陳 偉

（中鐵十九局集團(tuán)第五工程有限公司，遼寧大連 116000）

0 引言

目前，無砟軌道在國內(nèi)高速鐵路建設(shè)中有著非常廣泛的應(yīng)用。因此，無砟軌道的病害分析以及無損檢測(cè)，對(duì)高速鐵路的安全與穩(wěn)定運(yùn)行具有至關(guān)重要的意義。由于技術(shù)層面因素的影響，高速鐵路無砟軌道的運(yùn)行過程中依然存在著方方面面的問題與不足。為有效規(guī)避這種運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)，并且對(duì)無砟軌道運(yùn)行過程中存在的問題進(jìn)行及時(shí)處理，需要結(jié)合現(xiàn)代無損勘測(cè)技術(shù)手段對(duì)高速鐵路無砟軌道的病害成因進(jìn)行分析，從而提升軌道整體的運(yùn)行穩(wěn)定性與安全性。

1 高速鐵路無砟軌道情況評(píng)估的重要意義

隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展與進(jìn)步，高速鐵路也實(shí)現(xiàn)了技術(shù)層面的優(yōu)化與完善。其中，無砟軌道目前已經(jīng)成為我國高速鐵路軌道運(yùn)行的重要模式，并且在全國范圍內(nèi)得到了廣泛的應(yīng)用。在高速鐵路無砟軌道的實(shí)際運(yùn)行過程當(dāng)中，軌道的平順性以及安全性能對(duì)于軌道的正常運(yùn)行起著非常關(guān)鍵的作用。然而，由于受到多方面人為以及環(huán)境因素的影響，高速鐵路無砟軌道在投入運(yùn)行之后會(huì)出現(xiàn)不同程度的病害問題，對(duì)軌道的穩(wěn)定性以及安全性都具有非常不利的影響。因此，為了有效規(guī)避以及解決高速鐵路無砟軌道出現(xiàn)的病害問題，需要建立起一套完善的軌道評(píng)估與整治體系，避免可能出現(xiàn)的安全問題，并且對(duì)無砟軌道運(yùn)行過程中存在的安全問題進(jìn)行及時(shí)合理的處理，保障高速鐵路無砟軌道運(yùn)行的安全性及穩(wěn)定性，促進(jìn)我國高速鐵路無砟軌道的長(zhǎng)遠(yuǎn)發(fā)展。目前，針對(duì)高速鐵路無砟軌道運(yùn)行的特殊性，主要采用的是相對(duì)安全的病害無損檢測(cè)法。高速鐵路無砟軌道整治與評(píng)估體系的建立，對(duì)于我國高速鐵路的整體運(yùn)行與發(fā)展具有十分重要的現(xiàn)實(shí)意義，因此需要相關(guān)部門以及人員給予充分的關(guān)注與重視，為高速鐵路的安全穩(wěn)定運(yùn)行奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

2 高速鐵路無砟軌道主要病害分析

2.1 正常無砟軌道

分析高速鐵路無砟軌道的常見病害之前，首先需要明確正常性能的無砟軌道運(yùn)行情況。一般而言，正常無砟軌道在檢測(cè)過程中，可以顯示出非常明顯的界面分層結(jié)構(gòu)，包括軌道板層、基床表層以及砂漿層。同時(shí)，正常的無砟軌道在進(jìn)行地質(zhì)雷達(dá)監(jiān)測(cè)時(shí)，會(huì)呈現(xiàn)出光滑平整的電磁波形，軌道板內(nèi)側(cè)面的電磁脈沖反射也可以實(shí)現(xiàn)非常清楚的觀測(cè)。此外，在正常的高速鐵路無砟軌道中，配筋粗細(xì)程度均勻穩(wěn)定。穩(wěn)定均一的信號(hào)波形，表明軌道內(nèi)部混凝土的密實(shí)性良好，軌道各層之間沒有出現(xiàn)間隙與孔洞，軌道的性能良好且正常，可以保證高速鐵路的穩(wěn)定與安全運(yùn)行。

2.2 病害成因

目前，國內(nèi)運(yùn)行的高速鐵路無砟軌道主要包括板式以及雙塊式兩大類型，這兩種軌道在實(shí)際運(yùn)行過程中產(chǎn)生病害的原因也呈現(xiàn)出多元化的特質(zhì)。一般而言，出現(xiàn)軌道病害的原因主要是混凝土澆筑過程中存在氣泡、軌道底板破裂、軌道層間孔洞裂隙以及基床層面出現(xiàn)裂隙等。在進(jìn)行軌道上層混凝土澆筑過程中，下層混凝土附著的粉塵、沉渣等雜質(zhì)需要進(jìn)行完全的清理掃除，以防止混凝土內(nèi)部出現(xiàn)孔洞與裂隙，降低無砟軌道的安全性能。此外，軌道混凝土澆筑的時(shí)間間隔不宜過長(zhǎng)，防止不同層面的混凝土之間出現(xiàn)難以融合的問題。這些問題在前期施工過程中，需要加大監(jiān)管力度，否則在高速鐵路正式投入運(yùn)行后，強(qiáng)大的沖擊力度以及負(fù)載會(huì)引起嚴(yán)重軌道病害的發(fā)生，對(duì)高速鐵路無砟軌道的整體運(yùn)行造成嚴(yán)重危害。

2.3 常見病害類型

2.3.1 砂漿層裂隙與損壞

目前國內(nèi)的高速鐵路無砟軌道的砂漿層主要采用結(jié)構(gòu)單一、不含配筋的混凝土，這種單一結(jié)構(gòu)的混凝土構(gòu)造導(dǎo)致軌道在實(shí)際運(yùn)行承重的情況下，容易產(chǎn)生軌道砂漿層的破損與裂隙[1]。其中，在軌道混凝土澆筑均勻性較差的位置，軌道的損壞與裂隙成為非常容易出現(xiàn)的病害。

2.3.2 軌道層配筋不均

在高速鐵路無砟軌道混凝土配筋時(shí)，由于配筋位置交錯(cuò)、混凝密實(shí)性較差以及配筋粗細(xì)不均等原因，在軌道正式投入運(yùn)行后，會(huì)對(duì)軌道整體的承重以及軌道各層之間的結(jié)構(gòu)位置造成不良影響，最終影響軌道層的運(yùn)行性能，降低軌道的平滑性與負(fù)載強(qiáng)度。

2.3.3 軌道板內(nèi)部結(jié)構(gòu)損壞

在高速鐵路無砟軌道前期混凝土澆筑過程中，由于混凝土密實(shí)性不佳等多種因素的影響，在軌道各層之間會(huì)形成位置的交錯(cuò)以及區(qū)域結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性降低。由于實(shí)際運(yùn)營(yíng)過程給高速鐵路無砟軌道帶來的高強(qiáng)度負(fù)載，鋼筋結(jié)構(gòu)之間錯(cuò)開的位置以及密實(shí)性較差的部分可能會(huì)在巨大壓力下演變成破損的孔洞以及裂縫，最終引發(fā)十分嚴(yán)重的安全問題。

2.3.4 軌道層間結(jié)構(gòu)破損

在上層混凝土澆筑過程中，可能由于砂漿層粉塵、沉渣等沒有進(jìn)行徹底清理，造成砂漿層與軌道板之間出現(xiàn)裂隙或孔洞。尤其在軌道承受高速負(fù)載的情況下，在砂漿層與軌道板之間會(huì)出現(xiàn)層間裂縫與損壞[2]。對(duì)于縱深的裂隙，由于長(zhǎng)期承載高負(fù)荷的壓力，可能會(huì)出現(xiàn)裂縫的貫穿與斷裂，在惡劣的氣象條件下會(huì)造成非常不利的后果。例如，在降水環(huán)境中，雨水從軌道的貫穿裂隙中流入，影響軌道的整體結(jié)構(gòu)安全，同時(shí)由于高速鐵路無砟軌道的特殊性，對(duì)于滲透軌道內(nèi)部的雨水很難進(jìn)行清除，這對(duì)軌道的使用壽命及運(yùn)行安全都將造成非常不利的影響。

2.3.5 軌道板表面磨損

高速鐵路在實(shí)際運(yùn)行中必須保證軌道板表面的平整與光滑，然而由于施工過程中存在的諸多問題，會(huì)導(dǎo)致軌道板平整性受損。在正式投入使用后，由于較高的負(fù)載與重力，導(dǎo)致軌道板出現(xiàn)破損甚至無法使用，從而對(duì)高速鐵路的安全運(yùn)行造成嚴(yán)重危害。

3 高速鐵路無砟軌道的無損檢測(cè)方式

目前，我國對(duì)于高速鐵路無砟軌道常用的無損檢測(cè)方法主要包括地質(zhì)雷達(dá)法、多道瞬態(tài)瑞雷面波法、沖擊回波法以及地震映像法[3]。不同的檢測(cè)方法所適應(yīng)的環(huán)境背景與作用特點(diǎn)存在著一些差異，因此在選擇高速鐵路無砟軌道的無損檢測(cè)方法時(shí)，要充分考慮不同檢測(cè)方法的特性，選擇最優(yōu)的無損檢測(cè)技術(shù)手段，提升高速鐵路無砟軌道病害無損檢測(cè)的效能。

3.1 地質(zhì)雷達(dá)法

地質(zhì)雷達(dá)法在高速鐵路無砟軌道無損檢測(cè)中的應(yīng)用最為廣泛。地質(zhì)雷達(dá)法主要是通過向目標(biāo)物發(fā)射電磁脈沖信號(hào)，一般多采用頻率較高的電磁波，通過連續(xù)發(fā)射高頻電磁脈沖，對(duì)目標(biāo)物的特性進(jìn)行勘測(cè)[4]。在連續(xù)的高頻電磁脈沖傳播過程中，遇到存在電性差異的物體表面時(shí)，通常會(huì)發(fā)生反射與透射。電磁脈沖信號(hào)接收器則將反射的電磁波信號(hào)進(jìn)行接收與記載。一方面，通過接收器接收的電磁波信號(hào)的頻率、波幅以及波形等要素，可以對(duì)目標(biāo)物體的特性進(jìn)行判斷分析，從而得出目標(biāo)物的特征。另一方面，根據(jù)接收器接收到電磁波信號(hào)的間隔時(shí)間以及該頻率電磁波在目標(biāo)介質(zhì)中傳播的速度，可以對(duì)目標(biāo)物的深度進(jìn)行推斷與計(jì)算。地質(zhì)雷達(dá)法對(duì)于高速鐵路無砟軌道中混凝土內(nèi)部的裂隙孔洞以及配筋結(jié)構(gòu)的病害檢測(cè)具有著非常重要的意義，因此也是進(jìn)行相關(guān)病害檢測(cè)的首選技術(shù)手段。然而，由于軌道板內(nèi)配筋的影響，電磁信號(hào)比較容易發(fā)生衰減，因而對(duì)于軌道板與機(jī)床層之間界面的檢測(cè)效果不理想，難以產(chǎn)生清晰的檢測(cè)信號(hào)。

3.2 多道瞬態(tài)瑞雷面波法

瞬變電磁法的檢測(cè)原理主要是利用物體質(zhì)點(diǎn)之間慣性與彈性的相互作用，從而對(duì)體波產(chǎn)生干涉，然后在物體界面與內(nèi)部進(jìn)行波的傳播，進(jìn)一步衍生出面波。其中，由于面波的能量特點(diǎn)，通常利用面波進(jìn)行目標(biāo)物的檢測(cè)與勘察，從而實(shí)現(xiàn)檢測(cè)過程中信噪比的有效提升。同時(shí)，瑞雷波會(huì)沿著地球表面進(jìn)行擴(kuò)散與傳播，瑞雷波的傳播深度主要取決于瑞雷波的波長(zhǎng)，而傳播的速度則主要與瑞雷波的頻率相關(guān)。瑞雷波的這種傳播特性被稱為面波傳播的頻散，這也是面波勘探檢測(cè)的重要原理。然而，受到測(cè)量精度的影響，當(dāng)前的多道瞬態(tài)瑞雷面波法對(duì)板式高速鐵路無砟軌道的病害檢測(cè)相對(duì)受限。

3.3 沖擊回波法

沖擊回波法是指通過發(fā)生彈性沖擊時(shí)瞬時(shí)產(chǎn)生的應(yīng)力波在目標(biāo)物內(nèi)部進(jìn)行傳播，并且在裂隙與孔洞的位置發(fā)生波的反射，這種反射波會(huì)造成結(jié)構(gòu)表面發(fā)生位移，這一位移可以被設(shè)置的接收器記錄，并且產(chǎn)生電壓與時(shí)間相關(guān)的信號(hào)，再經(jīng)過一系列轉(zhuǎn)換，最終得到振幅與頻率圖形，對(duì)目標(biāo)物的內(nèi)部結(jié)構(gòu)進(jìn)行反映[5]。通過對(duì)振幅與頻率圖形的分析，可以得到目標(biāo)物的厚度以及內(nèi)部破損的位置深度。沖擊回波法對(duì)于板式高速鐵路無砟軌道離縫病害的檢測(cè)具有非常重要的意義。一般而言，沖擊回波對(duì)于目標(biāo)物不同的介質(zhì)之間阻抗的差異具有較高的靈敏性，因而在存在離縫病害的板式軌道的離縫界面會(huì)發(fā)生強(qiáng)度較大的反射，這一反射波的信號(hào)可以通過接收器以及傳感器呈現(xiàn)，最終實(shí)現(xiàn)板式高速鐵路無砟軌道離縫病害的無損檢測(cè)。

3.4 地震映像法

地震映像法主要是針對(duì)于較淺層的地震勘測(cè)方法，因此在應(yīng)用過程中存在著一定程度的局限性[6]。地震映像法是從反射波勘測(cè)技術(shù)衍生出來的勘測(cè)方法，主要是通過發(fā)射固定偏移距的信號(hào)對(duì)剖面的目標(biāo)物進(jìn)行勘察，再通過接收器對(duì)反射波的傳播時(shí)間以及放置在地表的各個(gè)接收器之間的位置數(shù)據(jù)，對(duì)目標(biāo)物的深度進(jìn)行推斷與勘測(cè)。顯然，地震映像法也無法滿足板式高速鐵路無砟軌道離縫相關(guān)的病害檢測(cè)。

4 結(jié)束語

受到發(fā)展時(shí)間的限制，目前我國高速鐵路無砟軌道的病害無損檢測(cè)依然處于相對(duì)滯后的階段，相關(guān)勘測(cè)經(jīng)驗(yàn)也較為欠缺。由于高速鐵路運(yùn)行過程中的高負(fù)荷以及高速度特性，軌道表面以及內(nèi)部存在的小問題也會(huì)成為威脅軌道安全運(yùn)行的大危害。因此，需要對(duì)高速鐵路無砟軌道的常見病害建立完善的認(rèn)知，在前期施工過程中進(jìn)行科學(xué)合理的規(guī)避。同時(shí)，對(duì)軌道進(jìn)行定期的無損檢測(cè)，及時(shí)排除軌道運(yùn)行過程中存在的問題，保證軌道的安全與穩(wěn)定運(yùn)行。