切割承轨台降低轨面标高技术研究

2020-05-11庞帅姜子清姚建平楼梁伟张志超孙宣

铁道建筑 2020年4期

庞帅姜子清姚建平楼梁伟张志超孙宣

（1.中国铁道科学研究院集团有限公司铁道建筑研究所，北京 100081；2.北京铁科特种工程技术有限公司，北京 100081）

兰新客运专线等线路路基上拱病害造成的轨道不平顺一般采用扣件精调进行处理，但上拱量超过限值后只能采取限速措施来保证运营安全。因此，研发上拱病害整治技术对保证铁路安全运营意义重大。王鹏程等［1］通过对兰新客运专线病害区间的监测及试验研究了路基上拱的原因。赵磊［2］通过耦合静动态分析了上拱对过渡段的影响。朱兴永等［3］结合实际工程提出切割减薄支承层的方法来整治上拱病害问题。李强，李传勇等［4-5］研究了隧道内整体道床上拱病害并提出整治措施。

针对双块式无砟轨道基础上拱问题，已研发出切割支承层落道、暗挖基床落道、掏挖级配碎石落道等［6］技术，主要适用于大范围区段基础上拱病害整治，对于长度短、突变点等位置的上拱病害上述方法明显不适用。基于此，本文提出切割承轨台并设置新扣件系统的整治方法，为处理该类问题提供新的思路。

1 总体方案及研究目的

切割置换承轨台方案是通过切除上拱区间承轨台，在承轨台间道床板上钻孔并预埋套管、安装WJ-7型扣件等工艺，以降低轨面标高的技术方案。考虑WJ-7型扣件标准高度为37 mm、道床板排水坡、既有负调整等情况，对于按照通用参考图设计参数的线路，轨面标高可降低35～40 mm。对于兰新客运专线，原则上轨面标高可降低55～65 mm。

此项技术的关键环节在于承轨台切割、钻孔定位、预埋套管植入锚固等。因此，本文通过道床板找平工艺、承轨台切割工艺、道床板套管植入工艺及抗拔力试验，研究切割工艺、WJ-7型扣件安装工艺及其可行性，评估预埋套管锚固材料与抗拔力是否满足要求。

2 线下试验及结果分析

通过总结工艺流程，分析关键工序及技术要点，以各主要施工工序的独立试验为基础，验证整套工艺的可行性。

2.1 道床板找平工艺试验

为了确保扣件安装位置的平整度，降低道床板排水坡对新扣件安装的影响，提高新扣件与道床板间的贴合度，本次试验采用角磨机切磨道床板，并反复尝试不同的切磨方式。切磨过程中利用水平尺进一步控制平整度。

2.2 承轨台切割工艺试验

承轨台切割试验分为单块承轨台切割和多块承轨台切割2部分。其中单块切割分为若干组，用于测算钢筋对切割工艺的影响，包括对设备损伤的影响和时间损耗的影响；多块切割用于测算不同切割方法对施工效率的影响。承轨台切割工艺试验见图1。

图1 承轨台切割工艺试验

在试验过程中发现，钢筋会对切割效率造成一定影响，但影响程度不大，遇到钢筋后所需切割时间仅下降了3～5 min。承轨台切割完成后，边角处会存在“欠挖”混凝土块（图1（a）），利用角磨机打磨即可处理。切割完成后道床板边缘会出现一定的切割痕迹（图1（c）），为保证道床板表面不受破坏，切割过程中应合理控制绳锯高度和松紧程度。此外，切割过程利用胶垫能够有效地保护道床板。通过承轨台切割试验，验证了绳锯切割双块式轨枕承轨台切实可行。

2.3 道床板套管植入工艺及抗拔力试验

道床板套管植入工艺及抗拔力试验是通过在道床板钻孔后植入预埋套管并利用植筋胶锚固，待固化后测试抗拔力的试验。植筋胶的黏结力与接触面积有直接关系，钻孔孔径不同，其内部与植筋胶的接触面积也不同：孔径越大，接触面积越大。此外，钻孔孔径会影响施工效率，因此选择50，60 mm孔径做对比试验。

通过钻孔及套管植入试验，确定在原承轨台间（沿线路方向）钻孔是可行的，但遇到钢筋时钻孔速度较慢。试验表明：①50 mm孔径的套管抗拔力不足，不满足要求，60 mm孔径的套管满足要求；②钻孔设计深度为15 cm，超钻1 cm时可保证抗拔力达到设计值。不同孔径下预埋套管的抗拔效果见表1。

表1 不同孔径下预埋套管的抗拔效果

根据TB/T 3395.4—2015《高速铁路扣件第4部分：WJ-7型扣件》［7］要求，抗拔力达到10 t即满足要求。本次试验抗拔设备最大量程为20 t。由表1可知，在同等固化时间下，60 mm孔径预埋套管的抗拔效果好于50 mm孔径。

套管植入试验中，分别对黏结胶、环氧树脂砂浆、速凝胶3种材料的植筋效果进行试验，发现3种材料均能满足最大抗拔力大于10 t的要求。3种材料的植筋效果见图2。

图2 3种材料的植筋效果

由图2（a）可知，使用黏结胶锚固的预埋套管在抗拔试验完成后并未发生破坏，钻孔周围的混凝土表面除因钻孔导致的破损外，未发现裂纹。由图2（b）可知，环氧树脂砂浆会造成预埋套管上浮和偏移，需要人为辅助才能固定，且环氧树脂砂浆固化时间较长，短期内很难固定套管。由图2（c）可知，速凝胶锚固效果较好，抗拔试验完成后钻孔外围出现细微裂纹，说明套管底部锚固作用部分失效，预埋套管产生微小位移，进一步导致道床板表层混凝土破坏。

综上可知，黏结胶效果最好，但固化时间较长；环氧树脂砂浆操作难度较高，易产生上浮及预埋套管偏位现象；速凝胶固化速度快，但抗拔性能较差。因此，为保证质量，建议优先考虑采用黏结胶植入套管，其次考虑采用速凝胶，避免采用环氧树脂砂浆（或根据要求对其进行改良）。

3 关键工序

通过线下试验及工程经验，总结切割置换承轨台的工艺流程（图3），并提出关键工序及技术要点。关键工艺主要包括：新扣件安装位置道床板打磨及找平、预埋套管钻孔植入、切割承轨台。

图3 切割置换承轨台工艺流程

1）新扣件安装位置道床板打磨及找平

为保证新的扣件系统正常工作，使绝缘缓冲垫板紧密贴合在道床板表面，防止水侵损害，须对道床板进行打磨及找平处理。利用专用的钻孔定位工装，借助原轨道位置进行钻孔定位，并依据绝缘缓冲垫板的尺寸确定打磨区域，利用角磨机打磨道床板表面。

2）预埋套管钻孔植入

为保护新扣件安装位置道床板不受切割作业的影响，应首先完成道床板打磨、钻孔机植入套管工作，且使用橡胶垫板保护道床板。采用水钻进行钻孔作业，在成孔后利用高压水枪清洗道床板，利用工业风机烘干道床板。植入套管前在钻孔内放置干燥包，进一步降低孔内湿度，提升锚固效果。利用套管植入工装定位预埋套管，并在工装间隙向钻孔内灌注锚固胶，待胶体漫过钻孔边缘后停止注胶，待锚固胶初凝后卸下工装，进行下一组预埋套管的锚固作业。预埋套管植入完成后，利用橡胶垫板覆盖对新扣件安装位置道床板、套管进行保护，同时准备下一项施工内容。

3）切割承轨台

承轨台切割是该技术的核心内容之一，利用绳锯完成切割工作虽然方便快捷，但存在一定的安全隐患，且受轨道两侧空间限制。在道床板两侧利用支承层固定绳锯设备，并确保绳锯固定到位，防止切割过程中因设备失稳导致事故，也避免出现因设备抖动过大导致的“超挖”、“欠挖”现象。另外，应制作绳锯定位工装，以保证切割过程中绳索紧贴道床板，从而提高新扣件系统与原道床表面的贴合度。切割前需要利用角磨机对承轨台远端边角进行整形处理，以便绳索能够在切割初始阶段按指定方向切割。绳锯切割过程见图4。