張志遠(yuǎn)

（中國鐵路上海局集團(tuán)有限公司上海高鐵基礎(chǔ)設(shè)施段，上海 200439）

CRTSⅡ型板式無砟軌道是目前已運(yùn)營的高速鐵路中應(yīng)用較廣的軌道結(jié)構(gòu)型式之一。該類型無砟軌道的使用主要集中在華東地區(qū)［1］。支承層是CRTSⅡ型板式無砟軌道的關(guān)鍵結(jié)構(gòu)。在軌道結(jié)構(gòu)服役階段內(nèi)，特別是在持續(xù)的溫度梯度作用下，支承層自身薄弱部分會(huì)出現(xiàn)斜裂上拱，嚴(yán)重影響無砟道床結(jié)構(gòu)耐久性和列車運(yùn)營安全［2］。對于支承層斜裂上拱病害，目前多采用基于鋼墊梁臨時(shí)支撐的無砟道床支承層傷損整治技術(shù)，其主要工藝為：鋼軌切割、軌道板移出、砂漿清理、鋼墊梁臨時(shí)支撐、傷損支承層修復(fù)、軌道板復(fù)位、砂漿層灌注等［3］。該技術(shù)安全風(fēng)險(xiǎn)控制難度較高，工序繁瑣，整治周期長，須有多種大型設(shè)備配合，成本較高。因此，如何實(shí)現(xiàn)快速、高效、安全的CRTSⅡ型板式無砟道支承層傷損整治是亟待解決的問題。本文對CRTSⅡ型板式無砟軌道支承層傷損原因進(jìn)行分析，提出基于繩鋸切割的支承層傷損整治成套技術(shù)，通過現(xiàn)場工程應(yīng)用驗(yàn)證整治技術(shù)的有效性。

1 支承層斜裂上拱原因

支承層斜裂上拱屬突發(fā)性傷損，全部發(fā)生在夏季高溫時(shí)段，傷損部位全部存在施工缺陷。支承層斜裂多呈30° ～45°，裂縫寬度較大（約1 ～5 mm）［4］。支承層斜裂上拱病害會(huì)造成軌道上拱，線路平順性下降，必要時(shí)須采用限速措施，嚴(yán)重影響列車運(yùn)營安全。支承層斜裂上拱還會(huì)將上部結(jié)構(gòu)頂起，出現(xiàn)砂漿層離縫、軌道板裂縫等病害，導(dǎo)致軌道結(jié)構(gòu)耐久性下降。

中國鐵路上海局集團(tuán)有限公司管轄范圍內(nèi)華東地區(qū)的CRTSⅡ型板式無砟軌道多處于亞熱帶季風(fēng)氣候和溫帶季風(fēng)氣候，夏季持續(xù)時(shí)間較長，極端高溫天氣頻繁。路基段CRTSⅡ型板式無砟軌道支承層為長連續(xù)澆筑結(jié)構(gòu)，夏季高溫時(shí)，軌道結(jié)構(gòu)會(huì)產(chǎn)生明顯的溫度力。同時(shí)，在支承層施工縫等位置存在局部缺陷，缺陷處的支承層無法承受溫度力的傳遞，在溫度力作用下支承層拱起被破壞，出現(xiàn)斜向貫通裂縫。

2 支承層原位置換技術(shù)

2.1 技術(shù)原理

繩鋸利用繩鋸木斷原理，采用液壓帶動(dòng)金剛石鏈條快速旋轉(zhuǎn)的方式摩擦切割混凝土［5］，并通過鉆孔、導(dǎo)輪等設(shè)置控制鏈條的環(huán)切方式，從而對各種結(jié)構(gòu)形式、結(jié)構(gòu)部位的混凝土進(jìn)行精準(zhǔn)切割。

支承層處于無砟道床與路基本體之間，80%以上的部位無砟道床完全遮蔽。常規(guī)的混凝土破除技術(shù)須在揭板情況下實(shí)施，對軌道結(jié)構(gòu)擾動(dòng)大，整治效率低。利用繩鋸切割可在無砟道床側(cè)面對處于隱蔽結(jié)構(gòu)的支承層進(jìn)行水平和豎向切割。支承層被切割成若干小塊后，可從側(cè)向直接移除、澆筑支承層，實(shí)現(xiàn)支承層快速原位置換，達(dá)到無砟道床“微創(chuàng)整治”要求。

2.2 置換工藝

基于繩鋸切割的支承層原位置換工藝見圖1。

圖1 置換工藝流程示意

封閉層切割鑿除，軌道板植筋錨固，鉆取繩鋸施工孔為準(zhǔn)備工作。封閉層切割鑿除為繩鋸切割提供作業(yè)空間；支承層置換區(qū)域兩端軌道板植筋錨固保證了整治過程中的道床結(jié)構(gòu)穩(wěn)定；在支承層置換區(qū)域兩端的支承層與砂漿層界面、支承層中部及底部鉆取橫向水平繩鋸施工孔，為后續(xù)繩鋸鏈條穿入形成閉合切割環(huán)路、將支承層分割成為多個(gè)便于移除的混凝土小塊提供作業(yè)條件。

支承層混凝土橫豎向切割、水平移除、聚合物混凝土及聚合物水泥砂漿澆筑為關(guān)鍵施工。繩鋸切割鏈條根據(jù)施工孔位設(shè)置穿入，并通過鏈條導(dǎo)向輪接入繩鋸主機(jī)形成閉合切割環(huán)路，可在無砟道床側(cè)向?qū)崿F(xiàn)支承層混凝土快速切割。通過繩鋸橫向和豎向水平切割，將支承層分割成多個(gè)寬度不大于1 m、厚度不大于20 cm的混凝土塊，如圖2所示。

圖2 繩鋸切割示意及支承層切割后狀態(tài)

采用千斤頂頂推及牽引器牽拉相結(jié)合的方式從無砟道床側(cè)向?qū)⑶懈詈蟮闹С袑踊炷翂K水平移除。若上部砂漿層出現(xiàn)離縫等傷損，則鑿除后一并移除，如圖3所示。

圖3 支承層混凝土水平移除

將移除部位兩側(cè)的支承層混凝土界面鑿毛并進(jìn)行植筋處理。根據(jù)更換支承層實(shí)際規(guī)格支立模板，采用聚合物快硬混凝土重新澆筑支承層，澆筑高度與支承層上表面平齊。在混凝土終凝前，對寬出軌道板外側(cè)的支承層設(shè)置不小于6%的排水坡。待支承層表面硬化后，支立模板采用聚合物水泥砂漿對移除的砂漿層進(jìn)行澆筑。

離縫注漿、封閉層修復(fù)、線路鋼軌精調(diào)及恢復(fù)線路為恢復(fù)施工，即恢復(fù)無砟道床正常服役狀態(tài)。

2.3 關(guān)鍵材料

支承層的移除、澆筑須在1 個(gè)天窗內(nèi)完成。支承層的移除和澆筑量較大，一般為3.5 ～6.5 t，須消耗約40%的天窗時(shí)間進(jìn)行支承層移除、廢渣和原材料搬運(yùn)工作。為保證當(dāng)日線路正常開通，還須消耗約15%的天窗時(shí)間清理現(xiàn)場。支承層澆筑及初凝只能占用天窗時(shí)間的45%，而且當(dāng)?shù)谝惠v列車通過時(shí)澆筑的支承層應(yīng)具備列車安全通過的承載能力。同時(shí)，為保證整治后的長效性，澆筑后的支承層抗開裂性能應(yīng)較好，與兩側(cè)原支承層混凝土黏結(jié)牢固，并具有較低的彈性模量，確保在長期周期疲勞荷載作用下保持良好的整體性。因此，支承層澆筑用聚合物混凝土是支承層置換施工的關(guān)鍵材料，其性能應(yīng)滿足表1要求。

表1 支承層混凝土快速修復(fù)材料性能指標(biāo)

3 技術(shù)應(yīng)用

中國鐵路上海局集團(tuán)有限公司采用基于繩鋸的支承層原位置換技術(shù)已對多處支承層斜裂上拱進(jìn)行有效整治，2018年完成支承層斜裂上拱整治5處，2019年完成9處，2020年完成8處。

該技術(shù)安全可控，對上部結(jié)構(gòu)無擾動(dòng)，整治過程中無砟軌道狀態(tài)良好，軌道線形保持穩(wěn)定，滿足TG/GW 115—2012《高速鐵路無砟軌道維修規(guī)則》中的設(shè)備保養(yǎng)要求。整治后無砟道床支承層工作狀態(tài)良好，結(jié)構(gòu)服役狀態(tài)健康，整治長效性優(yōu)，整治至今未出現(xiàn)異常，如圖4所示。

圖4 支承層斜裂上拱整治效果

4 結(jié)論

1）夏季高溫時(shí)，軌道結(jié)構(gòu)產(chǎn)生溫度力，導(dǎo)致施工缺陷處的支承層破壞，造成支承層斜裂上拱。支承層斜裂上拱是一種突發(fā)性傷損，會(huì)引起軌道上拱、砂漿層離縫等次生病害，嚴(yán)重影響無砟道床結(jié)構(gòu)耐久性及列車運(yùn)營安全。

2）基于繩鋸切割的支承層原位置換技術(shù)在“不揭板”的情況下，在無砟道床側(cè)面即可對處于隱蔽的支承層進(jìn)行置換，實(shí)現(xiàn)支承層斜裂上拱的“微創(chuàng)整治”。該技術(shù)關(guān)鍵工藝為：首先利用繩鋸從無砟道床側(cè)向?qū)⒅С袑臃指畛杀阌谝瞥幕炷翂K，其次通過頂拉相結(jié)合的方式將混凝土塊移除，最后采用快硬、低彈模聚合物混凝土澆筑支承層。

3）現(xiàn)場應(yīng)用驗(yàn)證，基于繩鋸切割的支承層原位置換技術(shù)對無砟道床上部結(jié)構(gòu)擾動(dòng)極小，技術(shù)安全性和施工效率高，整治長效性好，適用于傷損支承層的規(guī)?；?，為未來支承層大修提供堅(jiān)實(shí)的技術(shù)支撐。