龐帥 姜子清 姚建平 樓梁偉 張志超 孫宣

（1.中國(guó)鐵道科學(xué)研究院集團(tuán)有限公司鐵道建筑研究所，北京 100081；2.北京鐵科特種工程技術(shù)有限公司，北京 100081）

蘭新客運(yùn)專線等線路路基上拱病害造成的軌道不平順一般采用扣件精調(diào)進(jìn)行處理，但上拱量超過限值后只能采取限速措施來保證運(yùn)營(yíng)安全。因此，研發(fā)上拱病害整治技術(shù)對(duì)保證鐵路安全運(yùn)營(yíng)意義重大。王鵬程等［1］通過對(duì)蘭新客運(yùn)專線病害區(qū)間的監(jiān)測(cè)及試驗(yàn)研究了路基上拱的原因。趙磊［2］通過耦合靜動(dòng)態(tài)分析了上拱對(duì)過渡段的影響。朱興永等［3］結(jié)合實(shí)際工程提出切割減薄支承層的方法來整治上拱病害問題。李強(qiáng)，李傳勇等［4-5］研究了隧道內(nèi)整體道床上拱病害并提出整治措施。

針對(duì)雙塊式無砟軌道基礎(chǔ)上拱問題，已研發(fā)出切割支承層落道、暗挖基床落道、掏挖級(jí)配碎石落道等［6］技術(shù)，主要適用于大范圍區(qū)段基礎(chǔ)上拱病害整治，對(duì)于長(zhǎng)度短、突變點(diǎn)等位置的上拱病害上述方法明顯不適用?；诖耍疚奶岢銮懈畛熊壟_(tái)并設(shè)置新扣件系統(tǒng)的整治方法，為處理該類問題提供新的思路。

1 總體方案及研究目的

切割置換承軌臺(tái)方案是通過切除上拱區(qū)間承軌臺(tái)，在承軌臺(tái)間道床板上鉆孔并預(yù)埋套管、安裝WJ-7型扣件等工藝，以降低軌面標(biāo)高的技術(shù)方案?？紤]WJ-7型扣件標(biāo)準(zhǔn)高度為37 mm、道床板排水坡、既有負(fù)調(diào)整等情況，對(duì)于按照通用參考圖設(shè)計(jì)參數(shù)的線路，軌面標(biāo)高可降低35～40 mm。對(duì)于蘭新客運(yùn)專線，原則上軌面標(biāo)高可降低55～65 mm。

此項(xiàng)技術(shù)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)在于承軌臺(tái)切割、鉆孔定位、預(yù)埋套管植入錨固等。因此，本文通過道床板找平工藝、承軌臺(tái)切割工藝、道床板套管植入工藝及抗拔力試驗(yàn)，研究切割工藝、WJ-7型扣件安裝工藝及其可行性，評(píng)估預(yù)埋套管錨固材料與抗拔力是否滿足要求。

2 線下試驗(yàn)及結(jié)果分析

通過總結(jié)工藝流程，分析關(guān)鍵工序及技術(shù)要點(diǎn)，以各主要施工工序的獨(dú)立試驗(yàn)為基礎(chǔ)，驗(yàn)證整套工藝的可行性。

2.1 道床板找平工藝試驗(yàn)

為了確?？奂惭b位置的平整度，降低道床板排水坡對(duì)新扣件安裝的影響，提高新扣件與道床板間的貼合度，本次試驗(yàn)采用角磨機(jī)切磨道床板，并反復(fù)嘗試不同的切磨方式。切磨過程中利用水平尺進(jìn)一步控制平整度。

2.2 承軌臺(tái)切割工藝試驗(yàn)

承軌臺(tái)切割試驗(yàn)分為單塊承軌臺(tái)切割和多塊承軌臺(tái)切割2部分。其中單塊切割分為若干組，用于測(cè)算鋼筋對(duì)切割工藝的影響，包括對(duì)設(shè)備損傷的影響和時(shí)間損耗的影響；多塊切割用于測(cè)算不同切割方法對(duì)施工效率的影響。承軌臺(tái)切割工藝試驗(yàn)見圖1。

圖1 承軌臺(tái)切割工藝試驗(yàn)

在試驗(yàn)過程中發(fā)現(xiàn)，鋼筋會(huì)對(duì)切割效率造成一定影響，但影響程度不大，遇到鋼筋后所需切割時(shí)間僅下降了3～5 min。承軌臺(tái)切割完成后，邊角處會(huì)存在“欠挖”混凝土塊（圖1（a）），利用角磨機(jī)打磨即可處理。切割完成后道床板邊緣會(huì)出現(xiàn)一定的切割痕跡（圖1（c）），為保證道床板表面不受破壞，切割過程中應(yīng)合理控制繩鋸高度和松緊程度。此外，切割過程利用膠墊能夠有效地保護(hù)道床板。通過承軌臺(tái)切割試驗(yàn)，驗(yàn)證了繩鋸切割雙塊式軌枕承軌臺(tái)切實(shí)可行。

2.3 道床板套管植入工藝及抗拔力試驗(yàn)

道床板套管植入工藝及抗拔力試驗(yàn)是通過在道床板鉆孔后植入預(yù)埋套管并利用植筋膠錨固，待固化后測(cè)試抗拔力的試驗(yàn)。植筋膠的黏結(jié)力與接觸面積有直接關(guān)系，鉆孔孔徑不同，其內(nèi)部與植筋膠的接觸面積也不同：孔徑越大，接觸面積越大。此外，鉆孔孔徑會(huì)影響施工效率，因此選擇50，60 mm孔徑做對(duì)比試驗(yàn)。

通過鉆孔及套管植入試驗(yàn)，確定在原承軌臺(tái)間（沿線路方向）鉆孔是可行的，但遇到鋼筋時(shí)鉆孔速度較慢。試驗(yàn)表明：①50 mm孔徑的套管抗拔力不足，不滿足要求，60 mm孔徑的套管滿足要求；②鉆孔設(shè)計(jì)深度為15 cm，超鉆1 cm時(shí)可保證抗拔力達(dá)到設(shè)計(jì)值。不同孔徑下預(yù)埋套管的抗拔效果見表1。

表1 不同孔徑下預(yù)埋套管的抗拔效果

根據(jù)TB/T 3395.4—2015《高速鐵路扣件第4部分：WJ-7型扣件》［7］要求，抗拔力達(dá)到10 t即滿足要求。本次試驗(yàn)抗拔設(shè)備最大量程為20 t。由表1可知，在同等固化時(shí)間下，60 mm孔徑預(yù)埋套管的抗拔效果好于50 mm孔徑。

套管植入試驗(yàn)中，分別對(duì)黏結(jié)膠、環(huán)氧樹脂砂漿、速凝膠3種材料的植筋效果進(jìn)行試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)3種材料均能滿足最大抗拔力大于10 t的要求。3種材料的植筋效果見圖2。

圖2 3種材料的植筋效果

由圖2（a）可知，使用黏結(jié)膠錨固的預(yù)埋套管在抗拔試驗(yàn)完成后并未發(fā)生破壞，鉆孔周圍的混凝土表面除因鉆孔導(dǎo)致的破損外，未發(fā)現(xiàn)裂紋。由圖2（b）可知，環(huán)氧樹脂砂漿會(huì)造成預(yù)埋套管上浮和偏移，需要人為輔助才能固定，且環(huán)氧樹脂砂漿固化時(shí)間較長(zhǎng)，短期內(nèi)很難固定套管。由圖2（c）可知，速凝膠錨固效果較好，抗拔試驗(yàn)完成后鉆孔外圍出現(xiàn)細(xì)微裂紋，說明套管底部錨固作用部分失效，預(yù)埋套管產(chǎn)生微小位移，進(jìn)一步導(dǎo)致道床板表層混凝土破壞。

綜上可知，黏結(jié)膠效果最好，但固化時(shí)間較長(zhǎng)；環(huán)氧樹脂砂漿操作難度較高，易產(chǎn)生上浮及預(yù)埋套管偏位現(xiàn)象；速凝膠固化速度快，但抗拔性能較差。因此，為保證質(zhì)量，建議優(yōu)先考慮采用黏結(jié)膠植入套管，其次考慮采用速凝膠，避免采用環(huán)氧樹脂砂漿（或根據(jù)要求對(duì)其進(jìn)行改良）。

3 關(guān)鍵工序

通過線下試驗(yàn)及工程經(jīng)驗(yàn)，總結(jié)切割置換承軌臺(tái)的工藝流程（圖3），并提出關(guān)鍵工序及技術(shù)要點(diǎn)。關(guān)鍵工藝主要包括：新扣件安裝位置道床板打磨及找平、預(yù)埋套管鉆孔植入、切割承軌臺(tái)。

圖3 切割置換承軌臺(tái)工藝流程

1）新扣件安裝位置道床板打磨及找平

為保證新的扣件系統(tǒng)正常工作，使絕緣緩沖墊板緊密貼合在道床板表面，防止水侵損害，須對(duì)道床板進(jìn)行打磨及找平處理。利用專用的鉆孔定位工裝，借助原軌道位置進(jìn)行鉆孔定位，并依據(jù)絕緣緩沖墊板的尺寸確定打磨區(qū)域，利用角磨機(jī)打磨道床板表面。

2）預(yù)埋套管鉆孔植入

為保護(hù)新扣件安裝位置道床板不受切割作業(yè)的影響，應(yīng)首先完成道床板打磨、鉆孔機(jī)植入套管工作，且使用橡膠墊板保護(hù)道床板。采用水鉆進(jìn)行鉆孔作業(yè)，在成孔后利用高壓水槍清洗道床板，利用工業(yè)風(fēng)機(jī)烘干道床板。植入套管前在鉆孔內(nèi)放置干燥包，進(jìn)一步降低孔內(nèi)濕度，提升錨固效果。利用套管植入工裝定位預(yù)埋套管，并在工裝間隙向鉆孔內(nèi)灌注錨固膠，待膠體漫過鉆孔邊緣后停止注膠，待錨固膠初凝后卸下工裝，進(jìn)行下一組預(yù)埋套管的錨固作業(yè)。預(yù)埋套管植入完成后，利用橡膠墊板覆蓋對(duì)新扣件安裝位置道床板、套管進(jìn)行保護(hù)，同時(shí)準(zhǔn)備下一項(xiàng)施工內(nèi)容。

3）切割承軌臺(tái)

承軌臺(tái)切割是該技術(shù)的核心內(nèi)容之一，利用繩鋸?fù)瓿汕懈罟ぷ麟m然方便快捷，但存在一定的安全隱患，且受軌道兩側(cè)空間限制。在道床板兩側(cè)利用支承層固定繩鋸設(shè)備，并確保繩鋸固定到位，防止切割過程中因設(shè)備失穩(wěn)導(dǎo)致事故，也避免出現(xiàn)因設(shè)備抖動(dòng)過大導(dǎo)致的“超挖”、“欠挖”現(xiàn)象。另外，應(yīng)制作繩鋸定位工裝，以保證切割過程中繩索緊貼道床板，從而提高新扣件系統(tǒng)與原道床表面的貼合度。切割前需要利用角磨機(jī)對(duì)承軌臺(tái)遠(yuǎn)端邊角進(jìn)行整形處理，以便繩索能夠在切割初始階段按指定方向切割。繩鋸切割過程見圖4。

圖4 繩鋸切割過程

4 結(jié)論

1）切割承軌臺(tái)落道整治措施工程量小、作業(yè)效率高，適用于局部上拱需應(yīng)急整治的工點(diǎn)。對(duì)于按照通用參考圖設(shè)計(jì)參數(shù)的線路，軌面標(biāo)高可降低35～40 mm，蘭新客運(yùn)專線可降低55～65 mm。

2）鉆孔孔徑60 mm、深度15 cm時(shí)抗拔力滿足設(shè)計(jì)要求?？讖竭^大、深度過深會(huì)影響鉆孔效率，且不易施工；孔徑過小、深度較淺則達(dá)不到抗拔強(qiáng)度。在套管植入前應(yīng)對(duì)鉆孔進(jìn)行充分清洗及烘干，以提升錨固效果。

3）為避免長(zhǎng)時(shí)間使用臨時(shí)支撐裝置支撐鋼軌，防止切割過程中對(duì)道床板造成破壞，應(yīng)優(yōu)先完成道床板打磨及新扣件位置定位，并利用橡膠墊板進(jìn)行保護(hù)。