吳立娜

(中國鐵路總公司 工程管理中心，北京 100844)

CRTSⅢ型板式無砟軌道是我國擁有自主知識產(chǎn)權(quán)的一種新型無砟軌道結(jié)構(gòu)。經(jīng)過10余年研發(fā)及應(yīng)用,在理論分析、結(jié)構(gòu)設(shè)計、試驗研究、工程材料、建造技術(shù)、養(yǎng)護維修、結(jié)構(gòu)耐久性以及技術(shù)經(jīng)濟性等方面的研究工作基本完成[1-2]，形成了先張法預(yù)應(yīng)力軌道板、后張法預(yù)應(yīng)力軌道板和普通鋼筋混凝土軌道板3種基本板型。這些板型結(jié)合“縱向單元、垂向復(fù)合”設(shè)計思路，可適應(yīng)多種氣候環(huán)境條件，且具有較好的耐久性和可維修性。

與有砟軌道相比，無砟軌道具有少維修的優(yōu)點，但當出現(xiàn)質(zhì)量問題時，也具有難維修的缺點。前期工程實踐表明，線路運營中的主要問題是建設(shè)階段遺留下的問題。盡管CRTSⅢ型板式無砟軌道結(jié)構(gòu)在研發(fā)時考慮了可更換維修條件，但是一旦投入運營，更換難度與成本依然較大。為減少施工過程返工及運營階段維修管理作業(yè)量，本文總結(jié)CRTSⅢ型板式無砟軌道施工技術(shù)[3-8]，分析施工過程中容易出現(xiàn)的質(zhì)量問題[9-11]及其產(chǎn)生原因，并提出相應(yīng)的解決措施，為后續(xù)相關(guān)工程質(zhì)量控制提供參考。

1 CRTSⅢ型板式無砟軌道結(jié)構(gòu)

CRTSⅢ型板式無砟軌道(如圖1所示)是在吸收CRTSⅠ,CRTSⅡ型板式和雙塊無砟軌道結(jié)構(gòu)技術(shù)特點基礎(chǔ)上，通過結(jié)構(gòu)優(yōu)化再創(chuàng)新研制而成的。路基、橋梁、隧道地段結(jié)構(gòu)形式統(tǒng)一，均采用單元結(jié)構(gòu)，由鋼軌、扣件、軌道板、自密實混凝土層、鋼筋混凝土底座、隔離層及限位結(jié)構(gòu)等部分組成。軌道板在工廠預(yù)制；自密實混凝土層現(xiàn)場澆筑，與軌道板形成復(fù)合結(jié)構(gòu)并與底座預(yù)留凹槽形成榫卯限位；路基和隧道地段2～4塊軌道板設(shè)置一段底座，橋梁地段每塊軌道板設(shè)置一段底座；復(fù)合結(jié)構(gòu)與底座之間設(shè)置隔離層。

圖1 CRTSⅢ型板式無砟軌道結(jié)構(gòu)示意

2 施工質(zhì)量問題及控制技術(shù)

2.1 軌道板鋪設(shè)精度

2.1.1 主要問題

軌道板承受列車荷載并提供扣件接口，其鋪設(shè)精度直接影響軌道幾何狀態(tài)。常見問題有：①鋪設(shè)精度偏差超出驗收標準，但仍在建設(shè)期扣件有效調(diào)整范圍內(nèi)，方向調(diào)整一般不大于扣件左右調(diào)整量的一半，高程調(diào)整不超過10 mm。其影響是軌道精調(diào)扣配件用量增大，增加工程成本。②鋪設(shè)精度超出建設(shè)期扣件有效調(diào)整范圍，需拆除返工。③線路開通運營后軌道幾何狀態(tài)發(fā)生變化，超出維修管理限值，造成列車限速運行，甚至須停運整治。

2.1.2 原因分析

影響軌道板鋪設(shè)精度的因素較多，主要有：①鋪設(shè)過程質(zhì)量控制不嚴，固定措施不牢，監(jiān)控措施不到位，造成自密實混凝土澆筑過程中軌道板發(fā)生位移。②線下工程沉降評估、CPⅢ軌道控制網(wǎng)布設(shè)與評估、線下工程的驗收及復(fù)測等無砟軌道鋪設(shè)前提條件未嚴格執(zhí)行，造成鋪設(shè)精度偏差較大，或后期線下工程沉降變形引起軌道幾何狀態(tài)變化。③軌道板的預(yù)制精度控制不到位，進場驗收把關(guān)不嚴，不合格品流入，影響軌道幾何狀態(tài)。

2.1.3 施工控制關(guān)鍵措施

1)加強線下工程沉降評估。無砟軌道鋪設(shè)于路基、橋梁及隧道上，對線下工程變形具有較強的敏感性。為了更好地控制軌道幾何狀態(tài)，滿足運營期間線路高平順、少維修要求，無砟軌道施工前須滿足線下工程沉降穩(wěn)定要求。目前，沉降觀測存在部分觀測數(shù)據(jù)不真實、布點不合理等問題，造成評估結(jié)果不準確，導(dǎo)致無砟軌道運營后甚至施工過程中線下工程出現(xiàn)沉降變形，進而造成軌道幾何狀態(tài)變化過大。該問題主要發(fā)生在路橋過渡段、軟弱地基處理段與隧道段。所以，在無砟軌道施工前應(yīng)嚴格進行線下工程沉降評估，除加強現(xiàn)場管理外，還應(yīng)積極推行信息化管理措施，保證數(shù)據(jù)與測量頻次滿足Q/CR 9230—2016《鐵路工程沉降變形觀測與評估技術(shù)規(guī)程》要求；在路橋過渡段、軟弱地基段加密沉降觀測點，加強改良膨脹土填料路基地段填筑層(路基表面增加沉降觀測點)、隧道地段仰拱回填層頂面的沉降觀測等，及時進行沉降數(shù)據(jù)分析，盡早發(fā)現(xiàn)問題，提前整治。

2)加強CPⅢ控制網(wǎng)布設(shè)與評估。CPⅢ控制網(wǎng)是軌道工程施工的基礎(chǔ)，直接影響無砟軌道鋪設(shè)精度。目前發(fā)現(xiàn)的無砟軌道鋪設(shè)精度超標問題中，60%以上是由于CPⅢ控制網(wǎng)管理不力造成的。前期曾出現(xiàn)CPⅡ 控制網(wǎng)沒有及時復(fù)測導(dǎo)致CPⅢ控制網(wǎng)整體精度不足造成長大段落無砟軌道精度偏差過大而返工的問題、隧道內(nèi)CPⅢ控制網(wǎng)貫通測量前開始無砟軌道施工導(dǎo)致測量誤差未及時消除進而造成無砟軌道銜接段方向出現(xiàn)“穿袖”問題、長大橋梁地段 CPⅢ點不穩(wěn)定且無砟軌道施工前未進行復(fù)測造成施工測量偏差的問題、 CPⅢ控制網(wǎng)未評估完成即開始施工造成評估成果調(diào)整影響施工精度等問題。因此，無砟軌道施工前應(yīng)按照TB 10601—2009《高速鐵路工程測量規(guī)范》及相關(guān)管理辦法加強CPⅢ控制網(wǎng)布設(shè)及評估工作，并定期或在特殊工況下進行復(fù)測，避免因CPⅢ控制網(wǎng)問題引起的無砟軌道鋪設(shè)偏差問題。

3)加強線下工程驗收及復(fù)測。無砟軌道施工前應(yīng)對線下工程進行驗收，避免因線下工程質(zhì)量問題導(dǎo)致無砟軌道返工。除實體質(zhì)量驗收外，還應(yīng)重點對線下工程標高、中線位置、梁縫位置、寬度等進行復(fù)測，根據(jù)實測數(shù)據(jù)，利用設(shè)計-施工一體化軟件進行施工布板，消除線下工程施工誤差影響，避免出現(xiàn)軌道板縱向壓縫、梁縫處扣件間距超標、底座厚度不足等問題。

4)加強軌道板進場驗收及存放。軌道板進場驗收除按照標準要求進行相關(guān)內(nèi)容驗收外，重點應(yīng)對軌道板平面度進行復(fù)檢。隨著軌道板生產(chǎn)工藝的改進，在軌道板水養(yǎng)完成時其平面度基本可達100%滿足規(guī)范要求，但軌道板場長期監(jiān)測數(shù)據(jù)表明，隨著混凝土齡期增長軌道板平面度有進一步發(fā)展趨勢，基本在1～2 mm。由于成品CRTSⅢ型軌道板鋪設(shè)無齡期要求，出廠與鋪設(shè)時間間隔較長，加之現(xiàn)場存板條件受限，軌道板易出現(xiàn)翹曲變形，雖不影響整體軌道精度，但對扣件調(diào)整量有直接影響，所以在現(xiàn)場軌道板驗收時應(yīng)多加注意，重點控制。

5)加強施工工藝過程控制措施：①軌道板精調(diào)完成后12 h內(nèi)未進行自密實混凝土澆筑，須重新復(fù)測，以減小長時間放置對精調(diào)效果的影響。②自密實混凝土澆筑前重新檢查模板、軌道板的固定措施。③自密實混凝土澆筑過程中，采用百分表監(jiān)測軌道板水平及高低位置變化。④自密實混凝土澆筑完成后及時復(fù)測，發(fā)現(xiàn)問題及時反饋，完善施工工藝。

2.2 底座

2.2.1 主要問題

底座施工過程中存在的主要質(zhì)量問題有限位凹槽四角裂紋、底座表面及橫向裂紋等(如圖2所示)。

圖2 底座主要質(zhì)量問題

2.2.2 原因分析

CRTSⅢ型板式無砟軌道每塊軌道板對應(yīng)底座設(shè)置2個100 cm×70 cm×10 cm限位凹槽，其四角裂紋主要成因為：①限位凹槽呈矩形，受混凝土收縮徐變影響，四角產(chǎn)生應(yīng)力集中。②底座混凝土澆筑過程中，施工人員為了避免混凝土外溢并減少對限位凹槽模板的影響，混凝土不直接澆筑到凹槽周邊，而是通過混凝土流動性輔以振搗棒振搗到達，致使凹槽周邊粗骨料相對較少，水泥砂漿集中，導(dǎo)致該處混凝土收縮變形加大。③在底座混凝土振搗過程中，施工人員潛意識地避讓凹槽模板，振搗密實度不足。上述因素作用下，拉應(yīng)力大于混凝土抗拉強度時將產(chǎn)生裂紋，此類裂紋雖對結(jié)構(gòu)受力影響較小，但其長期存在，可影響底座耐久性。

底座表面及橫向裂紋一般有表層微細裂紋和橫向貫通裂紋2種形式。主要原因為：①混凝土配合比不合理，為了利于泵送施工及加快模板周轉(zhuǎn)，個別施工單位在混凝土配合比設(shè)計時，提高了混凝土的早期強度，增大了膠凝材料比例，加大了水灰比，塌落度甚至超過220 mm，致使底座混凝土前期收縮變形較大，形成表面裂紋。②底座與自密實混凝土施工時間間隔不足，在底座混凝土強度未達到設(shè)計要求時澆筑自密實混凝土，此時底座混凝土仍處于收縮變形發(fā)展階段，而為防止自密實混凝土與軌道板離縫，自密實混凝土具有一定微膨脹性，致使限位凹槽側(cè)向受力，產(chǎn)生橫向貫通裂紋。此類裂紋一般在自密實混凝土澆筑1周后出現(xiàn)，且具有一定規(guī)律性。

2.2.3 施工控制關(guān)鍵措施

通過大量現(xiàn)場試驗驗證，結(jié)合CRTSⅠ型雙塊式無砟軌道道床板施工經(jīng)驗，總結(jié)施工關(guān)鍵控制技術(shù)為：①吸取新建蘭新鐵路第二雙線CRTSⅠ型雙塊式無砟軌道道床板混凝土相關(guān)經(jīng)驗，底座混凝土配合比執(zhí)行“三低一高”(低膠材、低用水量、低坍落度、高含氣量)技術(shù)路線，尤其要嚴控水灰比和塌落度，泵送混凝土塌落度控制在160 mm以內(nèi)，斗送混凝土塌落度控制在140 mm 以內(nèi)，并建議有條件時優(yōu)先采用斗送方式。②加強底座混凝土的早期養(yǎng)護，提高混凝土的抗裂性能，并對未鋪設(shè)軌道板的地段進行覆蓋養(yǎng)護，減小溫度應(yīng)力。③科學(xué)控制施工步距，確保底座與自密實混凝土施工間隔不小于1個月。④限位凹槽周邊混凝土采用人工直接澆筑方式，保證粗骨料比率及均勻性，利用振搗棒充分振搗，并在限位凹槽四角設(shè)置防裂鋼筋的基礎(chǔ)上增設(shè)防裂鋼筋網(wǎng)。

2.3 自密實混凝土

2.3.1 主要問題

自密實混凝土層是CRTSⅢ型板式無砟軌道的重要組成部分，不僅起到充填調(diào)整作用，還與軌道板形成復(fù)合板共同受力、變形和振動，也是CRTSⅢ型板式無砟軌道區(qū)別于其他軌道形式的核心所在。目前主要問題是厚度偏差過大，泡沫層、自密實混凝土與軌道板間離縫等(如圖3所示)。

圖3 自密實混凝土質(zhì)量問題

2.3.2 原因分析

自密實混凝土層厚度偏差主要由底座標高控制不嚴、頂面標高高于或低于設(shè)計值所致。泡沫層的形成主要是由于混凝土配合比不合理、拌和物擴展度過大、拌和物黏度不足等。自密實混凝土層和軌道板離縫等主要是由于自密實混凝土過稀、澆筑前限位凹槽內(nèi)積水未清除，由于密度差異，澆筑過程中的泌出水或限位凹槽積水被驅(qū)趕至軌道板和自密實混凝土接觸面，從而形成層間離縫。

2.3.3 施工控制關(guān)鍵措施

無砟軌道施工前對線下結(jié)構(gòu)進行復(fù)測，當橋面標高超標影響底座厚度又不能調(diào)整時，應(yīng)及時按程序進行變更設(shè)計。軌道板防上浮壓緊裝置每塊板不少于5道，自密實混凝土澆筑過程中采用百分表進行監(jiān)控。加強自密實混凝土原材料及制備過程控制，保持工作性能穩(wěn)定。自密實混凝土澆筑前通過軌道板觀察孔檢測底座限位凹槽，若有積水須及時排出。

2.4 伸縮縫嵌縫

2.4.1 主要問題

為防止雨水通過底座伸縮縫流入線下結(jié)構(gòu)尤其是路基本體，影響線下結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性及耐久性，在底座伸縮縫處填充嵌縫材料進行防水設(shè)計。嵌縫材料由閉孔聚乙烯塑料泡沫板、密封膠、界面劑組成。其主要質(zhì)量問題為密封膠自身開裂、密封膠與底座端部離縫等，如圖4 所示。

圖4 伸縮縫嵌縫主要質(zhì)量問題

2.4.2 原因分析

伸縮縫嵌縫問題的原因：①密封膠質(zhì)量不合格，目前密封膠主要采用雙組分聚氨酯或單組分硅酮，由于市場較混雜致使不合格產(chǎn)品流入，所使用的材料拉伸強度、伸長率、黏結(jié)性能、耐老化性能不滿足要求，短期內(nèi)發(fā)生材料本體開裂現(xiàn)象。②施工工藝及過程控制不達標，底座端部混凝土面清理不干凈、界面劑沒有涂刷完整等影響密封膠與底座端面的黏結(jié)，造成離縫。

2.4.3 施工控制關(guān)鍵措施

加強材料進場驗收，確保嵌縫所用材料的品種、規(guī)格、質(zhì)量等符合設(shè)計要求和相關(guān)標準規(guī)定，嚴禁低價劣質(zhì)材料進入。伸縮縫內(nèi)清理干凈，保持清潔、干燥，伸縮縫兩側(cè)混凝土面用角磨機打磨，清除浮漿、脫模劑、養(yǎng)護劑等雜物，并用吹風(fēng)機清理干凈。界面劑涂刷均勻，全部覆蓋接觸面，待表面干燥30 min后再灌入密封膠。雙組分密封膠應(yīng)嚴格按照廠家配比攪拌均勻，一次拌制的材料應(yīng)在30 min內(nèi)使用。

3 結(jié)語

自2010年5月以來，采用CRTSⅢ型板式無砟軌道的成灌、成彭支線、盤營、武漢城際、沈丹、成綿樂、鄭徐等鐵路相繼建成，開通里程超過 1 700 km，在建線路超過 4 000 km，并且走出國門，應(yīng)用于印尼雅萬高速鐵路。CRTSⅢ型板式無砟軌道不僅是我國高速鐵路無砟軌道的主要形式，也適用于城際鐵路等工程建設(shè)，應(yīng)用前景廣闊。

目前，CRTSⅢ型板式無砟軌道已成為高速鐵路領(lǐng)域的“中國品牌”，將其發(fā)揚光大不僅需要結(jié)構(gòu)體系自身的技術(shù)優(yōu)勢，還在于建設(shè)過程中良好的施工質(zhì)量。因此，須關(guān)注施工中的任何一個細節(jié)，加強關(guān)鍵工序過程控制，做到精益求精，切實保證CRTSⅢ型板式無砟軌道的施工質(zhì)量。