双块式无砟轨道轨枕伤损病害整治技术及实践

曹永博 中国铁路上海局集团有限公司合肥工务段

双块式无砟轨道是高速铁路无砟轨道的一种主要结构形式,合武高铁作为我国率先开通运营的高速铁路，自2009年4月1日正式运营以来近10年之久，随着运营时间的增长，由于混凝土逐渐老化、结构力变化等造成几座长大隧道铺设的CRTSⅠ型双块式无砟轨道轨枕产生开裂、掉块、破损等病害。本文就CRTSⅠ型双块式无砟轨道轨枕病害整治技术及实践经验进行阐述，为后期同类型病害的整治提供借鉴经验。

1 病害现状

1.1 设备状况

（1）该段高速铁路于2005年开工建设，2009年开通运营，正线线间距4.6 m，最大坡度6‰，设计速度250 km/h。

（2）轨道结构以有砟道床为主，其中在红石埂、金寨和红石岩等三座隧道长大隧道铺设CRTSⅠ型双块式无砟轨道，道床板均采用C40钢筋混凝土，道床板宽2 800 mm，长6 230 mm，轨枕间距625 mm。道床板采用双层配筋，上下层纵横向钢筋均采用直径为20 mm的I级钢筋。下层纵向钢筋为18根，两侧最外侧两根钢筋间距为120 mm，中间16根钢筋间距为156 mm；横向钢筋间距为200 mm，上层纵向钢筋为4根，放在双块式轨枕钢筋桁架上，横向钢筋为两根轨枕间一根。

（3）隧道地段CRTSⅠ型双块式无砟轨道由钢轨、弹性分开式扣件、双块式轨枕、道床板、底板等组成。采用U75V 60 kg/m百米定尺长钢轨，隧道内正线采用潘得路SFC型扣件，轨枕采用肆线-0701型双块式轨枕。

1.2 病害状况

自2013年以来陆续发现合武高铁红石埂、金寨和红石岩三座长大隧道铺设的CRTSⅠ型双块式轨枕不同程度出现轨枕伤损，达十多处，主要形式为轨枕开裂、轨枕掉块、轨枕与轨道板离缝，详见图1、图2。

图1 双块式轨枕掉块

图2 双块式轨枕开裂

2 整治方法

2.1 整治思路

针对轨枕不同类型伤损病害及伤损严重程度，在不破坏原有轨道线型、道床板整体结构的条件下，采取在伤损轨枕左右两侧安装WJ-7型特殊扣件临时处置，或采取在伤损轨枕左右两侧安装WJ-7型特殊扣件以保证列车正常运行的情况下，对伤损轨枕进行局部凿除修理或对严重伤损轨枕进行更换，形成三种整治工艺，并对每种工艺的整治优、缺点进行说明。

2.2 整治方法

方法一：采取WJ-7型特殊调整扣件进行预加固。具体如下：

（1）在伤损的双块式轨枕两侧轨枕盒内安装WJ-7型特殊调整扣件对钢轨进行加固处理。具体在受损轨枕两侧轨枕盒道床板顶面标注出WJ-7型特殊扣件安装位置，用角磨机将道板顶面打磨平整，使其满足扣件安装要求。打磨完成后，平面尺寸不小于550 mm×200 mm。利用模具进行钻孔定位，再用水钻垂直道床板顶面进行钻孔，孔直径63 mm，孔深150 mm，钻孔完成后用水将钻孔清洗干净。用定位模具对套筒进行定位，配制聚合物砂浆对套筒进行预埋，待砂浆硬化达到要求后，安装WJ-7型特殊调高扣件。

WJ-7特殊扣件的布设如图3～5图所示，组装图如图6所示。

图3 平面布置图

图4 A-A横断图

图5 纵断面图

图6 WJ-7特殊调整扣件组装图

（2）对于轻微伤损轨枕病害可采取聚合物材料进行局部修复，防止原伤损轨枕病害进一步发展，延长其使用寿命。

（3）按《WJ-7和WJ-8型特殊调整扣件暂行技术》（TJ/GW132-2015）要求进行定期专项评估。

整治效果分析：

优点：工艺操作简单，可较好适用于伤损较轻的双块式轨枕病害加固处置或用于突发性严重伤损病害的临时应急处置。1个作业天窗便可处置完毕。如图7所示。

缺点：病害本身未得到根治，需按《WJ-7和WJ-8型特殊调整扣件暂行技术》（TJ/GW132-2015）要求需定期进行专项评估，并对特殊调整扣件进行周期性动静态检查。

图7 整治效果图

方法二：采取WJ-7型特殊调整扣件进行预加固，对受损轨枕进行局部凿除、浇筑处理，并更换扣件系统。考虑到双块式轨枕预制工艺的精密，尤其有挡肩轨枕对轨枕局部的修复很难达到厂制效果，故建议更换为无挡肩扣件系统。具体方法：

（1）在伤损的双块式轨枕两侧轨枕盒内安装WJ-7型特殊调整扣件对钢轨进行预加固，具体方法同方法一。

（2）拆除原扣件，凿除伤损轨枕及其前后部分道床板混凝土，凿除宽度和长度与原轨枕底座相同，深度至轨枕底面，凿出的混凝土界面应垂直、水平、粗糙，在凿除的过程中应保留原桁架钢筋。如图8所示。

图8 凿除病害轨枕

（3）制作绑扎钢筋笼，在原轨枕处绑扎钢筋（如图9所示）。并在原扣件处安装WJ-7型扣件。

图9 绑扎钢筋笼

（4）在伤损轨枕周边安装模板，对混凝土界面进行洒水湿润，按比例配制并浇筑聚合物混凝土，振捣后抹面，使混凝土面略高出缓冲垫板底面（3～5）mm，但不得淹没缓冲垫板。如图10、图11所示。

图10 安装模具

图11 浇筑抹面

（5）拆除扣件，对新浇筑混凝土台顶面进行打磨，将多余部分磨除。

（6）待混凝土达到强度后，拆除伤损轨枕前后的WJ-7型特殊扣件，并在新轨枕安装普通WJ-7型扣件。

（7）轨道精调。对轨道线路进行精调，必要时增加轨下调高垫板或平面调整扣件，使轨道平顺，满足运营要求。

整治效果分析：

优点：对于轨枕松动、破损、失效等病害影响对钢轨的纵横向阻力，可采取本办法进行维修（如图12）。整治工艺对轨道板整体创伤面小，可在维修天窗实施，每根轨枕需要2-3个天窗，对行车安全影响较小。相对方案一进行了永久处理，并避免了《WJ-7和WJ-8型特殊调整扣件暂行技术》（TJ/GW132-2015）需定期专项评估的问题。

缺点：采取局部维修，整治后外观效果很难达到厂制轨枕效果；使用于无挡肩轨枕整治；整治需改变原有扣件系统，采取无挡肩扣件系统。

图12 整治效果图

方法三：对于双块式轨枕松动、破损、开裂等采取其它措施不能保证无砟轨道稳定性和行车平稳性，应及时更换双块式轨枕。通过采用WJ-7型特殊调整扣件进行支撑过渡，对受损轨枕进行凿除更换。具体工艺如下：

（1）在伤损的双块式轨枕两侧轨枕盒内安装WJ-7型特殊调整扣件对钢轨进行支撑。其平面布置、纵横断面如图13～图15所示。

（2）拆除原扣件，凿除伤损轨枕及其前后部分道床板混凝土，将损坏的轨枕从混凝土道床中取出，轨枕底部凿除不少于25 mm深的空间，并清理干净。

图13 平面布置图

图14 A-A横断图

图15 纵横面图

（3）对于纵向钢筋穿过双块式轨枕钢筋桁架的无砟轨道结构，切断钢筋并使相邻轨枕盒的连接钢筋裸露出来。

（4）对裸露混凝土表面进行凿毛，对连接钢筋表面除锈处理后，清理轨枕盒内松散颗粒及灰尘，放入新双块式轨枕就位。

（5）选择合适长度、直径的钢筋，将其焊接道到裸露轨道板纵向连接钢筋上。

（6）用螺杆调节器支撑双块式轨枕，安装WJ-7型调整扣件，精细调整轨枕标高和左右位置，并固定。

（7）对裸露混凝土面进行润湿处理，注入低收缩性、早强、粘结性能和流动性较好的聚合物砂浆材料，砂浆从轨枕一侧注入，直至填满整个开凿面，整平表面，并对道床板顶面进行打磨。

（8）待混凝土砂浆达强度到30 MPa及以上后，拆除伤损轨枕前后的WJ-7型特殊扣件，重新安装新轨枕扣件并对轨道进行精调。

整治效果分析：

优点：对伤损轨枕进行永久处理，病害从根本得到整治，相对方案二采用原厂制双块式轨枕，整治后可达到原有外观。适用于轨枕病害严重，影响轨道结构健康及行车安全的永久性处理。

缺点：施工工艺复杂，程序较多，对道床板的创伤面积较大，整治过程需慢行，对行车组织有一定影响。

3 材料要求

灌浆材料性能指标见表1。聚合物混凝土材料性能指标见表2。

扣件下灌浆、套筒预埋材料及无砟轨道混凝土结构缺损的快速修复材料应具有固化速度快、抗开裂性能好等优点。

本次整治所采用的聚合物砂浆，以无机材料为主，经聚合物改性，辅以多种助剂，具有施工时间可调、强度发展可控等特点，能够满足天窗时间内灌浆、天窗时间后列车通行的要求。

（1）良好的早期施工性能。灌浆材料的工作性能能够满足现场施工要求，且施工时间可调。

（2）匹配的强度发展性能。灌浆材料30 min即可拆模，2 h即可达到通车所需强度要求。

（3）良好的界面粘结性。与老混凝土界面间具有较好的粘结强度，消除新老界面之间裂缝。

（4）优良的体积稳定性。灌浆材料具有较好的韧性和很低的收缩性能，抗开裂能力高。

4 注意事项

（1）由于属运营高速铁路作业，施工人员必须严格遵守各项有关安全规定。进、出施工现场，必须根据高铁相关手续对上道人员、机工具及材料进行清点，所有工具、材料均按规定粘帖反光膜。

（2）砂浆灌注前，应进行配比试验，对砂浆的流动度、2小时抗压强度等指标进行测试，满足要求后方可进行灌浆施工。

（3）施工过程中，混凝土界面务必要清理干净，并按规定涂刷界面剂或洒水润湿，以确保新老混凝土间的粘结力满足要求。

（4）注浆前必须进行相关试验，以确保能够充填饱满，不影响道床板的稳定和无砟轨道的使用寿命。

（5）注胶过程中，应严格控制注胶压力并对轨道的变形进行监控，以确保轨道平纵断面不发生变化，同时确保灌注的树脂浆液充分扩散充填缝隙。

（6）施工适宜温度5℃～30℃，低温下施工时可加温水进行砂浆和混凝土的拌制，浇筑完成后还应采取保温措施进行养护。

表1 灌浆材料性能指标

表2 聚合物混凝土性能指标

5 结束语

双块式无砟轨道作为高速铁路无砟轨道的一种主要结构形式，目前较多的应用于我国高速铁路无砟轨道的铺设，合武高铁作为我国率先开通运营的高速铁路，随着运营时间增长，轨枕病害逐步出现，本文通过整治实践，总结三种整治工艺，可为后期同类型病害整治提供借鉴经验。