楊建明

(中鐵二十三局集團(tuán)有限公司，成都 610031)

道砟膠在道床過渡段的應(yīng)用與施工

楊建明

(中鐵二十三局集團(tuán)有限公司，成都 610031)

為明確道砟膠在改變道床過渡段剛度方面的作用，進(jìn)行了室內(nèi)試驗(yàn)，測試了不同用膠量時(shí)的道床支承剛度，并對(duì)其施工方法及方式進(jìn)行研究。結(jié)果表明，通過改變枕底道砟膠的用量達(dá)到調(diào)整道床剛度的目的，可以將其作為一種新的施工方式。道砟膠的手動(dòng)施工和機(jī)械施工各有所長，施工中可將二者結(jié)合使用。

道砟膠 過渡段 道床剛度

在有砟軌道與無砟軌道連接處，存在著一定的剛度差，當(dāng)列車高速通過時(shí)，會(huì)增加列車與軌道的振動(dòng)，引起列車與軌道結(jié)構(gòu)作用力的增加，影響軌道結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定以至危及行車安全。因此，需要在有砟軌道與無砟軌道之間設(shè)置一定長度的過渡段，使軌道剛度逐漸變化，降低列車與軌道的振動(dòng)，減小軌道結(jié)構(gòu)的變形，保證列車的安全運(yùn)行。隨著新材料工藝的飛速發(fā)展，可以通過在道床中添加膠凝材料來增強(qiáng)道砟間的黏結(jié)力，進(jìn)而改變道床剛度，實(shí)現(xiàn)剛度漸變。我國鄭西客運(yùn)專線就采用了道砟膠這一新技術(shù)。本文對(duì)道砟膠改變道床剛度的原理進(jìn)行了研究，得到了道砟膠施工方法、用量與道床剛度的關(guān)系，可用于指導(dǎo)現(xiàn)場施工與實(shí)際應(yīng)用。

1 過渡段現(xiàn)狀

在已開通的6 497 km高速鐵路線路上，有砟軌道比例為75%，無砟軌道比例為25%，不可避免地遇到有砟和無砟軌道的過渡。我國正在建設(shè)的京滬高速鐵路全線長1 318 km，正線有砟軌道鋪設(shè)地段有108.743 km，約占正線鋪軌總長的9%。整個(gè)線路內(nèi)，有砟與無砟軌道過渡多處出現(xiàn)，路橋、路隧、路堤、路塹以及不同路基結(jié)構(gòu)之間，兩橋(隧)之間短路基等多種類型間的有砟和無砟軌道之間的過渡段多次相接過渡。

列車經(jīng)過有砟與無砟兩種剛度不同的軌道結(jié)構(gòu)時(shí)，會(huì)引起車輛—軌道系統(tǒng)沖擊，造成過渡段鋼軌撓度差。隨著通過總重增加，將會(huì)形成軌面不平順。軌面不平順進(jìn)一步加劇車輛—軌道系統(tǒng)振動(dòng)，惡性循環(huán)，嚴(yán)重影響軌道的使用和旅客乘坐舒適性。當(dāng)列車運(yùn)行速度提高后，有砟—無砟軌道過渡段問題更加明顯。

在有砟—無砟軌道過渡段有砟側(cè)，由于車輛—軌道系統(tǒng)沖擊，道床粉化、坍塌嚴(yán)重。軌道重型化可以改良這一狀況，如鋪設(shè)長軌枕，設(shè)置輔助軌，其中，設(shè)置輔助軌可以認(rèn)為是對(duì)鋼軌的加強(qiáng)。其次，還有縮小軌枕間距、鋪設(shè)優(yōu)質(zhì)道砟等道床強(qiáng)化措施。再者，國內(nèi)外開始采用道砟膠來解決這一問題。

2 道砟膠對(duì)道床剛度的作用原理

道砟膠為聚氨酯樹脂黏合劑，由兩種組分化合而成，每種組分各由幾種單體經(jīng)過化學(xué)反應(yīng)得到。它具有以下特點(diǎn):①液態(tài);②冷固化，適用溫度5℃～50℃;③難溶;④滲透進(jìn)入道砟結(jié)構(gòu)，黏度可調(diào);⑤在道砟表面成膜;⑥在道砟接觸點(diǎn)黏結(jié);⑦與道砟一起形成抗壓整體。

通過在室內(nèi)進(jìn)行實(shí)尺軌道試驗(yàn)，得到道砟膠施工方法、用量與道床剛度的關(guān)系。試驗(yàn)室溫度11℃～13℃，相對(duì)濕度42%～74%。

2.1 試驗(yàn)工況

試驗(yàn)時(shí)分兩次噴道砟膠。第一次先噴軌枕以下、軌枕范圍以內(nèi)的道砟，噴完膠回填道砟。第二次噴軌枕之間及砟肩。試驗(yàn)測試工況見表1。

2.2 試驗(yàn)結(jié)果

試驗(yàn)測得工況三和工況五數(shù)據(jù)見圖1、圖2。對(duì)二、三、四組數(shù)據(jù)進(jìn)行擬合，可以得到此工況下的擬合線性方程為

其中，D為道床剛度(kN/mm);P為豎向力(kN)。

圖1 工況三鋼軌支點(diǎn)處道床剛度

圖2 工況五鋼軌支點(diǎn)處道床剛度

對(duì)二、三組數(shù)據(jù)進(jìn)行擬合，可以得到此工況下的擬合線性方程為

對(duì)其余工況試驗(yàn)測得的數(shù)據(jù)進(jìn)行擬合，匯總得到表2中各個(gè)工況的剛度結(jié)果。

工況一情況下穩(wěn)定后的鋼軌支點(diǎn)處道床剛度遠(yuǎn)大于《鐵路軌道設(shè)計(jì)規(guī)范》中線路開通時(shí)所要求的最小值100 kN/mm。這是因?yàn)楸驹囼?yàn)道床下為剛性混凝土基礎(chǔ)，道床用手持搗固棒反復(fù)搗固密實(shí)，且加載幾次后道砟被壓密。

表2 噴膠前后道床穩(wěn)定時(shí)支承剛度比較

工況一中，道床在豎向力的作用下反復(fù)測幾組，道砟越壓越密實(shí)，鋼軌支點(diǎn)處道床剛度也越來越大，最終穩(wěn)定。由于測試完工況一后重新?lián)v固，道砟在未經(jīng)豎向力壓實(shí)的松散狀態(tài)下噴膠，工況二和工況三經(jīng)過第一組測試后道床趨于穩(wěn)定，塑性降低，接近彈性狀態(tài)，不會(huì)越壓越密實(shí)。因此，表2中工況一的剛度大于工況二和工況三的剛度。工況四和工況五中由于軌枕之間、砟肩都噴道砟膠，軌枕與所有道砟黏成整體，因此剛度明顯提高。

比較工況一、工況四和工況五可以發(fā)現(xiàn)，豎向力為140 kN，反復(fù)加載后，有膠道床的剛度比無膠時(shí)分別大64.0 kN/mm、88.40 kN/mm;工況五比工況四的剛度大24.4 kN/mm。因此，可以通過調(diào)整枕底道砟膠的用量來調(diào)整道床剛度。

由表2還可以看出，道床支承剛度的提高主要依賴于軌枕側(cè)面、端部與道砟的黏結(jié)，因此，實(shí)際應(yīng)用中要提高剛度須在軌枕之間及砟肩噴膠，而不能僅在軌枕底部道砟噴膠。

此外，由于道砟接觸點(diǎn)處被道砟膠黏結(jié)，減小了道砟間的摩擦，可以延長道砟使用壽命。道砟膠組織后的道床可以將動(dòng)態(tài)壓力更好地分散到更寬的范圍內(nèi)分布。經(jīng)過道砟膠組織后的道床具有以下特點(diǎn):①邊坡穩(wěn)固;②道砟不飛濺;③道床橫向阻力改善;④具有天然空隙，透水性好;⑤耐油脂、潤滑液、紫外線、排泄物等腐蝕;⑥耐火。但是，道砟膠組織后道床成為整體，給大機(jī)維修和清篩帶來困難，需要進(jìn)一步研究維修方法及道砟膠的溶解技術(shù)。

3 道砟膠的施工

德國在過渡段有砟軌道上這樣施工:黏結(jié)長度共45 m，分三段施工，第一段為底砟、邊砟、軌枕盒內(nèi)道砟整體黏結(jié)，第二段為底砟、邊砟部分黏結(jié)，第三段僅底砟黏結(jié)。我國在鄭西客運(yùn)專線上也是采用同樣的施工方法，達(dá)到調(diào)整道床剛度的目的。

通過上述試驗(yàn)研究，也可采用如下施工方法:將過渡段分為三段，每一段施工時(shí)，先將枕盒內(nèi)和砟肩道砟清理至線路兩側(cè)，然后，對(duì)枕底道砟噴膠，讓膠滲入道砟內(nèi)，回填道砟后再對(duì)枕盒和砟肩道砟進(jìn)行一次噴膠，通過改變用膠量調(diào)整每一段的剛度。道砟膠的現(xiàn)場施工可機(jī)械施工，也可由手工操作，二者的特點(diǎn)如表3所示。

表3 機(jī)械施工與手動(dòng)施工的特點(diǎn)

室內(nèi)試驗(yàn)采用手工施工，充分利用了手動(dòng)施工的特點(diǎn)。鑒于兩種施工方式的特點(diǎn)，現(xiàn)場施工時(shí)，應(yīng)以機(jī)械施工為主，手動(dòng)施工為輔。這樣，既保證了噴灑的均勻性，同時(shí)避免因噴灑在鋼軌及墊片上造成損失。

4 結(jié)論

1)高速鐵路修建中，有砟—無砟過渡段大量出現(xiàn)，噴涂道砟膠作為調(diào)整道床剛度一種新方法，有廣闊的應(yīng)用前景。

2)通過試驗(yàn)可知，可以通過調(diào)整枕底道砟膠的用量來改變道床剛度，且要提高剛度須在軌枕之間及砟肩噴膠?，F(xiàn)場施工時(shí)可將過渡段分為三段，每一段施工時(shí)先將枕盒內(nèi)和砟肩道砟清理至線路兩側(cè)，然后對(duì)枕底道砟噴膠讓膠滲入道砟內(nèi)，回填道砟后再對(duì)枕盒和砟肩道砟進(jìn)行一次噴膠，通過改變用膠量調(diào)整每一段的剛度。

3)現(xiàn)場施工可采取機(jī)械施工與手動(dòng)施工相結(jié)合的方式，充分發(fā)揮二者的特點(diǎn)。

4)道砟膠黏結(jié)性能很好，道床成為整體，但對(duì)大機(jī)維修和清篩帶來困難，需要進(jìn)一步研究道砟膠溶解技術(shù)和道床維修方法。

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U213.6

B

1003-1995(2011)02-0111-03

2010-08-26;

2010-11-10

楊建明(1975—)，男，河北辛集人，工程師。

(責(zé)任審編 白敏華)