CRTSⅠ型无砟轨道板预应力钢棒断裂修复施工探讨

2018-07-23中国铁路上海局集团有限公司上海高铁维修段

上海铁道增刊 2018年2期

徐健中国铁路上海局集团有限公司上海高铁维修段

1 前言

为了提高刚度和承载力，我国目前所采用的CRTSⅠ型无砟轨道板通过在轨道板的横向和纵向配置预应力钢棒来施加预应力。然而在实际运行使用过程中，动车组列车高速通行，会对对轨道板产生复杂的反复荷载作用，导致部分预应力钢棒断裂失效并窜出，进而导致轨道板在预应力钢棒的端部锚固区开裂，影响轨道板使用的耐久性，典型的开裂破坏如图1所示。同时预应力钢棒断裂使得轨道板的预压应力损失，因此轨道板的结构受力性能发生改变。从工程设计角度来看，由于轨道板有较大的设计强度冗余，因此轨道板仍具有足够的承载力以保证列车的正常运行，不会对列车的安全性造成影响。但为了保证轨道板的使用寿命，及时对断裂预应力钢棒的轨道板进行防护和修复显得尤为重要。

有关学者和专家对上述问题进行了详细的研究和探讨，本文则在简要介绍预应力钢棒断裂防护和修复施工流程的基础上，基于沪宁城际线实际的施工经验，详细探讨了施工流程中需要注意的问题，对修复时钢绞线的张拉顺序进行了讨论，并针对需要注意的问题提出了改进意见。

图1 典型的钢棒断裂导致局部破坏示意图

2 修复施工流程介绍

轨道板原先配置的横向和纵向预应力钢棒施工工艺复杂，而现场修复只能利用夜晚列车停止运行的天窗期作业，因此在断裂钢棒修复时，采用工艺较为简单的预应力钢绞线代替原先的钢棒，轨道板横向和纵向预应力钢棒修复的工艺相同，工艺分为七个步骤，具体的修复施工流程如图2所示：

图2 钢棒断裂修复施工工艺流程图

由于在实际施工过程中轨道板之间的纵向间距较小（仅有70 mm，如图1所示），机械张拉的作业面空间不够，因此在修复纵向预应力钢棒时采用套筒扳手通过旋动螺母进行人工张拉（如图3所示），通过伸长量的测量控制使得拉力到达预定值，而在修复横向预应力钢棒时则采用液压机器张拉。钢棒断裂修复施工主要环节的现场施工情况如图3。

图3 主要环节的现场施工情况

另外由于预应力钢棒断裂失效时会释放出巨大的能量，会窜出破坏端部锚固区的混凝土，进而影响列车的行驶安全。因此在轨道板横向端部（预应力钢板端部锚固区位置）需要放置一块槽钢，防止预应力钢棒断裂时端部锚固区混凝土飞出砸到运行列车。在横向钢棒断裂修复施工完成后要及时将该槽钢安装上去，并确保安装的牢固性。

3 注意问题及改进建议

由于施工时间的限制，如图2所示的现场修复工艺流程较为简单，然而为了确保短时间内轨道板达到较好的修复效果，同时确保在修复过程中不造成二次破坏，在实际施工中对应每个环节都有一些需要注意的问题，具体改进意见如下：

（1）凿开锚穴环节。在本环节需注意在凿开锚穴的过程中不要因为用力过大而对锚穴周边的轨道板造成二次破坏，因此建议采用人工破除的方式进行开凿，尽量减小开凿对轨道板的影响。

（2）抽出钢棒环节。在本环节需注意在截断钢棒分节取出的过程中要避免乙炔切割产生的高温对旁边轨道的影响，因此建议采用常温机械切割的方式进行切割，尽量减小高温对轨道的影响。

（3）清理锚穴环节。在本环节需注意检查锚穴内是否有水分，如有则需要完全清理干净，由于施工时间限制，因此建议采用高效干燥剂进行水分清理，尽量减少锚穴内水分对钢绞线的腐蚀。

（4）注入油脂环节。在本环节需注意使油脂均匀涂抹在护套孔道的内壁，由于孔道是水平的，油脂不易进去，因此建议采用压力较大的黄油枪进行油脂注入，尽量使得油脂在护套孔内覆盖均匀。

（5）穿钢绞线环节。在本环节需注意在钢绞线从护套孔道另一端穿出时，避免孔道内被挤出的油脂污染锚穴，因此建议在另一端设置专门的导管引流被挤出的油脂，尽量减小挤出油脂对锚穴的污染。

（6）应力张拉环节。在本环节需注意在钢绞线张拉时控制好张拉应力，尤其是纵向钢棒修复时采用的是人工张拉，因此建议规范人工张拉流程，严格控制张拉量，尽量不改变轨道板原有受力特性。

（7）封锚养护环节。在本环节需注意留足最后的封锚时间，避免封锚后砂浆强度还未到达设计值列车便开始运行，因此建议在砂浆中加入早强剂等掺合料，尽量减少封锚砂浆形成一定强度的时间。

与此同时，在端部锚具放置的地方要注意开凿的平整以及锚具放置的平整，避免在张拉或者后期使用过程中由于应力集中造成锚具周围混凝土的剪切破坏。

4 张拉顺序和效果的讨论

由预应力施工方法可知，在进行预应力张拉时应遵循对称张拉的原则，而对于轨道板的预应力张拉顺序如图4所示，其中平面图中所标注的数字为横向预应力钢棒的张拉顺序，剖面图中所标注的数字为纵向预应力钢棒的张拉顺序。横向方式为单端张拉，纵向张拉方式为双向同步张拉。

图4 轨道板的预应力张拉顺序

因此在预应力钢棒断裂修复施工过程中也要考虑修复的顺序，建议按照图4中轨道板的预应力张拉顺序进行修复张拉，同时在张拉过程中应严格控制预应力的大小。避免修复张拉的顺序以及张拉力过大或者过小对轨道板的受力产生影响。

另外轨道板预应力钢棒断裂修复施工过程中仅对预应力钢棒断裂的地方进行替换修复，因此修复后的轨道板由先前完好的预应力钢棒和现在替换的预应力钢绞线提供预应力共同工作。然而预应力钢棒和预应力钢绞线两者的材料性能不同，两者锚固的方式也不同，两者放置的时间也不同。因此修复替换后的轨道板和未替换修复的轨道板之间的受力性能差别有多大不得而知，因此作者认为该修复方法的有效性需要进行深入的科学验证。就现阶段而言，可在修复施工过程中在替换的钢绞线上放置应力传感器，监测修复后的钢绞线的受力情况，进而可以获知修复后的轨道板的受力特性。