倪躍峰，任娟娟，趙華衛(wèi)

(西南交通大學高速鐵路線路工程教育部重點實驗室，四川成都　610031)

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CRTSⅡ型板式無砟軌道抬板維修時軌道板錨固方案研究

倪躍峰，任娟娟，趙華衛(wèi)

(西南交通大學高速鐵路線路工程教育部重點實驗室，四川成都610031)

摘要:在CRTSⅡ型板式無砟軌道抬板維修時需要解除軌道板間的縱向連接，在存在溫度力的情況下解鎖縱連鋼筋將釋放溫度應(yīng)力，引起抬板處兩側(cè)的軌道板產(chǎn)生縱向位移，對軌道結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性不利。為了減少這種影響，抬板前須對兩側(cè)相鄰的軌道板進行植筋錨固處理。本文應(yīng)用ANSYS建立軌道板抬板維修計算模型，并對比分析不同植筋錨固方案的效果。研究結(jié)果表明:抬板維修時宜對鄰側(cè)2塊軌道板進行植筋錨固;第1塊板宜植筋16根;第2塊板在溫度變化較大情況下宜植筋16根，在溫度變化較小情況下宜植筋8根。

關(guān)鍵詞:CRTSⅡ型板式無砟軌道無縫線路抬板維修植筋錨固

1　概述

CRTSⅡ型板式無砟軌道的軌道板采取工廠預(yù)制的方式，軌道板的制造和施工機械化程度高，精度高，軌道的幾何平順性良好［1-2］。由于無砟軌道結(jié)構(gòu)常年暴露在大氣環(huán)境中，承受著降雨、溫度梯度和列車荷載持續(xù)不斷的作用，加之施工質(zhì)量等問題，無砟軌道產(chǎn)生傷損難以避免。以京滬高鐵為例，夏季長江三角洲地區(qū)最高氣溫達40℃，晝夜最大正、負溫度梯度分別達100，－50℃/m，高于推薦設(shè)計值( 85，－43℃/m)［3-4］。此外夏季強降雨會加劇無砟軌道結(jié)構(gòu)的傷損。當CRTSⅡ型無砟軌道出現(xiàn)寬接縫破損、軌道板離縫或上拱值較大并且影響軌面高低時，須對出現(xiàn)傷損的無砟軌道進行維修。對于出現(xiàn)離縫、脫空嚴重的軌道板須抬板重新灌注砂漿;對于非預(yù)裂縫處開裂嚴重的軌道板，則須更換新的軌道板。

無論是抬板灌注砂漿還是更換新的軌道板，都要將傷損區(qū)域的軌道板從線路中移出，待維修完畢后再復(fù)位并精調(diào)。

在CRTSⅡ型板式無砟軌道維修過程中需要解除傷損區(qū)域軌道板與相鄰軌道板之間的縱向連接。由于溫度應(yīng)力的存在，在解除軌道板縱向連接后抬板處相鄰位置的軌道板會出現(xiàn)應(yīng)力釋放而產(chǎn)生較大的縱向位移。為了減少縱向位移過大給軌道結(jié)構(gòu)帶來的不利影響，在對軌道板縱向連接進行解鎖前需對相鄰的軌道板進行植筋錨固，如圖1所示［5-7］。

圖1軌道板植筋錨固位置示意

圖2軌道板植筋示意

植筋的方式是從軌道板上部鉆孔并穿過砂漿層到底座板，剪力筋周圍和上部的空隙用植筋膠密封住。如圖2所示，在軌道板相應(yīng)位置鉆孔，深480 mm，直徑35 mm，在鉆孔位置植入φ28的剪力筋，并用植筋膠密封［8］。在被解鎖的縱連軌道板受到較大的縱向力時，剪力筋將提供縱向約束限制軌道板的縱向位移，保持軌道結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。

2　計算模型與參數(shù)

為了計算解除鋼筋縱向連接后軌道板的縱向位移，同時分析如何對抬板位置附近的軌道板進行植筋錨固，利用有限元分析軟件ANSYS進行數(shù)值模擬，從而提出對CRTSⅡ型板式無砟軌道進行維修時對軌道板錨固的建議方案。

2. 1抬板維修計算模型

建模分析解鎖位置的軌道板在溫度力作用下的縱向位移，以及比較不同植筋方式對軌道板縱向位移的限制作用，因此模型只考慮軌道結(jié)構(gòu)縱向的承力、傳力特性。

某橋上2塊軌道板下砂漿大面積掉塊，須抬板灌注砂漿，對此進行建模分析。模型全長260 m，鋼軌采用Beam188單元模擬，軌道板和底座板均采用Beam3單元模擬。計算解鎖處軌道板的縱向位移時僅考慮扣件和砂漿層的縱向阻力，扣件和砂漿層對軌道板的黏結(jié)阻力均采用Combin39單元模擬。底座板下的支承剛度用Combin14單元模擬，下部橋梁對底座板的阻力用Combin39單元模擬。對于植入的φ28剪力筋，采用Combin39單元模擬。抬板維修計算模型如圖3所示。

2. 2計算參數(shù)

CRTSⅡ型板式無砟軌道的鋼軌、扣件、軌道板、砂漿層和底座板的計算參數(shù)見表1。

圖3抬板維修的計算模型

表1模型計算參數(shù)

2. 3鋼筋布置方式

根據(jù)現(xiàn)場的施工工藝，對軌道板進行錨固時鋼筋有3種植筋錨固的方式［9］，如圖4所示。

圖4軌道板植筋分布

在模型中，根據(jù)軌道板植筋位置加入縱向彈簧單元，模擬植筋數(shù)量對軌道板限位效果的影響。

3　計算結(jié)果分析

3. 1軌道板錨固數(shù)量

假設(shè)所需軌道板的植筋數(shù)量相同，對須錨固的軌道板均植入16，10或8根鋼筋，在升溫10℃的情況下，得到軌道板最大縱向位移與植筋軌道板數(shù)量的關(guān)系，如圖5所示?？芍?①在解除軌道板縱向連接時，若不對相鄰軌道板進行植筋錨固，會產(chǎn)生較大的縱向位移。②以解鎖位置為起點，當錨固1塊軌道板時，軌道板的縱向位移顯著減小。隨著軌道板錨固數(shù)量的增加，軌道板的縱向位移逐漸減小，但縱向位移的縮減量也大幅減小。對3塊及以上的軌道板進行錨固，軌道板的最大縱向位移基本不變。從施工的經(jīng)濟性和安全性兩方面考慮，換板時宜對解鎖處的2塊軌道板進行植筋錨固。

圖5軌道板最大縱向位移與需錨固軌道板數(shù)量的關(guān)系

3. 2植筋方案的確定

在施工中，軌道板3種植筋錨固方式可以組合使用，從而在保證滿足施工規(guī)范要求的同時降低施工的工作量和鋼筋用量，減少施工成本。將3種植筋方式組合起來，比較不同溫度下、不同組合方式軌道板的最大縱向位移。組合用“X + Y”的方式表達，X為自解鎖位置起第1塊軌道板的植筋量，Y為第2塊軌道板的植筋量。

計算結(jié)果表明，在升溫10℃的條件下，當采用“10 + 10”的布置方式時，軌道板的最大縱向位移約為2. 2 mm。根據(jù)《客運專線無砟軌道鐵路設(shè)計指南》，無砟軌道鋪設(shè)時軌道板的軌向誤差不能超過2 mm，若要采取較少的鋼筋布置方式進行施工，則對施工溫度的要求將會比較嚴格，所以鋼筋的用量不宜太少。在計算時采用了5種組合方式，計算結(jié)果見表2。

表2不同錨固方案軌道板最大縱向位移

由表2可知:①在鋼筋用量相同的情況下，鋼筋布置方式對軌道板最大縱向位移量有影響。比較16 + 10和10 + 16，16 + 8和8 + 16布置方式可知，第1塊軌道板植筋較多時，軌道板縱向位移較小。這是因為越靠近解鎖位置，應(yīng)力釋放所產(chǎn)生的縱向位移越大，所以對于第1塊軌道板需植筋16根。②通過線性插值得出16 + 16，16 + 10和16 + 8這3種植筋方案在軌道板縱向位移達到2 mm時的升溫值分別為10. 1，10. 2和10. 6℃，如圖6所示。升溫溫度越高，3種鋼筋布置方式的軌道板最大縱向位移差值越大。

圖6不同升溫溫度下軌道板最大縱向位移

綜上所述，在施工時植筋的數(shù)量不能過少。對于不同位置軌道板植筋的用量，靠近解鎖位置的軌道板需要植入16根鋼筋。對于溫度變化較大的地區(qū)，建議第2塊軌道板植入16根鋼筋;對于溫度變化較小的地區(qū)，第2塊軌道板可植入8根鋼筋。

4　結(jié)論

1) CRTSⅡ型板式軌道維修換板維修時須對換板兩側(cè)的軌道板進行錨固。從安全性和施工兩方面考慮，建議每側(cè)植筋錨固的軌道板數(shù)量為2塊。

2)對于解鎖位置兩邊的第1塊軌道板，溫度應(yīng)力釋放所產(chǎn)生的最大縱向位移最大，故越靠近解鎖位置的軌道板植筋數(shù)量應(yīng)越多。對于第1塊軌道板需植入16根鋼筋。

3)對于第2塊軌道板的鋼筋用量可根據(jù)實際的氣溫條件決定，建議在溫度變化較大的情況下植入16根鋼筋，在溫度變化較小的情況下植入8根鋼筋。

參考文獻

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［2］蔡小培，高亮，孫漢武，等．橋上縱連板式無砟軌道無縫線路力學性能分析［J］．中國鐵道科學，2011，32( 6) : 28-33．

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［4］中國鐵道科學研究院鐵道建筑研究所．京津城際鐵路CRTSⅡ型板式無砟軌道設(shè)計原理與方法總結(jié)［R］．北京:中國鐵道科學研究院鐵道建筑研究所，2007．

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［6］陳一脈．CRTSⅡ型板式無砟軌道抬板維修方案研究［D］．西南交通大學，2014．

［7］張世堂．CRTSⅡ型板式無砟軌道無縫線路換板施工技術(shù)［J］．鐵道建筑技術(shù)，2012( 12) : 36-39．

［8］中華人民共和國鐵道部．TB 10015—2010鐵路無縫線路設(shè)計規(guī)范［S］．北京:中國鐵道出版社，2010．

［9］中華人民共和國鐵道部．TG/GW 115—2012高速鐵路無砟軌道線路維修規(guī)則(試行)［S］．北京:中國鐵道出版社，2013．

(責任審編李付軍)

Study on anchoring scheme of lifted track slab in repairing of CRTSⅡslab-type ballastless track

NI Yuefeng，REN Juanjuan，ZHAO Huawei

( MOE Key Laboratory of High-speed Railway Engineering，Southwest Jiaotong University，Chengdu Sichuan 610031，China)

Abstract:Longitudinal connections between slabs needed to be unlocked while damaged CRT SⅡSlab-type ballastless track slabs was repaired．T emperature stress should be released while longitudinal connection bars were unlocked in the presence of temperature force．T his should induce unlocking slabs longitudinal displacement，and was disadvantaged to the stability of track structure．T o reduce this influence，the slabs adjacent that be lifted needed to be anchored by embedded steel bars．A lifted track slab maintenance model was built by using ANSYS to analyze the effects of different anchoring schemes．T he results show that the adjacent 2 slabs at each side of the lifted slabs need to be anchored．T he first adjacent slab should be embedded 16 bars．T he second adjacent slab should be embedded 16 bars in high ambient temperature and change，while 8 bars in low ambient temperature and change．

Key words:CRT SⅡSlab-type ballastless track; Continuous welded rail; Slab lifting and repairing; Embedded steel bars

文章編號:1003-1995( 2016) 02-0132-04

作者簡介:倪躍峰( 1992—)，男，碩士研究生。

基金項目:國家自然科學基金資助項目( 51208438)，中國鐵路總公司科技研究開發(fā)計劃項目( 2015G001-F)

收稿日期:2015-10-11;修回日期: 2015-12-07

中圖分類號:U216．9; U213．2+44

文獻標識碼:A

DOI:10．3969 /j．issn．1003-1995．2016．02．31