高速铁路CRTSⅡ板式无砟轨道嵌缝修复整治技术探讨

孔庆尧 中国铁路上海局集团有限公司上海工务段

1 概况

上海工务段地处华东地区，管辖京沪高无砟轨道区段总长233.115 km，其中路基地段9.915 km，占到无砟区段总里程的4.25%。正线轨道结构形式为CRTSⅡ型板式无砟轨道，岔区采用道岔板式无砟轨道。随着高铁运营速度及密度运量的不断增加，路基地段的CRTSⅡ型板式无砟轨道（结构形式如图1所示）封闭层嵌缝材料逐渐出现不同程度的伤损，老化、碎裂、脱落等劣化病害情况较为严重达到5 km,其中：轨道板接缝开裂765处，造成CA砂浆流失轨道板冒浆459处，对高铁轨道板的稳定性及平稳性埋下了极大安全隐患。

图1 路基地段CRTSⅡ型板式无砟轨道断面图

2 病害原因分析

（1）材料及轨道结构性能影响

CRTSⅡ板封闭层原嵌缝沥青材料稳定性较差，容易出现老化、变脆现象，部分老化后已脱落（如图2所示），失去防水能力；加上路基基床表层人自坡设计坡度较小，仅为0.5%，且两线间的集水井因风沙落叶杂草影响部分出现排水不畅。

当遇到长期降雨时，地表水排水不畅，雨水不能及时排出，即地表水滞留在两线间。两线间路肩封闭层大量已经老化的横向伸缩缝，雨水便渗入到混凝土底座下部的级配碎石层中。

（2）列车动载影响

轨道板与砂浆层及底座板为整体连接承载结构。在列车活载作用下，对轨道板产生的震动，导致轨道板与沥青砂浆层发生离缝，离缝后加上雨水的侵入，加速了轨道板与沥青砂浆层、沥青砂浆层与底座板之间离缝的发展。目前京沪高铁运营年限逐步增加，复兴号上线运营及提速后动力学效应更加凸显。

（3）轨道板温度荷载影响

跟据现场观测，轨道板白天温度板面温度高于板底温度，凌晨板面温度低于板底温度；受这两种相反的温度梯度影响，则易引起轨道板与沥青砂浆层、沥青砂浆层与底座之间产生离缝或离缝扩大。在夏季极端温度作用下，轨道板内集聚大量的温度应力更容易造成轨道板与砂浆层间的粘结破坏，发生上拱变形。2013年长三角地区气温均在38℃以上，2017年更是达到了40℃以上，造成大面积的砂浆离缝，甚至轨道板上拱。

（4）施工过程因素影响

施工过程中，先灌浆再轨道板纵向张拉连接，可能导致轨道板与砂浆层连接处产生破坏；甚至现场存在个别张拉锁件缺失或安装不到位的情况，另浇筑砂浆时温度过高或过低；砂浆层在灌注时未达到凝固状态或灌注不饱满，出现砂浆层孔洞，也易造成雨水渗入侵蚀。

图2 路基地段封闭层原来嵌缝材料老化、脱落情况

综上所述，路基地段CRTSⅡ板封闭层原嵌缝失效的主要原因有材料结构性能不稳定、列车动荷载、轨道板温度荷载变化、施工过程控制等造成。

3 CRTSⅡ板封闭层原嵌缝整治方案

3.1 施工材料、工艺选择

CRTSⅡ板封闭层嵌缝材料整治的要求是：通过修复材料，对线间混凝土填充层纵或横向线间失效的嵌缝进行重新封堵，避免水渗入路基本体或砂浆层内，减少水害影响，改善基床和砂浆层环境，遏制基床翻浆等病害的发展。

目前我段高速铁路的天窗时间普遍为夜间，时长为3 h至4 h，而考虑到实际嵌缝整治的施工地点较为分散，需整治的位置不集中。为适应现场工况环境，提高施工效率，整治工作还应满足以下要求：

（1）修复材料需要有在夜间相对较低温度环境下固化并保持良好状态的性能。

（2）修复材料便于携带，修复工艺简单易学。

（3）修复材料在封堵完成后，能在较长时间内保持优良的性能，防止二次破损的发生。

硅酮结构胶的基本成分是羟端基二有机硅氧烷聚合物和多官能硅氧烷交联剂，同时添加催化剂、补强剂、增粘剂、颜料及辅助调节剂等，经复配、混合、均化成在室温湿气（或双组分混合）下能缩合固化的液体硅橡胶，有以下性能特点：

①优异的耐老化性能,使用寿命远优于同类密封材料。

②极好的柔韧性,断裂伸长率高达800%,可以完全适应因温度变化导致的离缝宽度变化。

③与基体的粘结性好,从而保证具有较好的防水性能。

④环境适应性好,高温不流淌,低温柔韧性好,湿粘结强度高。

由于硅酮固化反应受温度影响较小，低温下也可正常固化，符合高铁线路夜间天窗的作业要求，且与早先使用的沥青类嵌缝胶材料相比，硅酮的力学性能更好，耐老化性能优异，不仅能有效解决无砟轨道封闭层嵌缝开裂等病害，今后二次开裂的可能性也较低，因此采取硅酮结构胶进行修复整治。

3.2 整治流程

（1）基面处理及嵌缝加工

对失效嵌缝进行清理和加工，并按要求对嵌缝进行打磨加工使见新面，清理出原嵌缝填充材料，使其宽度和深度满足图3至图6的尺寸要求。

图3 线间轨道板与封闭层间嵌缝尺寸

图4 线间集水井与封闭层间嵌缝尺寸

图5 支承层与路肩封闭层嵌缝尺寸图

图6 线间用C25混凝土封闭，沿线路方向每5 m横向缝嵌缝尺寸图

（2）界面剂涂刷

将缝内混凝土表面的灰尘、浮浆等杂物清理干净，并涂刷专用界面剂，涂刷界面剂应薄层均匀，如图7所示。

（3）嵌缝两侧防污染处理

在接缝两侧混凝土粘结防护胶带，防止施工过程中污染混凝土，如图8所示。

图7 涂刷界面剂

图8 混凝土表面防护

（4）硅酮嵌缝材料灌注

用胶枪将嵌缝材料缓慢注入至接缝内，确保嵌缝材料连续饱满，内部无气孔或空洞，如图9所示。

图9 灌注嵌缝材料

图10 表面抹平、挤压密实

（5）表面抹平、挤压密实

使用硅酮嵌缝材料时，灌注后，用刮刀匀压整修嵌缝材料外形，确保表面平滑，无气眼和缺陷，如图10所示。

（6）成品防护及场地清理

嵌缝施工完成后，立即清理施工机具，运走施工杂物，拆除防护胶带的同时防止施工人员踩踏嵌缝。清理施工现场，如图11所示。

图11 拆除防护胶带、清理施工现场

（7）注意事项

①CRTSⅡ板式无砟轨道是一种纵连结构，在极端气温下轨道结构应力强大，应本着“严检慎修”的原则选择合适的温度进行整治。施工适宜温度5℃～30℃，避免在雨雪天施工，影响质量，整治前应对缝内进行清理，保证嵌缝整治范围内干燥、清洁、无灰尘。

②整治时应注意工序安排，避免因工序不当影响整治质量。尤其在填密封材料灌注前应对轨道结构进行防污染处理，且应用刷子在接缝两侧均匀涂刷界面剂，待干30 min以后再灌注密封材料。

③嵌缝整治是一个系统工程，应一次性彻底消除隐患，灌注时，灌注速度要缓慢均匀，避免产生气泡、空洞，造成次生病害。

4 整治效果

按照上述方案对路基地段CRTSⅡ轨道板封闭层嵌缝损伤进行整治，后期通过对底座板层端部进行测量，发现注浆后底座板在列车通过时上下振动起伏幅度只有0.10 mm左右，且没有发现新的翻浆现象，可见该区段整治效果明显。通过动轨检分析系统对比动检车的峰值高低及长波病害有所减少，轨道几何不平顺得到一定改善。该维修方案切实可行，效果良好。

高速铁路路基病害的形成过程较为复杂，不仅受温度、荷载、施工因素影响，同时与日常管理养护修复及时性相关联，以防止各种病害进一步发生发展。对于高速铁路路基病害的整治，在判明成因的基础上，针对关键因素确定相应的施工方案，做到因地制宜，有的放矢，及时进行予防性整治，一定能取得理想的效果