常衛(wèi)華

1.中鐵第一勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司，西安 710043；2.陜西省鐵道及地下交通工程重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，西安 710043

1996年，我國(guó)在客貨共線鐵路隴海線（蘭州—連云港）的白清隧道和西康Ⅰ線（西安—安康）的大瓢溝隧道內(nèi)鋪設(shè)了彈性支承塊式無(wú)砟軌道。該軌道結(jié)構(gòu)已在國(guó)內(nèi)廣泛應(yīng)用，在寧西線（西安—南京）、蘭武復(fù)線（蘭州—武威）、襄渝線（襄陽(yáng)—重慶）、南疆線（吐魯番—喀什）等客貨共線鐵路的隧道內(nèi)大量鋪設(shè)。截至目前，僅我國(guó)西部地區(qū)已通車線路長(zhǎng)度約425 km。

多年來(lái)，國(guó)內(nèi)對(duì)彈性支承塊式無(wú)砟軌道在不同運(yùn)營(yíng)條件下的合理剛度及其匹配關(guān)系、動(dòng)態(tài)軌距擴(kuò)大、行車安全性和舒適性、軌道剛度過(guò)渡段等方面進(jìn)行了大量研究［1-5］，對(duì)彈性支承塊式無(wú)砟軌道的結(jié)構(gòu)參數(shù)進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)。彈性支承塊式無(wú)砟軌道安全可靠，具有良好的減振性能及可維修性，在客貨共線鐵路應(yīng)用廣泛。根據(jù)彈性支承塊式無(wú)砟軌道的應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)及應(yīng)用過(guò)程中發(fā)現(xiàn)的不足之處［6-12］，本文以某客貨共線鐵路為例，對(duì)隧道內(nèi)支承塊開(kāi)裂及道床高程控制不到位的傷損分析及整治措施進(jìn)行深入研究。

1 彈性支承塊式無(wú)砟軌道結(jié)構(gòu)

彈性支承塊式無(wú)砟軌道結(jié)構(gòu)由鋼軌、扣件、彈性支承塊與道床板組成。軌道結(jié)構(gòu)高600 mm。隧道內(nèi)彈性支承塊式無(wú)砟軌道道床板鋪設(shè)在仰拱填充層上。道床板采用C40鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，寬2 800 mm，厚約340 mm，縱向每6 m設(shè)置一道伸縮縫。每塊道床板上均勻布置10對(duì)支承塊，如圖1所示。

圖1 彈性支承塊式無(wú)砟軌道結(jié)構(gòu)橫斷面（單位：mm）

2 支承塊裂紋與掉塊

2.1 傷損情況

客貨共線鐵路彈性支承塊式無(wú)砟軌道結(jié)構(gòu)的破壞形式主要包括三種：支承塊開(kāi)裂（圖2）、支承塊頂面混凝土剝離（圖3）、支承塊與四周道床板表面混凝土剝離（圖4）。

支承塊開(kāi)裂情況較多，部分出現(xiàn)貫通裂縫。支承塊開(kāi)裂均在承軌臺(tái)部位，且裂紋破損絕大部分位于靠近線路中心一側(cè)，破損高度在橡膠套靴帽以上，破損支承塊處道床頂面混凝土均高于橡膠套靴帽，對(duì)支承塊形成包裹固結(jié)。道床板與支承塊四周未見(jiàn)橡膠套靴帽，橡膠套靴帽被澆筑于混凝土道床內(nèi)。

圖2 支承塊開(kāi)裂

圖3 支承塊頂面混凝土剝離

圖4 支承塊與四周道床板混凝土剝離

2.2 分析及整治

根據(jù)彈性支承塊式無(wú)砟軌道結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案（參見(jiàn)圖1），道床表面線路中心線處高程距鋼軌頂面251 mm，道床表面設(shè)置1%的橫向排水坡，道床表面距離支承塊橡膠套靴帽檐下部最小距離為2 mm，彈性支承塊混凝土表面是不與整體道床混凝土接觸的。

若支承塊四周橡膠套靴帽檐被澆筑于混凝土道床內(nèi)，道床表面高出的混凝土與支承塊上部混凝土接觸，對(duì)支承塊形成包裹固結(jié)。在列車荷載作用下，支承塊應(yīng)發(fā)生彈性下沉，而道床混凝土與支承塊上部混凝土粘連，約束支承塊下沉，致使支承塊套靴帽以上混凝土受拉開(kāi)裂。

現(xiàn)場(chǎng)發(fā)現(xiàn)支承塊裂紋破損絕大部分靠近線路中心一側(cè)，主要因?yàn)橹本€地段道床頂面設(shè)置1%的橫向排水坡，故靠近線路中心側(cè)道床頂面高出橡膠套靴帽尺寸普遍較大，整體道床混凝土與支承塊上部混凝土接觸面積大。在列車荷載作用下，支承塊彈性下沉，支承塊上表面承受的拉力更大，造成靠近線路中心側(cè)破損更多。

綜上所述，由于隧道內(nèi)整體道床表面過(guò)高，導(dǎo)致道床表面對(duì)支承塊形成約束，進(jìn)而造成支承塊承軌臺(tái)開(kāi)裂。

對(duì)于道床板表面高于橡膠套靴帽檐地段，現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行了適當(dāng)切縫處理，在列車荷載作用下軌枕位移不再受道床混凝土約束。

2.3 建議

為保證彈性支承塊式無(wú)砟軌道道床面不高于橡膠套靴帽檐上沿，道床板混凝土不得與支承塊接觸固結(jié)，建議整體道床線路中心線不高于內(nèi)軌頂面以下251 mm，嚴(yán)格控制道床表面高程，確保其低于橡膠套靴帽檐底部2 mm，道床面與承軌臺(tái)頂面相對(duì)高差應(yīng)控制在±5 mm。

3 整體道床高程控制不到位

3.1 傷損情況

彈性支承塊式無(wú)砟軌道在施工過(guò)程中，多條線路出現(xiàn)整體道床高于設(shè)計(jì)高程的現(xiàn)象。主要是因?yàn)榈来哺叱炭刂撇坏轿唬w道床軌面高程超限或豎曲線地段未考慮豎曲線修正值。預(yù)埋鐵座式彈性扣件不具備調(diào)低能力，整體道床一旦澆筑，落道困難，調(diào)整難度大。

3.2 整治措施

以某客貨共線鐵路隧道段為例，該隧道在出口75m范圍內(nèi)為6‰的下坡，其余均為3‰的上坡，豎曲線半徑5 km。該隧道豎曲線范圍均位于直線地段。整體道床施工時(shí)在變坡點(diǎn)未設(shè)置豎曲線，導(dǎo)致該段鐵路自開(kāi)通以來(lái)一直限速運(yùn)行。變坡點(diǎn)區(qū)段線路現(xiàn)狀與設(shè)計(jì)對(duì)比見(jiàn)圖5。

圖5 變坡點(diǎn)區(qū)段線路現(xiàn)狀與原設(shè)計(jì)對(duì)比（單位：mm）

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)，整體道床最大抬道量約5 mm，落道量約1~50 mm，長(zhǎng)度為33 m。預(yù)埋鐵座式彈性扣件最大調(diào)高量為10 mm，可通過(guò)扣件進(jìn)行調(diào)整。

整體道床落道整治包括兩個(gè)方案，即支承塊下沉+軌排架過(guò)渡方案和采用異形彈性支承塊方案。

1）支承塊下沉+軌排架過(guò)渡方案

該方案通過(guò)擴(kuò)鑿支承塊四周及底部混凝土，再灌注聚合物水泥砂漿（圖6），使軌面高程下降。線路中心線處軌底距道床表面凈空為83 mm（圖7），支承塊下沉50 mm后，軌下凈空為33 mm，滿足灌注要求。

圖6 灌注修補(bǔ)材料示意

圖7 軌底與道床表面示意

主要施工流程為：①應(yīng)力放散后，松開(kāi)空吊支承塊兩側(cè)一定長(zhǎng)度范圍內(nèi)的扣件，并在支承塊兩側(cè)放置起道機(jī)，將支承塊和鋼軌同時(shí)抬高，直至支承塊底部露出整體道床表面，松開(kāi)扣件，取下支承塊，并取出膠墊和套靴，重新黏結(jié)膠墊、套靴和支承塊，保證三者黏結(jié)緊密。②使用鑿具對(duì)整體道床支承塊槽進(jìn)行擴(kuò)鑿。根據(jù)軌頂面高程差值，擴(kuò)鑿整體道床的支承塊底部和四壁。③將支承塊重新放入整體道床支承塊糟內(nèi)，安裝支承塊兩側(cè)已經(jīng)松開(kāi)的扣件，調(diào)整軌道結(jié)構(gòu)的幾何形位。④在整體道床和支承塊之間灌注聚合物水泥砂漿。

在對(duì)支承塊槽擴(kuò)鑿后且尚未灌注聚合物水泥砂漿之前，要采取過(guò)渡措施來(lái)保證軌道結(jié)構(gòu)的幾何形位和穩(wěn)定性。可采用軌排架固定鋼軌，在鋼軌下墊入枕木等措施。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)天窗點(diǎn)情況，分階段、分區(qū)域完成上述整改工作。在整改過(guò)程中須通過(guò)限速保證行車安全。

2）采用異形彈性支承塊方案

支承塊軌枕高度約200 mm，軌枕埋入道床深度為130 mm。結(jié)合最大落道量為50 mm，在保證支承塊埋入道床深度及套靴尺寸不變前提下，通過(guò)減小支承塊露出道床表面高度來(lái)降低軌面高程。

施工前應(yīng)復(fù)測(cè)軌道控制網(wǎng)CPⅢ，按照豎曲線半徑5 km計(jì)算設(shè)計(jì)軌面高程，逐個(gè)測(cè)量彈性支承塊應(yīng)降低的高度，并預(yù)制異形支承塊，更換時(shí)確保支承塊、塊下墊板及套靴黏結(jié)牢固。

3.3 建議

支承塊下沉+軌排架過(guò)渡方案在既有客貨共線鐵路有應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)，施工方案成熟，按此方案整治后效果良好，線路平順性滿足行車安全性要求，推薦采用。

采用異形彈性支承塊更換速度快，對(duì)行車安全影響小，但減小軌枕厚度會(huì)對(duì)軌枕強(qiáng)度及預(yù)埋扣件抗拔力產(chǎn)生不利影響，給后期運(yùn)營(yíng)養(yǎng)護(hù)維修帶來(lái)不便，建議深入論證后擇機(jī)使用。

4 結(jié)論

本文通過(guò)對(duì)客貨共線鐵路隧道內(nèi)彈性支承塊式無(wú)砟軌道病害進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研，分析了隧道內(nèi)常見(jiàn)的病害成因并給出整治措施。得出以下結(jié)論：

1）道床面不應(yīng)高于橡膠套靴帽檐上沿，應(yīng)確保道床表面高程低于橡膠套靴帽檐底部2 mm，整體道床線路中心線處相對(duì)高程應(yīng)不高于-251 mm；道床板混凝土不得與支承塊接觸固結(jié)，以免對(duì)支承塊受力產(chǎn)生不利影響。

2）整體道床軌面高于設(shè)計(jì)高程時(shí)，落道整治應(yīng)保證鋼軌軌底距離道床表面不小于30 mm。落道量大于50 mm時(shí)，建議拆除并重建道床；落道量小于50 mm時(shí)建議優(yōu)先采用支承塊下沉+軌排架過(guò)渡方案；異形支承塊方案在能保證支承塊強(qiáng)度及扣件抗拔力滿足設(shè)計(jì)要求情況下，可擇機(jī)使用。

3）整體道床施工過(guò)程中應(yīng)嚴(yán)格控制軌面高程。