框架几何形位的稳定，没有从根本上解决弹性短轨枕轨道的病害问题。

图1 轨距拉杆加强轨道几何形位

1 弹性短轨枕轨道典型病害及原因

高架线铺设的弹性短轨枕轨道作为一种露天放置、反复承受列车荷载的结构物，在其长期使用过程中，受列车荷载、温度变化、紫外线照射以及雨水的洗刷影响，容易产生病害（图2～图4）。

（1）橡胶套靴老化、失去弹性，降低或失去减振效果。

（2）轨枕—套靴—道床之间出现剥离、间隙扩大，造成轨枕松动、空吊、短轨枕破裂以及轨枕四周出现翻浆冒泥等现象引起轨道几何形位异常。

图2 轨枕-套靴-道床之间出现剥离

图3 轨枕碎裂

图4 轨枕四周翻浆冒泥

（3）在建设过程中，如果存在橡胶套靴的外露或者套靴下道床混凝土振捣的不密实，运营后的套靴四周容易产生离缝。

（4）外露的橡胶套靴长期受到外界阳光和紫外线的照射后，橡胶容易出现老化变脆，从而失去弹性，使得短轨枕与块下胶垫之间形成自然的空吊，在列车荷载的反复作用下，加剧了短轨枕与道床基础之间的振动冲击，严重情况下将导致短轨枕的碎裂。

（5）在雨水的洗刷下，雨水沿着缝隙浸入承轨台的凹槽内，在列车荷载反复作用下，将导致弹性短轨枕四周出现翻浆冒泥现象。

2 弹性短轨枕轨道典型病害整治措施

受维修天窗时间短、作业环境差的影响，将弹性短轨枕道床全部凿除再浇注新的道床存在干扰正常行车的风险，一般不予推荐采用。

针对运营过程中出现的这些病害，在充分利用既有道床结构的基础上，要整治病害，首先要解决套靴与混凝土结合面的密封问题。因此，避免空吊和阻隔水的浸入是解决方案的关键，要避免空吊和阻隔水，必须将拆除套靴后的道床坑用树脂砂浆进行填充，通过新旧混凝土之间的黏结解决结合面的密封问题。

2.1 整治设计

由于既有弹性短轨枕轨道属于中等减振轨道，为了提高轨道设备的整体质量和技术水平，同时不改变原有轨道结构的减振性能，根据原环评报告中相应的减振需求，武汉地铁1号线试验段采用了双层非线性减振扣件进行原位换铺的整治方案。双层非线性减振扣件的原位换铺整治方案需要将橡胶套靴及短轨枕全部拆除，同时在拆除橡胶套靴后形成的道床坑中恢复双层非线性减振扣件整体道床结构。根据原设计要求，拆除橡胶套靴后的道床坑底部尺寸为618 mm（长）×304 mm（宽）×148 mm（深）。整治设计方案如下。

（1）方案1，预制短轨枕方案。在道床坑中采用预制短轨枕结构，预制短轨枕尺寸比既有弹性短轨枕尺寸要稍小，内部设构造钢筋，并预埋塑料套管，混凝土强度等级为C50，底部设预埋钢筋钩，以加强短轨枕与道床之间的联结。

（2）方案2，扣件直埋式方案。将预埋塑料套管与双层非线性减振扣件锚固螺栓拧紧后直接吊装在钢轨上并在道床坑中布置钢筋网片，轨道精调到位后，在道床坑中直接灌注树脂砂浆。

以上2种方案都需要对道床坑进行凿毛和植筋处理。方案2对施工精度的要求较高、进度较慢，同时施工不当时容易引起预埋塑料套管的歪斜、扣件垫板的空吊以及垫板被砂浆埋没、污染等现象，容易留下运营安全隐患。考虑既有线改造时天窗时间短、功效低的特点，推荐采用方案1。方案1一方面可以提高施工精度，另一方面可以提高施工效率，达到尽快恢复线路轨道良好状态的目的。

2.2 整治施工

根据既有线改造的特点，推荐采用“无缝线路解体，拆除既有轨枕及套靴、植筋、原位换铺扣件及轨枕、灌注砂浆”的施工方法进行弹性短轨枕轨道病害整治施工。

（1）无缝线路应力放散，分解为有缝线路。将病害整治地段既有无缝线路进行应力放散，将线路扣件全部松开，使应力达到现场施工时的轨温。再将单元轨节按现场实际焊头位置切割成25 m 标准轨或相应缩短轨，对焊头处进行打磨处理，轨端钻孔后用冻结接头夹板连接，恢复原扣件系统，最后安装回流线，形成有缝线路（图5）。

图5 无缝线路分解为有缝线路

（2）拔出既有短轨枕、拆除套靴。采用“隔三换一”的原则进行换铺双层非线性减振扣件（图6），作业长度根据夜间施工能力决定，宜以25 m 作为1个工作单元，保证更换的轨枕至少1天后可以承重，循环作业并完成更换轨枕。拆除当天施工段钢轨两端的接头夹板，按照“隔一拆三”的原则拆除当天不更换段落的扣件，用齿条式起道机将钢轨抬高250 mm，弹性套靴式短轨枕随着钢轨的抬高被拔出道床。再用短木枕头垫在钢轨下，并用扁钢垫在被拔出的短轨枕下方，使其不下落。拆除被拔出的弹性套靴式短轨枕及扣件，并使用风镐或人工凿除弹性套靴，清理道床坑内杂物。

图6 “隔三换一”平面布置图

（3）道床坑凿毛、安装短轨枕、减振扣件。为保证与原有道床连接牢固，在弹性短轨枕的道床坑位置四周进行凿毛处理（图7），用吸尘器将钻孔内灰尘清理干净，取出短木枕，利用专用吸尘器将道床坑再次清理干净，钢轨复位，安装减振扣件、短轨枕及接头夹板。

图7 道床坑四周凿毛

图8 灌注砂浆

（4）钻孔、清孔、植筋并恢复线路。在原弹性短轨枕的道床坑位置四周植入锚固钢筋，植筋采用直径12 mm 的 HRB400级钢筋，植筋深度不小于100 mm，露出道床坑底面70 mm，植筋应避开既有道床纵向钢筋。

（5）吸尘、灌注砂浆。利用专用吸尘器将已经安装好的短轨枕内的基坑再次清理干净，将拌制好的树脂砂浆从一侧倒入道床坑内，使其从轨枕一侧流入另一侧，便于排除短轨枕基坑四周内的空气，并与原道床面平齐。

（6）道床养生、钢轨临时支护。待填充砂浆初凝2 h 后，拆除减振扣件弹条及轨下垫板，使换铺后的短轨枕处于不承重状态，为加强运营线路的轨道平顺性，沿钢轨方向在换铺短轨枕前后采用短木枕临时支承钢轨，并在适当位置安装轨距拉杆。

（7）钢轨焊接、应力放散。直接利用既有钢轨进行焊接，焊接采用铝热焊。提前拆除扣件，将轨端的眼孔及既有焊缝用锯轨机锯开，并进行轨头打磨工作后再进行钢轨焊接。待本段钢轨焊接完成后，在封锁点内拆除扣件，进行应力放散，并采用“连入法”完成已放散锁定线路和既有无缝线路的连接。

2.3 整治效果

为了验证整治技术方案的效果，先期开展了试验段的整治实施，试验段位于武汉地铁1号线东吴大道站—五环大道站区间右 WK0+711～右 WK0+810半径为350 m的曲线范围，试验段范围的既有轨道主要技术条件为： U75V60 kg/m 钢轨、WJ-2型扣件、弹性短轨枕（短轨枕+块下胶垫+橡胶套靴）、纵向承轨台式整体道床（4枕/台）、轨枕铺设间距600 mm、曲线超高120 mm。

试验段范围的弹性套靴大部分出现了与道床的剥离，最大离缝值达15 mm，对此，采用“预制短轨枕+双层非线性减振扣件”的换铺方案于2015年7月完成了整治，整治后的轨道经过近一年的运营考验表明，弹性短轨枕轨道病害整治方案可实施性强，整治后的轨道几何状态保持能力得到明显提高，为武汉地铁1号线后续弹性短轨枕轨道大规模的整治实施提供了宝贵经验。

3 结束语

从实际运营和实践经验来看，弹性短轨枕轨道的减振效果和结构性能对施工及运营维护质量的依赖程度较高，若施工中存在弹性套靴及枕下垫板绑扎不密贴，或套靴中夹入杂物、水，或运营维护不及时，则不仅会削弱轨道的减振性能，而且易产生轨枕松动、轨距异常、道床翻浆等病害；针对既有运营线的弹性短轨枕轨道出现这些病害时，在不中断运营行车的前提下，整治实施时应重点解决套靴与混凝土结合面的密封问题。从武汉地铁1号线试验段的整治效果反馈可知，采用“双层非线性减振扣件+预制短轨枕”的整治技术方案在一定程度上可以较好地解决弹性短轨枕轨道的病害问题，可供同类工程参考。

[1] 中铁第四勘察设计院集团有限公司．武汉市轨道交通1号线弹性短轨枕轨道改造施工图[G]．湖北武汉：中铁第四勘察设计院集团有限公司，2015．

[2] 郭积程．城轨交通轨道减振设计分析[J]. 现代城市轨道交通，2010（5）．

[3] 中铁第四勘察设计院集团有限公司．地铁运营线路的轨道养护维修技术研究[R]．湖北武汉：中铁第四勘察设计院集团有限公司，2015．

[4] 郭春华．地铁运营线路既有弹性短轨枕扣件地段更换Vanguard（先锋）扣件施工工艺[J]. 科技传播，2013（2）：135．

[5] 郭积程．预制浮置板道床在武汉地铁中的应用[J]. 现代城市轨道交通，2015（3）．

责任编辑 朱开明

Study of Track Defect on Resilient Short Sleeper and Remediation Technology on
Wuhan Metro Line1

Guo Jicheng

Aiming at the typical defects occurred on resilient short sleeper track of Wuhan metro line1, the paper introduces the defect causes, finds out the key to solve the problems. By taking into consideration of the practice of the test section maintenance, the paper puts forward the fundamental remediation technology solution for resilient short sleeper track defects, in order to help to guide the metro maintenance.

metro, resilient short sleeper, defect treatment

U239

2016-05-03

郭积程（1985—），男，工程师