晉晶晶

（蒙冀鐵路有限責(zé)任公司，內(nèi)蒙古 呼和浩特 010010）

1 無砟與有砟軌道性能的對比

1.1 無砟軌道

無砟軌道的優(yōu)點(diǎn)是維修工作量小、穩(wěn)定性好，保持軌道高平順能力強(qiáng)，軌道高度低，二期恒載小，外觀好，不存在有砟軌道的飛砟現(xiàn)象。

無砟軌道存在的問題是初期投資大，建設(shè)成本是有砟軌道的1.5～2.0 倍以上?？删S修性差，特別是線下工程出現(xiàn)變形時(shí)難以恢復(fù)原有的高平順性。噪聲比有砟軌道高約5 dB。軌道幾何尺寸一旦設(shè)定后，后期無法做大的調(diào)整。

1.2 有砟軌道

有砟軌道的優(yōu)點(diǎn)是建設(shè)費(fèi)用低、振動(dòng)噪聲低、建設(shè)周期短、可修復(fù)性好以及軌道幾何尺寸調(diào)整空間大。

有砟軌道存在的問題有3 個(gè)方面。1）維修工作量大，傳統(tǒng)鐵路道床維修量占線路維修量的70%以上，高速鐵路線路維修量是傳統(tǒng)鐵路的2 倍，每年須進(jìn)行至少一次大機(jī)養(yǎng)護(hù)作業(yè)。2）有砟軌道的穩(wěn)定性差，尤其是在橋梁地段，由于與橋梁共振引起的道床失穩(wěn)增大了日常的維修頻率。3）道砟飛濺，引發(fā)車輛和鋼軌傷損以及其他運(yùn)輸安全問題。

隧道內(nèi)有砟軌道養(yǎng)護(hù)維修難度大，具體有3 個(gè)維修難點(diǎn)。1）煤粉、制動(dòng)地段的撒沙等污染引起道床板結(jié)。某些鐵路道床污染速率快（3 個(gè)月左右），寬枕線路運(yùn)營3 個(gè)月，煤粉會(huì)將扣件全部覆蓋，以隧道進(jìn)出口地段污染最為嚴(yán)重。煤粉等污染物落在枕木盒中，造成道床板結(jié)嚴(yán)重，道床彈性不足，鋼軌波磨較嚴(yán)重。2）隧道滲漏水等病害引起道床翻漿冒泥，軌道幾何尺寸變化大。3）隧道斷面小，無法進(jìn)行大機(jī)清篩作業(yè)，養(yǎng)護(hù)維修困難。在養(yǎng)護(hù)維修作業(yè)中，靠人工將沉積在道床內(nèi)的石砟、煤面及粉塵等清理出隧道，工作量大，勞動(dòng)條件惡劣，由于養(yǎng)護(hù)維修人員不能及時(shí)離開隧道，維修天窗時(shí)間結(jié)束后，列車通過時(shí)的煤屑對躲避在避車洞內(nèi)養(yǎng)修人員的安全和身體健康都不利。

2 道床固化技術(shù)

無砟軌道和有砟軌道技術(shù)性能的缺點(diǎn)，促進(jìn)了道床固化技術(shù)的研究與發(fā)展。道床固化主要分為道砟黏結(jié)和聚氨酯固化道床2 類。

道砟黏結(jié)技術(shù)是在道砟的表面和接觸點(diǎn)上采用道砟膠材料進(jìn)行粘結(jié)，道砟膠不進(jìn)入道砟的空隙中，它能夠提高道床表面的整體性，防止道砟飛濺，提高道床承載力，減少道床下沉變形，提高道床縱橫向阻力，增強(qiáng)道床穩(wěn)定性。但道床剛度會(huì)增大，粉塵污染未能解決。

聚氨酯固化道床是一種新型的固化道床，其是將異氰酸酯與聚醚或聚醚多元酯等形成的混合料通過一定的壓力注入新鋪好的碎石道床內(nèi)，通過原料的化學(xué)反應(yīng)形成具有良好彈性及力學(xué)性能的聚氨酯泡沫，填充道砟間的空隙并將道砟固結(jié)為一個(gè)整體，如圖1 所示。在列車沖擊、振動(dòng)荷載作用下，不會(huì)再出現(xiàn)道砟顆粒之間的相對錯(cuò)動(dòng)及由此而引起的道床殘余變形，又因碎石顆粒之間的空隙被處于壓縮狀態(tài)的膨化聚氨酯填充，起到部分傳力的作用，減少了碎石顆粒接觸點(diǎn)上的應(yīng)力，延緩了道砟顆粒的破碎和粉化，從而減少了道床的累積變形。聚氨酯固化道床既有混凝土道床的整體穩(wěn)定性，又有散粒體碎石道床的良好彈性和可維修性[1]。

圖1 聚氨酯固化道床斷面

道床表面黏結(jié)的目的不是為了提高道床的力學(xué)性能，其研發(fā)的初衷主要是為了防止高速列車通過時(shí)道砟的浮起飛散，結(jié)構(gòu)黏結(jié)的目的是提高軌道的穩(wěn)定性。其應(yīng)用范圍比較廣，包括路橋、路隧以及道岔前后的過渡段，用于改善剛度過度，在小半徑曲線上防止橫向位移，在膠結(jié)絕緣接頭下改善其穩(wěn)定性和耐久性。聚氨酯材料注入新鋪穩(wěn)定碎石道床內(nèi)，聚氨酯材料膨脹后充填道砟間空隙，同時(shí)牢固黏結(jié)道砟，形成彈性整體道床結(jié)構(gòu)，具備良好的穩(wěn)定性、良好的彈性、減震降噪性能和可維修性，累計(jì)變形小。固化道床施工完成后。軌面高程變化可控制在2 mm 以內(nèi)，10 m 弦的高度在澆注前后沒有明顯變化。軌枕支承剛度較澆注前增大，滿足高速鐵路的設(shè)計(jì)要求，其均勻性達(dá)到無砟軌道結(jié)構(gòu)水平[2]。

3 聚氨酯固化道床設(shè)計(jì)原則

在設(shè)計(jì)聚氨酯固化道床結(jié)構(gòu)時(shí)，既要充分考慮其功能性，還要兼顧經(jīng)濟(jì)性，因此，可以根據(jù)以下3 個(gè)原則設(shè)計(jì)聚氨酯固化道床的結(jié)構(gòu)及形式尺寸。1）滿足道床強(qiáng)度、穩(wěn)定性、耐久性等基本性能要求。2）便于道床自身的排水、施工及養(yǎng)護(hù)維修。3）有利于減少聚氨酯固化材料用量，從而降低工程造價(jià)。

4 施工工藝

聚氨酯固化道床技術(shù)可分為現(xiàn)場澆注施工和工廠預(yù)制2種，目前我國主要以現(xiàn)場澆注施工技術(shù)為主。澆注于道床頂面的聚氨酯混合液體順著道砟顆粒之間的空隙滲入道床深處，在道床部孔隙中發(fā)泡、膨脹黏結(jié)固化散粒體道砟，使其形成局部彈性整體道床。施工流程為：施工前準(zhǔn)備→鋪設(shè)排水墊→鋪底層道砟，鋪架→分層補(bǔ)砟，起、搗、穩(wěn)→形成設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)道床斷面→有砟軌道驗(yàn)收→澆注施工準(zhǔn)備→道床烘干和冷卻→聚氨酯澆注作業(yè)→驗(yàn)收→恢復(fù)設(shè)計(jì)道床斷面。

5 施工技術(shù)質(zhì)量控制要點(diǎn)

根據(jù)聚氨酯固化道床澆注前軌道施工流程，施工過程中的質(zhì)量控制點(diǎn)有以下5 個(gè)方面。

5.1 軌面標(biāo)高控制

提前測量放線預(yù)鋪道砟的中線及高程控制線，根據(jù)橋面（隧道底）高程復(fù)測情況，結(jié)合計(jì)劃預(yù)鋪道砟厚度，準(zhǔn)確計(jì)算道砟預(yù)鋪方量，避免預(yù)鋪砟面高程超限或者不足。尤其是不能使預(yù)鋪道砟高程超限，以免后期進(jìn)行上砟整道作業(yè)時(shí)出現(xiàn)落道情況。

5.2 道砟質(zhì)量控制

施工中一定要采用合格的特級材質(zhì)、一級級配水洗道砟，對道砟質(zhì)量和清潔度的驗(yàn)收一定要按照標(biāo)準(zhǔn)嚴(yán)格執(zhí)行。

5.3 底層清理控制

鋪設(shè)排水網(wǎng)墊和底層道砟前，對橋梁（隧道底）表面雜物徹底清除后方可開始鋪設(shè)。

5.4 道砟清潔度控制

從道砟水洗完成出場到施工現(xiàn)場，再到道床澆注前時(shí)間段內(nèi)，必須保證道砟清潔度，運(yùn)輸過程中車輛要采用篷布遮蓋，儲(chǔ)存過程中須先將儲(chǔ)存場地進(jìn)行地面硬化（地面須清洗干凈），暫不使用的道砟采用篷布遮蓋。

5.5 施工前驗(yàn)收

聚氨酯澆注施工前，應(yīng)對道床狀態(tài)參數(shù)、軌道靜態(tài)幾何尺寸進(jìn)行驗(yàn)收。

6 聚氨酯固化道床應(yīng)急拆除預(yù)案和養(yǎng)護(hù)維修方案

6.1 應(yīng)急拆除預(yù)案

聚氨酯固化道床如須拆除，要先分離軌枕，然后將固化道床挖出，運(yùn)至回收站后，在專用設(shè)備內(nèi)進(jìn)行破碎、焚化處理，燃燒排放的氣體可進(jìn)行清潔化處理，無污染，處理后的灰渣不會(huì)對水源和土壤產(chǎn)生危害。

6.2 養(yǎng)護(hù)維修方案

修補(bǔ)材料選用高性能聚氨酯彈性體，材料2 h 抗壓強(qiáng)度大于40 MPa，黏結(jié)強(qiáng)度大于3 MPa，修補(bǔ)后的固化道床與混凝土軌枕和原固化道床黏結(jié)緊密，在維修天窗時(shí)間點(diǎn)內(nèi)完成修補(bǔ)工作，不影響運(yùn)輸行車。

7 聚氨酯固化道床技術(shù)應(yīng)用前景

重載鐵路多以有砟軌道形式為主，由于車輛總重的增加以及石砟粉化的原因，使道床受到嚴(yán)重的污染，進(jìn)而降低了道床彈性，線路的排水性能也受到影響，出現(xiàn)了排水不暢的問題。粉塵長期覆蓋鋼軌扣件對扣件造成腐蝕，在列車通過碾壓后，線路幾何尺寸超限，影響行車安全。粉塵和水的影響使道床板結(jié)，嚴(yán)重的地段有翻漿冒泥的病害，增大了養(yǎng)護(hù)維修工作量。在重載列車行駛的鐵路剛性基礎(chǔ)上的石砟破碎粉化較為嚴(yán)重，粉塵污染難以控制，道床穩(wěn)定性差，從而引起線路結(jié)構(gòu)傷損，而且會(huì)將振動(dòng)和荷載傳遞到隧道仰拱及以下結(jié)構(gòu)部位，使隧道結(jié)構(gòu)受到破壞。另外，隧道內(nèi)工作環(huán)境差，特別是我國早期修建的重載鐵路隧道斷面小，不能滿足大型機(jī)械道床清篩作業(yè)，道床清潔度難以維持，從而嚴(yán)重影響鐵路日常運(yùn)營的安全和效率。道床固化技術(shù)可以有效提高線路穩(wěn)定性，在鋼軌伸縮調(diào)節(jié)器地段以及大跨度梁橋、有砟道岔區(qū)以及重載鐵路的有砟隧道內(nèi)，固化后的道床可以保障車輛安全行駛，減少維修量的時(shí)間能夠提高運(yùn)輸效率，也保障了線路運(yùn)行的安全。

聚氨酯固化道床節(jié)約了大量的機(jī)械搗固、清篩維修作業(yè)成本，減少了維修天窗，不需要大機(jī)配置，提高了運(yùn)輸能力，在全生命周期內(nèi)具有良好的經(jīng)濟(jì)性。聚氨酯固化道床作為具有創(chuàng)新意義的新型軌道結(jié)構(gòu)，成功結(jié)合了有砟軌道和無砟軌道的優(yōu)點(diǎn)，利于環(huán)境保護(hù)和工人勞動(dòng)環(huán)境的改善，符合我國綠色建筑的理念未來一定會(huì)有廣闊的應(yīng)用前景。

8 結(jié)語

聚氨酯固化道床作為第3 種軌道結(jié)構(gòu)，為解決我國新線建設(shè)和既有線養(yǎng)護(hù)維修存在的技術(shù)難題提供了新的選擇，應(yīng)當(dāng)在下列5 種區(qū)段推廣應(yīng)用。1）不宜鋪設(shè)無砟軌道的特殊區(qū)段。2）有砟道床不易穩(wěn)定、軌道狀態(tài)難以保持的區(qū)段。3）普速鐵路尤其是重載鐵路清篩困難的區(qū)段。4）受風(fēng)沙侵害有砟軌道區(qū)段。5）有減震和降噪要求的鐵路和城市交通。聚氨酯固化道床技術(shù)能夠加強(qiáng)道床縱橫向阻力和穩(wěn)定性、減少道床累積變形，又具有一定的優(yōu)勢和適用范圍。因此，能夠?yàn)槲覈F路行業(yè)的飛速發(fā)展提供及時(shí)、必要的技術(shù)支持。