行 寶，楊敏婕

(1.紹興市柯橋區(qū)軌道交通集團有限公司，浙江 紹興 312030；2.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)

由于地鐵特殊的運營環(huán)境，地鐵軌道系統(tǒng)難免產生裂縫、滲漏水等病害[1-2]。根據文獻[3]研究結果，滲漏水產生的積水主要對板式無砟軌道系統(tǒng)的CA砂漿充填層造成破壞，進而影響軌道的減振性能。目前國內已有對于高速鐵路軌道系統(tǒng)浸水條件下性能的研究[4]，但考慮到地鐵與高鐵運行條件的差異，其研究經驗不能直接應用于地鐵的板式無砟軌道系統(tǒng)。

考慮到減振的需要，國內某城市建設地鐵時擬在隧道內首次采用減振型板式無砟軌道系統(tǒng)。此種軌道結構在軌道板下增加了一層剛度較小的橡膠減振墊，以此來達到減振的目的。本文通過開展CA砂漿浸水后減振型板式無砟軌道系統(tǒng)的疲勞加載試驗，研究軌道系統(tǒng)的減振性能和充填層的力學性能隨不同疲勞強度(即加載次數)的演變規(guī)律。

1 疲勞試驗

1.1 減振型板式無砟軌道系統(tǒng)的安裝

本次疲勞試驗的對象是減振型板式無砟軌道系統(tǒng)，由鋼軌、DTIII型扣件、軌道板(4 100 mm×2 400 mm×200 mm)、板下減振墊(30 mm厚，滿鋪)、CA砂漿充填層(40 mm厚)、支承層組成，其中軌道板制造工藝符合科技基[2008]74號《客運專線鐵路CRTSⅠ型板式無砟軌道混凝土軌道板暫行技術條件》[5]的要求。為了保證CA砂漿性能穩(wěn)定，需要在常溫下養(yǎng)護28 d以上。由于需要模擬CA砂漿充填層受雨水侵蝕情況，在板式無砟軌道系統(tǒng)周圍砌筑水池并注入自來水，CA砂漿層的浸水深度為7～10 cm，浸泡2周以上。整個軌道系統(tǒng)現場組裝完成后的情況如圖1所示。

圖1 現場總裝圖

1.2 疲勞荷載確定

1.3 疲勞性能試驗步驟

疲勞試驗的主要步驟為：①將加載頭與鋼軌之間的傳力裝置按照相應的要求進行安裝并調平；②進行預加載，通過疲勞試驗機對軌道系統(tǒng)緩慢加載到340 kN，并保證誤差在1 kN以內，加載速率小于等于200 kN/min。用相同的加載速率按第1次荷載大小對軌道系統(tǒng)循環(huán)進行加載和卸載計10次；③正式加載，對軌道系統(tǒng)施加280～340 kN的周期荷載，加載頻率為5±1 Hz，加載次數取100萬次為1個疲勞加載階段；④在不同疲勞加載階段結束后，觀察軌道系統(tǒng)各部件功能是否穩(wěn)定，有無變形、掉塊，軌道板外部是否出現裂紋等現象;⑤進行下一個階段的疲勞加載，直至總疲勞次數達到500萬次。疲勞試驗加載裝置如圖2所示。

圖2 疲勞試驗加載裝置

2 減振型板式無砟軌道系統(tǒng)性能測試

為了評價浸水條件下減振型板式無砟軌道系統(tǒng)的減振性能與CA砂漿充填層的力學性能隨不同疲勞強度(即加載次數)的演變規(guī)律，在疲勞試驗的不同階段采用力錘對軌道結構進行敲擊，實時獲取軌下所有扣件所對應橫斷面上的鋼軌、承軌臺、軌道板與下部基礎的豎向振動加速度，測試軌道系統(tǒng)減振性能。在500萬次疲勞加載試驗結束后，取CA砂漿充填層試樣，對比疲勞試驗前后CA砂漿充填層的彈性模量、抗折強度與抗壓強度隨不同疲勞強度的變化情況，分析其在浸水條件下的力學性能。

2.1 不同疲勞強度下軌道系統(tǒng)減振性能測試

加速度傳遞率是評價結構減振隔振性能的重要參考指標[7]，加速度傳遞率越大，傳遞到下部結構的加速度越小，說明結構的減振隔振性能越好。本試驗擬通過測試力錘激勵下軌道系統(tǒng)各部件加速度的大小，計算不同疲勞強度下軌道系統(tǒng)從上至下的加速度傳遞率，以此來評價軌道系統(tǒng)減振性能的變化規(guī)律。

力錘沖擊下軌道系統(tǒng)減振性能試驗主要步驟如下：①在鋼軌、軌道板及充填層相應位置布置加速度傳感器，具體測點位置如圖3所示，分別為扣件位置對應鋼軌頂面處、扣件位置外延處、扣件位置對應軌道板處、沿軌道板外緣各扣件位置處，分別如圖中所示R-1—R-7,C-1—C-7,S-1—S-7及SU-1—SU-7，然后將加速度傳感器和力錘連接到數據采集分析設備；②在每100萬次疲勞試驗結束后，調試儀器并進行測試，選擇量程為100 kN的力錘，手持力錘以正確的角度和力度敲擊激勵點，敲擊激勵點在圖3中的 R-4 點附近；③在每次采集敲擊數據時，判斷力錘信號無連擊、無過載方可采集數據，否則重新敲擊。圖4為質量較好的力錘信號。

圖3 減振性能試驗測點布置

圖4 力錘信號

2.2 疲勞加載后CA砂漿力學性能測試

在浸水條件下減振型板式無砟軌道系統(tǒng)疲勞加載達到500萬次后，按照圖5和圖6上取樣點的位置，揭開軌道板對CA砂漿進行鉆芯、切割取樣。取圓柱形試件，通過萬能試驗機測定其彈性模量、抗壓強度、抗折強度，評價CA砂漿在疲勞荷載作用下的中長期穩(wěn)定性。

圖5 CA砂漿抗壓、抗折強度試驗取樣點布置

圖6 CA砂漿彈性模量試驗取樣點布置

3 試驗結果與分析

3.1 減振型板式無砟軌道系統(tǒng)疲勞性能試驗

減振型板式無砟軌道系統(tǒng)疲勞性能試驗結果表明：在整個疲勞加載過程中，軌道板未出現裂縫、脫落現象，軌道系統(tǒng)各個部件性能穩(wěn)定，結構疲勞性能指標合格。

3.2 不同疲勞強度下軌道系統(tǒng)減振性能測試

實測得到的鋼軌加速度信號見圖7。

圖7 鋼軌加速度信號

(1)

式中：a1max為力錘激勵下鋼軌(軌道板)加速度最大值；a2max為力錘激勵下承軌臺(下部基礎)加速度最大值。

圖8 鋼軌承軌臺加速度傳遞率隨疲勞強度變化規(guī)律圖9 軌道板下部基礎加速度傳遞率隨疲勞強度變化規(guī)律

3.3 疲勞加載后CA砂漿充填層力學性能測試

當疲勞試驗結束后，按照圖5所示的CA砂漿抗壓、抗折強度試驗取樣點布置取了4個CA砂漿試樣，分為4組試驗。采用萬能試驗機測試板下不同位置的CA砂漿充填層抗折強度，然后將抗折試驗折斷后的試樣放于萬能試驗機抗壓夾具內進行抗壓試驗，并分為4組，每組2對?？拐蹚姸葴y試數據見表1，抗壓強度測試數據見表2。

表1 CA砂漿充填層抗折強度試驗數據

表2 CA砂漿充填層抗壓強度試驗數據

當CA砂漿充填層抗折強度、抗壓強度試驗結束后，采用萬能試驗機測試CA砂漿充填層的彈性模量，測試數據匯總見圖10。

圖10 CA砂漿充填層彈性模量

由表1、表2和圖10可知：板下CA砂漿充填層不同部位的抗壓強度、抗折強度、彈性模量不同，最小值都在無砟軌道板跨中位置，分別為4.08，4.82，656.6 MPa。這說明CA砂漿充填層劣化程度與表面受荷情況有關，CA砂漿充填層受荷越大，其疲勞后抗折強度、抗壓強度和彈性模量越低。而本次試驗采用跨中單軸加載，軌道板跨中位置受力明顯大于其他位置。試驗結果表明CA砂漿層的老化性能受實際疲勞荷載分布情況影響較大。

4 結論

本文對浸水條件下減振型板式無砟軌道系統(tǒng)進行了系列試驗，結論如下：

1)在疲勞加載500萬次后，軌道板未出現裂縫、脫落現象，軌道系統(tǒng)其他部件性能穩(wěn)定，未出現嚴重傷損與變形，結構疲勞性能良好。

3)通過對膠砂型CA砂漿試件的抗壓強度、抗折強度、彈性模量進行測試分析,可知CA砂漿充填層劣化程度與表面受荷情況有關，CA砂漿充填層受荷越大，其疲勞后抗壓強度、抗折強度越低。