高速铁路无砟轨道主要病害分析与无损检测

吴恒吉

中国铁路武汉局集团有限公司武汉高铁工务段，湖北武汉 430080

高速铁路的正常运营中，日常维护与检修是必不可少的工作。无砟轨道直接承载着高速铁路的冲击，所以其质量直接关系到列车的运行安全。另外，无砟轨道的线路铺设较长，检测过程也较为繁琐，很容易出现空隙、不密实以及裂缝等问题。特别是混凝土内部的裂缝，往往是毫米级别，从外部很难用肉眼发现，必须借助专业的检测仪器来进行检测。一些小的缝隙和空隙在超过时速200km的列车冲击下，很可能会引发安全事故。所以，为了列车的运行安全，必须针对性的对无砟轨道进行无损检测，及时发现存在的问题，并且采取相应的治理措施，以此来保障无碴轨道的质量。

1 无砟轨道病害产生的主要原因

当前我国无砟轨道主要是板式和双块式两种，其中双块式的应用最为广泛。从我国的实际情况来看，无砟轨道产生病害的主要原因有基床层裂缝、混凝土内部存在气泡、轨道板裂缝和底座破碎等。无砟轨道的病害原因较多，只有针对性的从发生位置、发生原因和危害入手进行分析，才能更好的进行预防。具体而言，无砟轨道常见的病害及产生原因如下。

1.1 轨道板表层空隙

无砟轨道在施工的过程中由于配件不合格和施工工艺等问题，很可能造成轨道板表层的空隙，这一问题导致的结果就是产生贯穿性的裂缝，整体的无砟轨道承载负荷的能力大幅度降低。

1.2 轨道板内层不密实

如果施工的过程中配筋的粗细不一致或者出现错位等情况，会导致混凝土的振捣缺欠，这时整个轨道板的内层就会存在缝隙、孔洞等现象，进而使轨道板出现破损情况，极大降低其承载能力。

1.3 底座表面不平整

如果无砟轨道的底座下层出现磨损或者找平不符合要求，就会出现底座表面不平整的问题，进而使轨道板的整体和底座出现裂缝和损坏，无法正常使用。

1.4 支持层与轨道层空隙

在进行凿毛、干缩和去渣时，如果轨道板没有进行销钉抗剪，那么整个无砟轨道的支撑层与轨道层之间就会出现裂缝，使整体的承载能力变差，而且轨道的变形会较大，很可能出现破裂的问题。

2 无砟轨道无损检测方法的选择

高速铁路无砟轨道常用的检测方法有地质雷达法、瞬变电磁法、超声回弹法和探测仪检测法4种，不同检测方法的效果和特点不同，因此要根据实际的需求来选择无损检测的方法。超声回弹法主要适用于测量混凝土的抗压强度，利用声音的回弹值来建立起相应的模型，测量的精度较高，而且受环境因素影响较小。但是，高速铁路无砟轨道中不仅仅有混凝土结构，所以超声回弹法有一定的限制。瞬变电磁法是利用脉冲磁场来进行涡流感应，该种检测的效率较高，而且敏感度较强，对于表面检测和探测工作的结合有着较大的作用。然而，瞬变电磁法也有自身的限制存在，当周边有金属结构时，很容易影响到检测的准确性，因为金属结构件会直接影响到电磁感应。结合高速铁路的无碴轨道而言，内部配筋是必然存在的，所以一些结构件的检测就无法使用瞬变电磁法。混凝土钢筋探测仪主要是用于检测混凝土和钢筋的腐蚀程度，对于混凝土内部的钢筋分布判断及当前状态分析有着较大的作用。在高速铁路的无碴轨道无损检测中，支撑层不可以用该仪器进行检测，其他钢筋混凝土结合部位均可以用该仪器进行无损检测。

一般而言，检测混凝土是否存在内部气泡、准确定位无砟轨道病害位置和钢筋是否存在错位情况等问题，常用地质雷达法来进行检测，这种方法可以快速的定位病害位置，并且精确的判断病害种类，使用也较为方便，所以应用范围十分广泛。地质雷达法属于物理探测法的一种，主要是根据电磁波的发射与接收来判断无砟轨道的内部情况。当发射电磁波之后，电磁波在无砟轨道内部传播的过程中，遇到不同的界面情况会反射或透射出不同的电磁波，接收器根据反射和透射的分析，就可以判断目标在不同界面的情况。而且，地质雷达还可以准确地定位检测位置，所以在高速铁路无砟轨道的无损检测中地质雷达法最为常用。与其他检测方法相比，地质雷达法的综合性更强，而且适用性也更强，它可以检测无砟轨道的各个部位及结构件，还能够实现精准的定位，这也是地质雷达应用最为广泛的根本原因所在。当然，对于一些精密度要求较高的检测，还要将地质雷达法和其他方法结合，根据两者的共同分析来降低检测的误差，可以给维修决策提供更好的依据。在科技的不断发展中，高速铁路无砟轨道的无损检测还可能采用更为先进的方式，其最终结果都是为了提高无损检测的精度和适用性，这样才可以给铁路的稳定运行提供保障。

3 高速铁路无砟轨道无损检测的常见结果

利用地质雷达探测法对高速铁路无砟轨道进行无损检测时，通常是根据电磁波反射出的图像来进行判断，正常的无砟轨道与存在质量缺陷的无砟轨道有着明显的不同，可以直接从反馈的图像中看出两者的差别。而且，地质雷达探测法还可以进行准确的定位，将出现病害的位置准确的找出来，有利于后续的治理措施制定。在下文中，将针对常见的无损检测结果展开分析，探讨高速铁路无砟轨道的病害位置及种类。

3.1 正常无砟轨道

正常的无碴轨道在地质雷达检测反馈的结果中，其砂浆层、基床表层及轨道板之间分界面是十分明显的，而且整体的电磁波光滑平整。另外，轨道板内侧的电磁波反射也十分清晰，配筋粗细均匀一致。这种检测结果就说明了混凝土的内部密实性较好，不存在孔洞和空隙的问题。

3.2 砂浆层的破损与裂缝问题

高速铁路无砟轨道的砂浆层为为支撑层，整个结构都为单纯的混凝土结构，其内部不存在配筋，所以在高速载和的强力冲击下很容易产生震动破损。该结构如果在浇筑的时候振捣不均匀，在后期发生就会发生各类问题。在利用地质雷达法进行探测时，如果反馈出的检测图像存在黑色椭圆虚线圈，则证明支撑层存在裂缝与破损问题。

3.3 轨道板层内部损坏

在施工的过程中，如果施工工艺选择不当或者混凝土施工不到位，轨道板的内部就容易形成裂缝。在使用的过程中，裂缝逐渐发育，最终导致轨道板上下两层的钢筋内部出现欠密实情况，在高速载荷的强力冲击下，轨道板内层的欠密实区域就会逐渐形成空洞和裂缝。利用地质雷达探测法反馈的图像与砂浆层基本类似，均为黑色的椭圆线圈，这就表明在轨道板内部已经出现了损坏。

3.4 轨道板层内部钢筋问题

轨道板层的内部钢筋很可能出现大小不一、位置错位和密实度不够的问题，这都会影响到整个轨道板的受力能力。一旦受到高速载荷的强力冲击，就会出现较大的变形，而且也会因此而产生裂缝。在轨道板层内部钢筋检测时，地质雷达探测反馈图像中，粗钢精和细钢筋的雷达反射情况不同，这就表明了轨道板层的配筋存在缺陷。

3.5 砂浆层和轨道板层之间的问题

在铺设轨道板时，如果施工的过程较长或者砂浆层并未完全清除粉尘，就会导致砂浆层和轨道板层之间产生缝隙。当然，产生缝隙也和混凝土振捣不均匀以及砂浆层的破损等有直接的关系。一旦出现了缝隙，轨道板层和砂浆层就会纵向的产生裂缝，很可能导致裂缝的贯穿。特别是在强降雨或者降雪的天气中，雨水和雪会渗入到裂缝中，而且无法排除。

4 结语

我国高速铁路的发展时间还较短，因此高速铁路无砟轨道的无损检测经验较为匮乏，目前无损检测还没有得到全面的应用，整个系统都属于探索和完善的阶段。由于高速铁路无砟轨道的特性，其内部较小的缺陷也可能引发大的质量问题，因为在高速载荷的强力冲击下，会将较小的内部缺陷放大，一旦积累成质量问题，将会造成较大的影响。而当前我国的高速铁路正处在快速的发展阶段，全国都在如火如荼的开展建设工作，因此，对于质量的把控一定要满足要求。基于此，本文主要是针对无损检测中的地质雷达探测法，着重分析了高速铁路无砟轨道的常见病害位置及病害的种类，结合高速铁路无砟轨道的各类病害种类探讨了可能造成的影响，希望可以给我国高速铁路无砟轨道的无损检测发展提供一定参考。