客運專線彈性支承塊式無軌道病害分析及整治

1996年，中國在蘭海線（蘭州至廉江）和西康龍溝線（西安至康）的大姚溝隧道中鋪設了彈性支管。該軌道結構已在國內廣泛應用，在寧西線（西安—南京）、蘭武復線（蘭州—武威）、襄渝線（襄陽—重慶）、南疆線（吐魯番—喀什）等客貨共線鐵路的隧道內大量鋪設。截至目前，僅我國西部地區已通車線路長度約425km。多年來，國內對彈性支承塊式無砟軌道在不同運營條件下的合理剛度及其匹配關系、動態軌距擴大、行車安全性和舒適性、軌道剛度過渡段等方面進行了大量研究1彈性知識產權道床板彈性支承塊式無砟軌道結構由鋼軌、扣件、彈性支承塊與道床板組成。軌道結構高600mm。隧道內彈性支承塊式無砟軌道道床板鋪設在仰拱填充層上。道床板采用C40鋼筋混凝土結構，寬2800mm，厚約340mm，縱向每6m設置一道伸縮縫。每塊道床板上均勻布置10對支承塊，如圖1所示。2支持塊和流程的錯誤和丟失2.1承載塊與道床板抗裂裂裂性能客貨共線鐵路彈性支承塊式無砟軌道結構的破壞形式主要包括三種：支承塊開裂（圖2）、支承塊頂面混凝土剝離（圖3）、支承塊與四周道床板表面混凝土剝離（圖4）。支承塊開裂情況較多，部分出現貫通裂縫。支承塊開裂均在承軌臺部位，且裂紋破損絕大部分位于靠近線路中心一側，破損高度在橡膠套靴帽以上，破損支承塊處道床頂面混凝土均高于橡膠套靴帽，對支承塊形成包裹固結。道床板與支承塊四周未見橡膠套靴帽，橡膠套靴帽被澆筑于混凝土道床內。2.2知識產權道床表面約束根據彈性支承塊式無砟軌道結構設計方案（參見圖1），道床表面線路中心線處高程距鋼軌頂面251mm，道床表面設置1%的橫向排水坡，道床表面距離支承塊橡膠套靴帽檐下部最小距離為2mm，彈性支承塊混凝土表面是不與整體道床混凝土接觸的。若支承塊四周橡膠套靴帽檐被澆筑于混凝土道床內，道床表面高出的混凝土與支承塊上部混凝土接觸，對支承塊形成包裹固結。在列車荷載作用下，支承塊應發生彈性下沉，而道床混凝土與支承塊上部混凝土粘連，約束支承塊下沉，致使支承塊套靴帽以上混凝土受拉開裂。現場發現支承塊裂紋破損絕大部分靠近線路中心一側，主要因為直線地段道床頂面設置1%的橫向排水坡，故靠近線路中心側道床頂面高出橡膠套靴帽尺寸普遍較大，整體道床混凝土與支承塊上部混凝土接觸面積大。在列車荷載作用下，支承塊彈性下沉，支承塊上表面承受的拉力更大，造成靠近線路中心側破損更多。綜上所述，由于隧道內整體道床表面過高，導致道床表面對支承塊形成約束，進而造成支承塊承軌臺開裂。對于道床板表面高于橡膠套靴帽檐地段，現場進行了適當切縫處理，在列車荷載作用下軌枕位移不再受道床混凝土約束。2.3道床面高程不高為保證彈性支承塊式無砟軌道道床面不高于橡膠套靴帽檐上沿，道床板混凝土不得與支承塊接觸固結，建議整體道床線路中心線不高于內軌頂面以下251mm，嚴格控制道床表面高程，確保其低于橡膠套靴帽檐底部2mm，道床面與承軌臺頂面相對高差應控制在±5mm。3地板高度的整體控制3.1道床高程控制不到位彈性支承塊式無砟軌道在施工過程中，多條線路出現整體道床高于設計高程的現象。主要是因為道床高程控制不到位，整體道床軌面高程超限或豎曲線地段未考慮豎曲線修正值。預埋鐵座式彈性扣件不具備調低能力，整體道床一旦澆筑，落道困難，調整難度大。3.2水平分層開挖與變形控制方案以某客貨共線鐵路隧道段為例，該隧道在出口75m范圍內為6‰的下坡，其余均為3‰的上坡，豎曲線半徑5km。該隧道豎曲線范圍均位于直線地段。整體道床施工時在變坡點未設置豎曲線，導致該段鐵路自開通以來一直限速運行。變坡點區段線路現狀與設計對比見圖5。根據現場實測數據，整體道床最大抬道量約5mm，落道量約1～50mm，長度為33m。預埋鐵座式彈性扣件最大調高量為10mm，可通過扣件進行調整。整體道床落道整治包括兩個方案，即支承塊下沉+軌排架過渡方案和采用異形彈性支承塊方案。1）支承塊下沉+軌排架過渡方案該方案通過擴鑿支承塊四周及底部混凝土，再灌注聚合物水泥砂漿（圖6），使軌面高程下降。線路中心線處軌底距道床表面凈空為83mm（圖7），支承塊下沉50mm后，軌下凈空為33mm，滿足灌注要求。主要施工流程為：(1)應力放散后，松開空吊支承塊兩側一定長度范圍內的扣件，并在支承塊兩側放置起道機，將支承塊和鋼軌同時抬高，直至支承塊底部露出整體道床表面，松開扣件，取下支承塊，并取出膠墊和套靴，重新黏結膠墊、套靴和支承塊，保證三者黏結緊密。(2)使用鑿具對整體道床支承塊槽進行擴鑿。根據軌頂面高程差值，擴鑿整體道床的支承塊底部和四壁。(3)將支承塊重新放入整體道床支承塊糟內，安裝支承塊兩側已經松開的扣件，調整軌道結構的幾何形位。(4)在整體道床和支承塊之間灌注聚合物水泥砂漿。在對支承塊槽擴鑿后且尚未灌注聚合物水泥砂漿之前，要采取過渡措施來保證軌道結構的幾何形位和穩定性。可采用軌排架固定鋼軌，在鋼軌下墊入枕木等措施。根據現場天窗點情況，分階段、分區域完成上述整改工作。在整改過程中須通過限速保證行車安全。2）采用異形彈性支承塊方案支承塊軌枕高度約200mm，軌枕埋入道床深度為130mm。結合最大落道量為50mm，在保證支承塊埋入道床深度及套靴尺寸不變前提下，通過減小支承塊露出道床表面高度來降低軌面高程。施工前應復測軌道控制網CPⅢ，按照豎曲線半徑5km計算設計軌面高程，逐個測量彈性支承塊應降低的高度，并預制異形支承塊，更換時確保支承塊、塊下墊板及套靴黏結牢固。3.3方案1:線路順利性+線路順利性支承塊下沉+軌排架過渡方案在既有客貨共線鐵路有應用經驗，施工方案成熟，按此方案整治后效果良好，線路平順性滿足行車安全性要求，推薦采用。采用異形彈性支承塊更換速度快，對行車安全影響小，但減小軌枕厚度會對軌枕強度及預埋扣件抗拔力產生不利影響，給后期運營養護維修帶來不便，建議深入論證后擇機使用。4道床和大鼠的安裝本文通過對客貨共線鐵路隧道內彈性支承塊式無砟軌道病害進行現場調研，分析了隧道內常見的病害成因并給出整治措施。得出以下結論：1）道床面不應高于橡膠套靴帽檐上沿，應確保道床表面高程低于橡膠套靴帽檐底部2mm，整體道床線路中心線處相對高程應不高于-251mm；道床板混凝土不得與支承塊接觸固結，以免對支承塊受力產生不利影響。2）整體道床軌面高于設計高程時