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        無砟軌道套管快速維修技術(shù)研究

        2011-07-27 07:05:30吳紹利吳智強(qiáng)毛昆朋陸方斌
        鐵道建筑 2011年10期
        關(guān)鍵詞:抗拔硫磺扣件

        吳紹利,王 鑫,吳智強(qiáng),毛昆朋,陸方斌

        (中國鐵道科學(xué)研究院 金屬及化學(xué)研究所,北京 100081)

        隨著我國高速鐵路的快速發(fā)展,扣件系統(tǒng)被大量應(yīng)用于各種無砟軌道。作為扣件系統(tǒng)重要組成部分的預(yù)埋套管的主要作用:①定位扣件系統(tǒng);②使道釘旋入并緊固,從而讓彈條緊扣鋼軌[1-2]。因此,如果預(yù)埋套管損壞,彈條就將無法緊扣鋼軌,扣件系統(tǒng)也就失去了它的意義。從目前調(diào)研情況來看,部分線路的預(yù)埋套管有零星損壞,主要是套管與道釘花絲。雖然由于數(shù)量少且不連續(xù)對行車尚未造成隱患,但預(yù)埋套管的維修與更換已經(jīng)成為迫不及待需要解決的問題。

        更換預(yù)埋套管,國內(nèi)外都沒有行之有效的方法。根據(jù)我國高速鐵路的維修天窗點普遍在零點至凌晨4點的實際情況,并結(jié)合在其他領(lǐng)域已成功應(yīng)用的預(yù)埋套管更換技術(shù),本文作者提出了如下的工藝流程。

        工藝中最難的是選擇合適的水鉆和錨固膠。水鉆鉆頭不能超過預(yù)埋尼龍?zhí)坠芴螅乐勾虻杰壍腊鍍?nèi)的鋼筋,影響軌道板的力學(xué)結(jié)構(gòu),而錨固膠必須在4 h內(nèi)達(dá)到抗拔力>100 kN的技術(shù)要求。

        圖1 更換套管工藝流程

        1 水鉆選擇

        我國高速鐵路無砟軌道扣件系統(tǒng)普遍選用WJ-7型扣件系統(tǒng)或WJ-8型扣件系統(tǒng),兩種扣件系統(tǒng)的尼龍?zhí)坠芡鈴酱笮》謩e為47 mm和38 mm。由于抗撥力達(dá)到100 kN時,錨固膠產(chǎn)生的剪切強(qiáng)度遠(yuǎn)大于混凝土的抗拉強(qiáng)度(見表1和表2),為使錨固膠的剪切力均勻施加到混凝土上,不致于傷損混凝土,故采用水鉆打圓孔。同時,考慮打孔越小,粘結(jié)面積越小,對錨固膠的要求越高的因素(見表1)。根據(jù)我國水鉆標(biāo)準(zhǔn)鉆頭,最為合適的是53 mm鉆頭和44 mm鉆頭,其對軌道板基本無損害。

        表1 100 kN時圓孔外徑與錨固膠剪切強(qiáng)度的關(guān)系

        表2 混凝土強(qiáng)度等級與軸向抗拉強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值的關(guān)系

        2 錨固膠選擇

        1)傳統(tǒng)水泥

        水泥混凝土澆注維修預(yù)埋套管是在公路交通和建筑施工中較為成熟的材料之一,具有施工成本低,操作簡單,易于掌握等特點[3]。然而公路交通和建筑施工中的預(yù)埋套管一般受力較小,新舊混凝土間的結(jié)合力不需要很大,同時水泥混凝土養(yǎng)護(hù)需要7~28 d,且澆注后需要機(jī)器搗固,以使水泥混凝土密實;對于天窗點只有4 h的高鐵維修來說,很難在規(guī)定時間內(nèi)使新修好的套管的抗拔力達(dá)到>100 kN的要求。

        2)硫磺錨固

        硫磺錨固是鐵路既有線常用的錨固技術(shù)之一,材料為硫磺、普通硅酸鹽水泥、砂子和工業(yè)石蠟。其施工工藝一般為先倒入砂子加熱到100℃ ~120℃時,將水泥倒入加熱到130℃,最后加入硫磺和石蠟,繼續(xù)攪拌加熱到160℃,熔漿由稀變稠成液膠狀時,即可使用,使用時熔漿溫度不得低于140℃。硫磺錨固的主要優(yōu)點是凝固硬化快,一旦硬化便充分發(fā)揮強(qiáng)度。已暴露的缺點是硫磺錨固在施工過程中產(chǎn)生大量腐蝕性極強(qiáng)的酸性氣體,對施工人員的身體造成傷害。其次,硫磺的液態(tài)與固態(tài)之間溫度范圍較窄,造成熱灌漿時間短,在嚴(yán)冬很難施工。對于高鐵扣件系統(tǒng)中的預(yù)埋套管維修來說,硫磺錨固還有兩個很難克服的缺點:①140℃~160℃的澆注溫度很有可能使尼龍?zhí)坠茏冃危瑥亩俅纬霈F(xiàn)花絲等損壞現(xiàn)象;②硫磺錨固一般抗拔力只有60~80 kN,很難達(dá)到100 kN的技術(shù)要求。

        3)環(huán)氧樹脂

        環(huán)氧樹脂是一種重要的熱固性樹脂品種,以其具有優(yōu)良的電絕緣性能、耐化學(xué)腐蝕性能、良好的化學(xué)穩(wěn)定性和粘結(jié)性,被廣泛應(yīng)用于航空、公路交通和建筑等領(lǐng)域[4]。環(huán)氧樹脂的主要優(yōu)點:①力學(xué)性能高,內(nèi)聚力強(qiáng),分子結(jié)構(gòu)致密;②粘結(jié)性能優(yōu)異;③固化收縮率小,一般為1% ~2%。但是,環(huán)氧樹脂也有其極大的不足:①固化后材料偏脆,抗剝離、抗開裂、抗沖擊性能差,很難滿足扣件系統(tǒng)需經(jīng)歷長久疲勞使用的要求;②對極性小的材料(如聚乙烯、聚丙烯、氟塑料等)粘結(jié)力小,即便先進(jìn)行表面活性處理,對部分市售的環(huán)氧樹脂抗拔力測試也很難達(dá)到100 kN技術(shù)要求。

        4)乙烯基聚酯樹脂

        乙烯基聚酯樹脂,簡稱乙烯基樹脂,是含有不飽和雙鍵的特殊結(jié)構(gòu)的不飽和聚酯樹脂,也是目前國外開發(fā)研究較快的新一代膠黏劑。其具有如下優(yōu)點:①良好的力學(xué)性能和耐腐蝕性能,與標(biāo)準(zhǔn)型環(huán)氧樹脂相當(dāng);②粘結(jié)強(qiáng)度高,與傳統(tǒng)的環(huán)氧樹脂相比,其延伸率更高,粘結(jié)強(qiáng)度大大提高;③優(yōu)異的動態(tài)載荷性能,具有更好的耐疲勞性能和耐沖擊性能;④固化時間穩(wěn)定,受環(huán)境溫度影響小。最大的缺點是固化收縮略大,但可通過合適的填料彌補(bǔ)。

        最終采用的TG系列無砟軌道維修材料,是一種預(yù)埋尼龍?zhí)坠芨鼡Q材料,為乙烯基樹脂,分為樹脂、固化劑和填料三組份。可操作時間為20 min,在內(nèi)徑為53 mm情況下,50 min即可達(dá)到100 kN的技術(shù)要求(表3),在10~100 kN間300萬次疲勞荷載后,抗拔力仍 >100 kN(表4)。

        表3 澆注時間與抗拔力關(guān)系

        表4 疲勞荷載次數(shù)與抗拔力關(guān)系

        3 維修工藝

        圖2是TG材料在無砟軌道上的應(yīng)用實例,并現(xiàn)場測試其抗拔力,總計用時3 h,其中前三步用時1 h。具體維修過程如下:

        1)松開受損預(yù)埋套管前后兩處扣件的道釘,并拆除受損預(yù)埋套管的扣件系統(tǒng),露出尼龍?zhí)坠?

        2)用套管定位裝置定位尼龍?zhí)坠?,并?biāo)記在軌道板上;

        3)根據(jù)扣件類型選擇鉆頭,取出受損尼龍?zhí)坠?

        4)吸出孔內(nèi)殘水,并烘干;

        5)根據(jù)材料說明,配制TG樹脂,并倒入孔內(nèi);

        6)旋入尼龍?zhí)坠?,并根?jù)軌道板標(biāo)記重新定位;

        7)25 min后,拆除定位裝置;

        圖2 TG材料現(xiàn)場維修工藝流程

        8)1 h后,測試抗拔力,并組裝扣件系統(tǒng),恢復(fù)軌道結(jié)構(gòu)。

        4 結(jié)語

        對于無砟軌道扣件系統(tǒng)中預(yù)埋尼龍?zhí)坠艿木S修,國內(nèi)外都沒有良好的方案。本文針對無砟軌道預(yù)埋套管的維修工藝進(jìn)行了探討,提出了較為可行的維修方案,對方案中的鉆頭和錨固膠選取兩個難點進(jìn)行了分析,并結(jié)合材料進(jìn)行了實例試驗,效果良好。

        [1]何華斌.無砟軌道技術(shù)[M].北京:中國鐵道出版社,2009.

        [2]張科強(qiáng),趙旭清.武廣鐵路客運專線雙塊式軌枕預(yù)制質(zhì)量控制[J].鐵道建筑,2010(1):23-25.

        [3]李世華.道路橋梁維修技術(shù)手冊[M].北京:中國建筑工業(yè)出版社,2001.

        [4]陳平.環(huán)氧樹脂[M].北京:化學(xué)工業(yè)出版社,2002.

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