高速铁路无砟轨道裂纹分析及处理方法研究

高健勋

摘 要：无砟轨道裂纹通常发生在路基、桥梁、隧道地段，沪昆客专云南段施工过程中路基段落裂纹较为突出。下面将对路基段、桥梁段、隧道段有代表性的无砟轨道裂纹表现形式、主要原因分析和采取的预防措施进行分析研究。

关键词：高速铁路；无砟轨道；裂纹；研究

前言

无砟轨道是客运专线铁路重要工程结构，是核心建造技术之一，工程质量直接决定客运专线铁路的安全性、舒适性和耐久性。无砟轨道的制造与施工铺设技术复杂，精度要求高，无砟轨道的建设必须推行标准化管理，按照工厂化、机械化、专业化、信息化的要求组织实施，但还是有部分路基段落产生裂纹。本文将介绍作业过程中如何有效控制裂纹产生及处理方法，提高无砟轨道施工作业质量，减少运营过程中的病害。

1 工程概况

新建长沙至昆明铁路客运专线云南段线路由贵州盘县进入云南省境内后，经富源北、曲靖北、嵩明站最终到达昆明南，沿线设富源北、曲靖北、嵩明中间站。该段线路正线建筑长度177.307km，其中区间路基48.916km，站场路基长度5.306km，共54.222km，占线路长度30.581%；正线桥梁129座-60.688km，占线路长度34.228%；涵洞130座，地道1座；正线隧道40座-62.536km，占正线建筑长度35.270%；正线桥隧比69.497%。正线为客运专线铁路，按一次铺设跨区间无缝线路设计。正线及与正线相邻的到发线均铺设CRTS I型双块式无砟轨道，岔区铺设轨枕埋入式无砟轨道。

CRTS Ⅰ型双块式无砟轨道自上而下由钢轨、扣件、轨枕、道床板、底座（支承层）组成。其中路基和隧道地段道床板采用连续结构，桥梁地段采用单元式结构。轨道结构高度见表1。

路基、桥梁、隧道均为CRTSⅠ型双块式无砟轨道结构，由60kg/m钢轨、WJ-8B扣件、SK-2型双块式轨枕、道床板、支承层（或底座）等组成。道床板采用C40钢筋混凝土，现场浇筑。路基地段道床板连续浇筑，道床板的宽度均为2800mm，高度为260mm。支承层优先采用水硬性混合料进行机械化作业，困难条件下亦可采用低塑性水泥混凝土，支承层宽度为3400mm，厚度为300mm，支承层两侧设置3：1的斜坡。

2 裂纹产生原因分析

（1）支承层在3.9m假缝处往下面开裂。

设计图纸要求在路基支承层每隔3.9m锯一道10.5mm深的伸缩缝（假缝），在支承层混凝土浇筑完成其上部的道床板混凝土也浇筑完成的14天后，在支承层伸缩缝的下部会出现0.5mm-1.0mm宽的裂纹，深度不一，如图1所示。

其主要原因：一是设计图纸要求，支承层结构应当使用水硬性材料采用摊铺机摊铺，或者采用低塑性混凝土模筑，但是有些施工单位在某些路基地段，使用普通C20混凝土简单地代替低塑性混凝土模筑。低塑性混凝土理论配合比设计胶材总量185kg/m3，用水量126kg/m3，坍落度50mm；普通C20混凝土理论配合比设计胶材总量310kg/m3，用水量156kg/m3，坍落度160mm。两者相比胶材总量几乎翻番，坍落度大大增加，无疑增加了混凝土内部收缩量和收缩时间。二是伸缩缝锯缝后没有进行很好的冲洗、清理和保护，道床板混凝土浇筑时水泥浆可能透过无纺布下渗堵塞伸缩缝，造成伸缩缝失效或者不能有效发挥伸缩缝的功能。

（2）道床板表面出现竖向和横向贯通裂纹。

道床板表面出现竖向和横向裂纹，横向贯通裂纹在路基段道床板表面数量最多，相比较路基段落来说，桥梁段和隧道段无砟轨道裂纹偏少。因此路基段道床板表面竖向、横向裂纹和横向贯通裂纹是整治重点。道床板表面的竖向裂纹宽度一般在0.2-0.4mm，深度在50mm-150mm居多。道床板表面横向裂纹较多，分布范围较广，有贯通的也有不贯通的，宽度一般在0.5mm左右。

道床板表面在竖向和横向出现裂纹，从理论上分析是轨枕中間的混凝土在释放应力过程中，受到轨枕间钢筋骨架横梁的约束，首先在轨枕两侧产生横向裂纹，沿着轨枕边缘向外扩展，较严重地会在横向两轨枕之间贯通，形成横向和竖向贯通裂纹。裂纹深度有深有浅，因为道床板侧面约束最小，因此在道床板侧面裂纹表现得最宽、最严重。

除了轨枕间钢筋骨架的约束和不可避免的混凝土内部温度应力、收缩应力，影响道床板表面裂纹产生外，施工过程中混凝土制拌过程中，胶材总量大于400kg，为了满足抹面和泵送要求，将水灰比和坍落度人为加大，造成混凝土收缩量增加，加大了裂纹出现的概率。抹面工人熟练程度不高、人数不够，不按照技术交底要求，使用木抹、钢抹交互抹面，不及时松开扣件，不认真进行覆盖洒水养护，都有可能诱发裂纹的产生和加剧。

（3）轨枕四周45度角裂纹、八字裂纹和道床板表面龟裂，道床板表面出现不规则的龟裂，主要表现在曲线地段，在路基、隧道曲线段都会不同程度出现，裂纹呈不规则闭合状，缝宽在0.2mm左右。轨枕四周出现45度角裂纹，或者两根轨枕都出现45度角裂纹，形成俗称的“八字”裂纹。“八字”裂纹或45度角裂纹一般宽度都在0.2mm左右，长度在20cm左右，对道床板结构和运营安全影响不大。“八字”裂纹或45度角裂纹产生原因，主要是在道床板混凝土浇筑前，没有很好地用喷雾器洒水将轨枕块湿润，道床板混凝土抹面和扣件放松、养护不到位所造成。

道床板表面龟裂的出现，主要原因在于曲线超高段低处未进行“之”字形布料，低处的混凝土靠流动而成，加上混凝土坍落度过大，水泥浆聚集在此，表层浮浆大于10mm，加上不能及时养护于是表面在终凝后很快形成了龟裂。

（4）隧道内无砟轨道床表面的裂纹本身就不多，只要施工单位加强现场施工组织，按照无砟轨道首件评估总结的工艺工法标准化施做，基本上可以杜绝无砟道床表面裂纹的产生。产生的主要原因在于施工单位在道床板混凝土浇筑前2小时未对轨枕进行充分的洒水湿润，不重视对轨枕块四周的抹光处理，认为隧道内部温度不高、处于较恒温状态，忽视了隧道贯通后风速较大的影响，不注意或者没有进行足够的覆盖洒水养护。

3 裂纹伤损判定

根據TG/GW115-2012《高速铁路无砟轨道线路维修规则（试行）》，双块式无砟轨道伤损等级分为Ⅰ级、Ⅱ级、Ⅲ级，第3.3.7条规定；对Ⅰ级伤损应做好记录，对Ⅱ级伤损应列入维修计划并适时进行修补，对Ⅲ级伤损应及时修补。

4 裂纹预防措施

（1）支承层裂纹的预防措施：一是建设单位、监理单位、介入单位和施工单位，必须按照设计图纸要求，使用低塑性的混凝土模筑或摊铺机摊铺。二是伸缩缝锯开之后一定要将杂物清理干净，采取合适的材料对伸缩缝保护，一定要对保护材料进行固定（施工过程没有很好的固定）。

（2）桥梁段无砟轨道采取的重要预防措施。预防“八字”裂纹或45度角裂纹发生的主要措施在于加强现场施工组织和现场管理，严格按工艺工法施作。

（3）道床板表面出现横向和竖向贯通裂纹已被认为是一种具有特征性的不可避免现象，但是通过对道床板混凝土拌制质量的控制，贯彻“三低一高”（低胶材数量、低水灰比、低坍落度、高含气量）原则，加强现场施工组织和技术交底、技术培训，保证支承层与道床板混凝土浇筑时间大于30天，提高道床板混凝土养护质量，可以有效地减少裂纹产生数量，减缓道床板表面混凝土裂纹发展。

（4）离缝的预防措施。无砟轨道采用的CRTSⅠ型双块式轨枕都是提前预制，后浇筑道床板混凝土和轨枕形成无砟轨道道床板结构。由于轨枕混凝土收缩已经完成，其外型尺寸和体积基本上是不变的，而道床板混凝土由于水化作用产生温度应力，凝固过程中产生收缩，加上轨枕与道床板接触面都是光面，无法有效连接，因而从理论上讲收缩不一样就不可避免地在界面上产生了裂纹，表现在轨枕四周与道床板之间形成了“离缝”。加强道床板混凝土质量控制，要求抹面压光时对轨枕块四周的加强抹面，还是能够有效减少“离缝”产生的。

5 整治方法

根据无砟轨道结构特点、无砟道床混凝土裂缝性质和裂缝伤损等级，混凝土裂缝修补方法可分为表面封闭法、无压注浆法和低压注浆法。

5.1 表面封闭法

（1）用于表面封闭的涂层材料宜采用聚合物水泥基材。

（2）底层材料可采用高聚合物乳液含量的聚合物水泥基材料。

5.2 无压注浆法

无压注浆法修补混凝土裂缝应采用低黏度树脂材料，低黏度树脂材料性能应满足相关技术要求。

5.3 低压注浆法

（1）低压注浆法修补混凝土裂缝宜采用满足技术要求的树脂材料。

（2）封缝材料可采用聚合物快硬水泥浆、专用封缝材料或专用封缝带等。

6 实施效果

沪昆客专云南段无砟轨道首件实施单位为中铁三局四标段，通过养护措施、混凝土坍落度控制、温度变化控制、凹槽四角安装防裂钢筋、控制保护层厚度、假缝处切缝时间合理控制等措施，使沪昆客专云南段其他标段无砟轨道作业质量得到显著提高，均未出现返工及质量不合格现象，三标段中铁十二局的无砟轨道施工质量得到铁路总公司的高度评价并在全路推广借鉴，特别是裂纹修补技术更是得到充分认可，全部段落在静动态验收过程中全部评定为优。

7 结束语

根据裂纹产生的各种原因及机理，结合沪昆线的环境特征，采取加强施工过程、原材料、工艺工法的控制，严格执行技术标准，有效减少了无砟轨道裂纹产生的数量及概率。

参考文献

[1]TB10621-2009.高速铁路设计规范（试行）[S].

[2]TB10621-2014.高速铁路设计规范[S].

[3]新建时速300～350公里客运专线铁路设计暂行规定[Z].

[4]高速铁路CRTSI型双块式无砟轨道（通线〔2011〕2351）[Z].

[5]高速铁路轨道工程施工技术指南（铁建设〔2010〕241号）[Z].

[6]高速铁路混凝土工程施工技术指南（铁建设〔2010〕241号）[Z].