郭積程

（中鐵第四勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司，湖北武漢430063）

武漢地鐵1號(hào)線彈性短軌枕軌道病害及整治技術(shù)研究

郭積程

（中鐵第四勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司，湖北武漢430063）

針對(duì)武漢地鐵1號(hào)線彈性短軌枕軌道出現(xiàn)的典型病害，介紹了病害發(fā)生的原因，找到了解決病害問題的關(guān)鍵；結(jié)合整治試驗(yàn)段的實(shí)踐，提出了彈性短軌枕軌道病害的根本性整治技術(shù)方案，以期對(duì)指導(dǎo)地鐵工務(wù)維修有所裨益。

地鐵；彈性短軌枕；病害整治

0 前言

彈性短軌枕軌道結(jié)構(gòu)主要由鋼筋混凝土道床、橡膠套靴及塊下橡膠墊板、鋼筋混凝土短軌枕、彈性扣件、鋼軌等組成，這種結(jié)構(gòu)的軌道垂直彈性由軌下墊層、鐵墊板下墊層、軌枕下墊層等3層橡膠墊板共同提供，提高了軌道結(jié)構(gòu)的彈性，作為軌道中等減振措施的一種方案而曾經(jīng)被廣泛應(yīng)用。

武漢地鐵1號(hào)線是武漢市軌道交通線網(wǎng)中的第一條軌道交通線路。1號(hào)線全部采用高架敷設(shè)方式，根據(jù)環(huán)評(píng)要求，局部地段采用了彈性短軌枕軌道減振措施，其中一期工程共設(shè)置彈性短軌枕軌道1.646雙線公里，于2004年竣工；二期工程共設(shè)置彈性短軌枕軌道9.772雙線公里，于2010年竣工。

近年來，根據(jù)工務(wù)部門反饋，彈性短軌枕軌道出現(xiàn)病害的比例越來越高。為避免中斷運(yùn)營(yíng)的現(xiàn)象發(fā)生，除了加強(qiáng)該地段的巡視和觀測(cè)外，現(xiàn)場(chǎng)主要采取臨時(shí)加裝軌距拉桿（圖1）的措施以保持軌距，并輔助性地采取在軌下、鐵墊板下設(shè)置調(diào)高墊板，以及在橡膠套靴四周加塞木楔等措施進(jìn)行臨時(shí)處理或延緩病害發(fā)生，這些臨時(shí)措施不能長(zhǎng)效保持軌道整體框架幾何形位的穩(wěn)定，沒有從根本上解決彈性短軌枕軌道的病害問題。

圖1 軌距拉桿加強(qiáng)軌道幾何形位

1 彈性短軌枕軌道典型病害及原因

高架線鋪設(shè)的彈性短軌枕軌道作為一種露天放置、反復(fù)承受列車荷載的結(jié)構(gòu)物，在其長(zhǎng)期使用過程中，受列車荷載、溫度變化、紫外線照射以及雨水的洗刷影響，容易產(chǎn)生病害（圖2～圖4）。

（1）橡膠套靴老化、失去彈性，降低或失去減振效果。

（2）軌枕—套靴—道床之間出現(xiàn)剝離、間隙擴(kuò)大，造成軌枕松動(dòng)、空吊、短軌枕破裂以及軌枕四周出現(xiàn)翻漿冒泥等現(xiàn)象引起軌道幾何形位異常。

圖2 軌枕-套靴-道床之間出現(xiàn)剝離

圖3 軌枕碎裂

圖4 軌枕四周翻漿冒泥

（3）在建設(shè)過程中，如果存在橡膠套靴的外露或者套靴下道床混凝土振搗的不密實(shí)，運(yùn)營(yíng)后的套靴四周容易產(chǎn)生離縫。

（4）外露的橡膠套靴長(zhǎng)期受到外界陽(yáng)光和紫外線的照射后，橡膠容易出現(xiàn)老化變脆，從而失去彈性，使得短軌枕與塊下膠墊之間形成自然的空吊，在列車荷載的反復(fù)作用下，加劇了短軌枕與道床基礎(chǔ)之間的振動(dòng)沖擊，嚴(yán)重情況下將導(dǎo)致短軌枕的碎裂。

（5）在雨水的洗刷下，雨水沿著縫隙浸入承軌臺(tái)的凹槽內(nèi)，在列車荷載反復(fù)作用下，將導(dǎo)致彈性短軌枕四周出現(xiàn)翻漿冒泥現(xiàn)象。

2 彈性短軌枕軌道典型病害整治措施

受維修天窗時(shí)間短、作業(yè)環(huán)境差的影響，將彈性短軌枕道床全部鑿除再澆注新的道床存在干擾正常行車的風(fēng)險(xiǎn)，一般不予推薦采用。

針對(duì)運(yùn)營(yíng)過程中出現(xiàn)的這些病害，在充分利用既有道床結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，要整治病害，首先要解決套靴與混凝土結(jié)合面的密封問題。因此，避免空吊和阻隔水的浸入是解決方案的關(guān)鍵，要避免空吊和阻隔水，必須將拆除套靴后的道床坑用樹脂砂漿進(jìn)行填充，通過新舊混凝土之間的黏結(jié)解決結(jié)合面的密封問題。

2.1 整治設(shè)計(jì)

由于既有彈性短軌枕軌道屬于中等減振軌道，為了提高軌道設(shè)備的整體質(zhì)量和技術(shù)水平，同時(shí)不改變?cè)熊壍澜Y(jié)構(gòu)的減振性能，根據(jù)原環(huán)評(píng)報(bào)告中相應(yīng)的減振需求，武漢地鐵1號(hào)線試驗(yàn)段采用了雙層非線性減振扣件進(jìn)行原位換鋪的整治方案。雙層非線性減振扣件的原位換鋪整治方案需要將橡膠套靴及短軌枕全部拆除，同時(shí)在拆除橡膠套靴后形成的道床坑中恢復(fù)雙層非線性減振扣件整體道床結(jié)構(gòu)。根據(jù)原設(shè)計(jì)要求，拆除橡膠套靴后的道床坑底部尺寸為618 mm（長(zhǎng)）×304 mm（寬）×148 mm（深）。整治設(shè)計(jì)方案如下。

（1）方案1，預(yù)制短軌枕方案。在道床坑中采用預(yù)制短軌枕結(jié)構(gòu)，預(yù)制短軌枕尺寸比既有彈性短軌枕尺寸要稍小，內(nèi)部設(shè)構(gòu)造鋼筋，并預(yù)埋塑料套管，混凝土強(qiáng)度等級(jí)為C50，底部設(shè)預(yù)埋鋼筋鉤，以加強(qiáng)短軌枕與道床之間的聯(lián)結(jié)。

（2）方案2，扣件直埋式方案。將預(yù)埋塑料套管與雙層非線性減振扣件錨固螺栓擰緊后直接吊裝在鋼軌上并在道床坑中布置鋼筋網(wǎng)片，軌道精調(diào)到位后，在道床坑中直接灌注樹脂砂漿。

以上2種方案都需要對(duì)道床坑進(jìn)行鑿毛和植筋處理。方案2對(duì)施工精度的要求較高、進(jìn)度較慢，同時(shí)施工不當(dāng)時(shí)容易引起預(yù)埋塑料套管的歪斜、扣件墊板的空吊以及墊板被砂漿埋沒、污染等現(xiàn)象，容易留下運(yùn)營(yíng)安全隱患。考慮既有線改造時(shí)天窗時(shí)間短、功效低的特點(diǎn)，推薦采用方案1。方案1一方面可以提高施工精度，另一方面可以提高施工效率，達(dá)到盡快恢復(fù)線路軌道良好狀態(tài)的目的。

2.2 整治施工

根據(jù)既有線改造的特點(diǎn)，推薦采用“無(wú)縫線路解體，拆除既有軌枕及套靴、植筋、原位換鋪扣件及軌枕、灌注砂漿”的施工方法進(jìn)行彈性短軌枕軌道病害整治施工。

（1）無(wú)縫線路應(yīng)力放散，分解為有縫線路。將病害整治地段既有無(wú)縫線路進(jìn)行應(yīng)力放散，將線路扣件全部松開，使應(yīng)力達(dá)到現(xiàn)場(chǎng)施工時(shí)的軌溫。再將單元軌節(jié)按現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際焊頭位置切割成25 m 標(biāo)準(zhǔn)軌或相應(yīng)縮短軌，對(duì)焊頭處進(jìn)行打磨處理，軌端鉆孔后用凍結(jié)接頭夾板連接，恢復(fù)原扣件系統(tǒng)，最后安裝回流線，形成有縫線路（圖5）。

圖5 無(wú)縫線路分解為有縫線路

（2）拔出既有短軌枕、拆除套靴。采用“隔三換一”的原則進(jìn)行換鋪雙層非線性減振扣件（圖6），作業(yè)長(zhǎng)度根據(jù)夜間施工能力決定，宜以25 m 作為1個(gè)工作單元，保證更換的軌枕至少1天后可以承重，循環(huán)作業(yè)并完成更換軌枕。拆除當(dāng)天施工段鋼軌兩端的接頭夾板，按照“隔一拆三”的原則拆除當(dāng)天不更換段落的扣件，用齒條式起道機(jī)將鋼軌抬高250 mm，彈性套靴式短軌枕隨著鋼軌的抬高被拔出道床。再用短木枕頭墊在鋼軌下，并用扁鋼墊在被拔出的短軌枕下方，使其不下落。拆除被拔出的彈性套靴式短軌枕及扣件，并使用風(fēng)鎬或人工鑿除彈性套靴，清理道床坑內(nèi)雜物。

圖6 “隔三換一”平面布置圖

（3）道床坑鑿毛、安裝短軌枕、減振扣件。為保證與原有道床連接牢固，在彈性短軌枕的道床坑位置四周進(jìn)行鑿毛處理（圖7），用吸塵器將鉆孔內(nèi)灰塵清理干凈，取出短木枕，利用專用吸塵器將道床坑再次清理干凈，鋼軌復(fù)位，安裝減振扣件、短軌枕及接頭夾板。

圖7 道床坑四周鑿毛

圖8 灌注砂漿

（4）鉆孔、清孔、植筋并恢復(fù)線路。在原彈性短軌枕的道床坑位置四周植入錨固鋼筋，植筋采用直徑12 mm 的 HRB400級(jí)鋼筋，植筋深度不小于100 mm，露出道床坑底面70 mm，植筋應(yīng)避開既有道床縱向鋼筋。

（5）吸塵、灌注砂漿。利用專用吸塵器將已經(jīng)安裝好的短軌枕內(nèi)的基坑再次清理干凈，將拌制好的樹脂砂漿從一側(cè)倒入道床坑內(nèi)，使其從軌枕一側(cè)流入另一側(cè)，便于排除短軌枕基坑四周內(nèi)的空氣，并與原道床面平齊。

（6）道床養(yǎng)生、鋼軌臨時(shí)支護(hù)。待填充砂漿初凝2 h 后，拆除減振扣件彈條及軌下墊板，使換鋪后的短軌枕處于不承重狀態(tài)，為加強(qiáng)運(yùn)營(yíng)線路的軌道平順性，沿鋼軌方向在換鋪短軌枕前后采用短木枕臨時(shí)支承鋼軌，并在適當(dāng)位置安裝軌距拉桿。

（7）鋼軌焊接、應(yīng)力放散。直接利用既有鋼軌進(jìn)行焊接，焊接采用鋁熱焊。提前拆除扣件，將軌端的眼孔及既有焊縫用鋸軌機(jī)鋸開，并進(jìn)行軌頭打磨工作后再進(jìn)行鋼軌焊接。待本段鋼軌焊接完成后，在封鎖點(diǎn)內(nèi)拆除扣件，進(jìn)行應(yīng)力放散，并采用“連入法”完成已放散鎖定線路和既有無(wú)縫線路的連接。

2.3 整治效果

為了驗(yàn)證整治技術(shù)方案的效果，先期開展了試驗(yàn)段的整治實(shí)施，試驗(yàn)段位于武漢地鐵1號(hào)線東吳大道站—五環(huán)大道站區(qū)間右 WK0+711～右 WK0+810半徑為350 m的曲線范圍，試驗(yàn)段范圍的既有軌道主要技術(shù)條件為： U75V60 kg/m 鋼軌、WJ-2型扣件、彈性短軌枕（短軌枕+塊下膠墊+橡膠套靴）、縱向承軌臺(tái)式整體道床（4枕/臺(tái)）、軌枕鋪設(shè)間距600 mm、曲線超高120 mm。

試驗(yàn)段范圍的彈性套靴大部分出現(xiàn)了與道床的剝離，最大離縫值達(dá)15 mm，對(duì)此，采用“預(yù)制短軌枕+雙層非線性減振扣件”的換鋪方案于2015年7月完成了整治，整治后的軌道經(jīng)過近一年的運(yùn)營(yíng)考驗(yàn)表明，彈性短軌枕軌道病害整治方案可實(shí)施性強(qiáng)，整治后的軌道幾何狀態(tài)保持能力得到明顯提高，為武漢地鐵1號(hào)線后續(xù)彈性短軌枕軌道大規(guī)模的整治實(shí)施提供了寶貴經(jīng)驗(yàn)。

3 結(jié)束語(yǔ)

從實(shí)際運(yùn)營(yíng)和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)來看，彈性短軌枕軌道的減振效果和結(jié)構(gòu)性能對(duì)施工及運(yùn)營(yíng)維護(hù)質(zhì)量的依賴程度較高，若施工中存在彈性套靴及枕下墊板綁扎不密貼，或套靴中夾入雜物、水，或運(yùn)營(yíng)維護(hù)不及時(shí)，則不僅會(huì)削弱軌道的減振性能，而且易產(chǎn)生軌枕松動(dòng)、軌距異常、道床翻漿等病害；針對(duì)既有運(yùn)營(yíng)線的彈性短軌枕軌道出現(xiàn)這些病害時(shí)，在不中斷運(yùn)營(yíng)行車的前提下，整治實(shí)施時(shí)應(yīng)重點(diǎn)解決套靴與混凝土結(jié)合面的密封問題。從武漢地鐵1號(hào)線試驗(yàn)段的整治效果反饋可知，采用“雙層非線性減振扣件+預(yù)制短軌枕”的整治技術(shù)方案在一定程度上可以較好地解決彈性短軌枕軌道的病害問題，可供同類工程參考。

[1] 中鐵第四勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司．武漢市軌道交通1號(hào)線彈性短軌枕軌道改造施工圖[G]．湖北武漢：中鐵第四勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司，2015．

[2] 郭積程．城軌交通軌道減振設(shè)計(jì)分析[J]. 現(xiàn)代城市軌道交通，2010（5）．

[3] 中鐵第四勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司．地鐵運(yùn)營(yíng)線路的軌道養(yǎng)護(hù)維修技術(shù)研究[R]．湖北武漢：中鐵第四勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司，2015．

[4] 郭春華．地鐵運(yùn)營(yíng)線路既有彈性短軌枕扣件地段更換Vanguard（先鋒）扣件施工工藝[J]. 科技傳播，2013（2）：135．

[5] 郭積程．預(yù)制浮置板道床在武漢地鐵中的應(yīng)用[J]. 現(xiàn)代城市軌道交通，2015（3）．

責(zé)任編輯 朱開明

Study of Track Defect on Resilient Short Sleeper and Remediation Technology on
Wuhan Metro Line1

Guo Jicheng

Aiming at the typical defects occurred on resilient short sleeper track of Wuhan metro line1, the paper introduces the defect causes, finds out the key to solve the problems. By taking into consideration of the practice of the test section maintenance, the paper puts forward the fundamental remediation technology solution for resilient short sleeper track defects, in order to help to guide the metro maintenance.

metro, resilient short sleeper, defect treatment

U239

2016-05-03

郭積程（1985—），男，工程師