客运专线弹性支承块式无轨道病害分析及整治

客运专线弹性支承块式无轨道病害分析及整治

1996年，中国在兰海线（兰州至廉江）和西康龙沟线（西安至康）的大姚沟隧道中铺设了弹性支管。该轨道结构已在国内广泛应用，在宁西线（西安—南京）、兰武复线（兰州—武威）、襄渝线（襄阳—重庆）、南疆线（吐鲁番—喀什）等客货共线铁路的隧道内大量铺设。截至目前，仅我国西部地区已通车线路长度约425km。多年来，国内对弹性支承块式无砟轨道在不同运营条件下的合理刚度及其匹配关系、动态轨距扩大、行车安全性和舒适性、轨道刚度过渡段等方面进行了大量研究1弹性知识产权道床板弹性支承块式无砟轨道结构由钢轨、扣件、弹性支承块与道床板组成。轨道结构高600mm。隧道内弹性支承块式无砟轨道道床板铺设在仰拱填充层上。道床板采用C40钢筋混凝土结构，宽2800mm，厚约340mm，纵向每6m设置一道伸缩缝。每块道床板上均匀布置10对支承块，如图1所示。2支持块和流程的错误和丢失2.1承载块与道床板抗裂裂裂性能客货共线铁路弹性支承块式无砟轨道结构的破坏形式主要包括三种：支承块开裂（图2）、支承块顶面混凝土剥离（图3）、支承块与四周道床板表面混凝土剥离（图4）。支承块开裂情况较多，部分出现贯通裂缝。支承块开裂均在承轨台部位，且裂纹破损绝大部分位于靠近线路中心一侧，破损高度在橡胶套靴帽以上，破损支承块处道床顶面混凝土均高于橡胶套靴帽，对支承块形成包裹固结。道床板与支承块四周未见橡胶套靴帽，橡胶套靴帽被浇筑于混凝土道床内。2.2知识产权道床表面约束根据弹性支承块式无砟轨道结构设计方案（参见图1），道床表面线路中心线处高程距钢轨顶面251mm，道床表面设置1%的横向排水坡，道床表面距离支承块橡胶套靴帽檐下部最小距离为2mm，弹性支承块混凝土表面是不与整体道床混凝土接触的。若支承块四周橡胶套靴帽檐被浇筑于混凝土道床内，道床表面高出的混凝土与支承块上部混凝土接触，对支承块形成包裹固结。在列车荷载作用下，支承块应发生弹性下沉，而道床混凝土与支承块上部混凝土粘连，约束支承块下沉，致使支承块套靴帽以上混凝土受拉开裂。现场发现支承块裂纹破损绝大部分靠近线路中心一侧，主要因为直线地段道床顶面设置1%的横向排水坡，故靠近线路中心侧道床顶面高出橡胶套靴帽尺寸普遍较大，整体道床混凝土与支承块上部混凝土接触面积大。在列车荷载作用下，支承块弹性下沉，支承块上表面承受的拉力更大，造成靠近线路中心侧破损更多。综上所述，由于隧道内整体道床表面过高，导致道床表面对支承块形成约束，进而造成支承块承轨台开裂。对于道床板表面高于橡胶套靴帽檐地段，现场进行了适当切缝处理，在列车荷载作用下轨枕位移不再受道床混凝土约束。2.3道床面高程不高为保证弹性支承块式无砟轨道道床面不高于橡胶套靴帽檐上沿，道床板混凝土不得与支承块接触固结，建议整体道床线路中心线不高于内轨顶面以下251mm，严格控制道床表面高程，确保其低于橡胶套靴帽檐底部2mm，道床面与承轨台顶面相对高差应控制在±5mm。3地板高度的整体控制3.1道床高程控制不到位弹性支承块式无砟轨道在施工过程中，多条线路出现整体道床高于设计高程的现象。主要是因为道床高程控制不到位，整体道床轨面高程超限或竖曲线地段未考虑竖曲线修正值。预埋铁座式弹性扣件不具备调低能力，整体道床一旦浇筑，落道困难，调整难度大。3.2水平分层开挖与变形控制方案以某客货共线铁路隧道段为例，该隧道在出口75m范围内为6‰的下坡，其余均为3‰的上坡，竖曲线半径5km。该隧道竖曲线范围均位于直线地段。整体道床施工时在变坡点未设置竖曲线，导致该段铁路自开通以来一直限速运行。变坡点区段线路现状与设计对比见图5。根据现场实测数据，整体道床最大抬道量约5mm，落道量约1～50mm，长度为33m。预埋铁座式弹性扣件最大调高量为10mm，可通过扣件进行调整。整体道床落道整治包括两个方案，即支承块下沉+轨排架过渡方案和采用异形弹性支承块方案。1）支承块下沉+轨排架过渡方案该方案通过扩凿支承块四周及底部混凝土，再灌注聚合物水泥砂浆（图6），使轨面高程下降。线路中心线处轨底距道床表面净空为83mm（图7），支承块下沉50mm后，轨下净空为33mm，满足灌注要求。主要施工流程为：(1)应力放散后，松开空吊支承块两侧一定长度范围内的扣件，并在支承块两侧放置起道机，将支承块和钢轨同时抬高，直至支承块底部露出整体道床表面，松开扣件，取下支承块，并取出胶垫和套靴，重新黏结胶垫、套靴和支承块，保证三者黏结紧密。(2)使用凿具对整体道床支承块槽进行扩凿。根据轨顶面高程差值，扩凿整体道床的支承块底部和四壁。(3)将支承块重新放入整体道床支承块糟内，安装支承块两侧已经松开的扣件，调整轨道结构的几何形位。(4)在整体道床和支承块之间灌注聚合物水泥砂浆。在对支承块槽扩凿后且尚未灌注聚合物水泥砂浆之前，要采取过渡措施来保证轨道结构的几何形位和稳定性。可采用轨排架固定钢轨，在钢轨下垫入枕木等措施。根据现场天窗点情况，分阶段、分区域完成上述整改工作。在整改过程中须通过限速保证行车安全。2）采用异形弹性支承块方案支承块轨枕高度约200mm，轨枕埋入道床深度为130mm。结合最大落道量为50mm，在保证支承块埋入道床深度及套靴尺寸不变前提下，通过减小支承块露出道床表面高度来降低轨面高程。施工前应复测轨道控制网CPⅢ，按照竖曲线半径5km计算设计轨面高程，逐个测量弹性支承块应降低的高度，并预制异形支承块，更换时确保支承块、块下垫板及套靴黏结牢固。3.3方案1:线路顺利性+线路顺利性支承块下沉+轨排架过渡方案在既有客货共线铁路有应用经验，施工方案成熟，按此方案整治后效果良好，线路平顺性满足行车安全性要求，推荐采用。采用异形弹性支承块更换速度快，对行车安全影响小，但减小轨枕厚度会对轨枕强度及预埋扣件抗拔力产生不利影响，给后期运营养护维修带来不便，建议深入论证后择机使用。4道床和大鼠的安装本文通过对客货共线铁路隧道内弹性支承块式无砟轨道病害进行现场调研，分析了隧道内常见的病害成因并给出整治措施。得出以下结论：1）道床面不应高于橡胶套靴帽檐上沿，应确保道床表面高程低于橡胶套靴帽檐底部2mm，整体道床线路中心线处相对高程应不高于-251mm；道床板混凝土不得与支承块接触固结，以免对支承块受力产生不利影响。2）整体道床轨面高于设计高程时