武漢地鐵1號線彈性短軌枕軌道病害及整治技術研究

郭積程

（中鐵第四勘察設計院集團有限公司，湖北武漢430063）

武漢地鐵1號線彈性短軌枕軌道病害及整治技術研究

郭積程

（中鐵第四勘察設計院集團有限公司，湖北武漢430063）

針對武漢地鐵1號線彈性短軌枕軌道出現(xiàn)的典型病害，介紹了病害發(fā)生的原因，找到了解決病害問題的關鍵；結合整治試驗段的實踐，提出了彈性短軌枕軌道病害的根本性整治技術方案，以期對指導地鐵工務維修有所裨益。

地鐵；彈性短軌枕；病害整治

0 前言

彈性短軌枕軌道結構主要由鋼筋混凝土道床、橡膠套靴及塊下橡膠墊板、鋼筋混凝土短軌枕、彈性扣件、鋼軌等組成，這種結構的軌道垂直彈性由軌下墊層、鐵墊板下墊層、軌枕下墊層等3層橡膠墊板共同提供，提高了軌道結構的彈性，作為軌道中等減振措施的一種方案而曾經被廣泛應用。

武漢地鐵1號線是武漢市軌道交通線網中的第一條軌道交通線路。1號線全部采用高架敷設方式，根據(jù)環(huán)評要求，局部地段采用了彈性短軌枕軌道減振措施，其中一期工程共設置彈性短軌枕軌道1.646雙線公里，于2004年竣工；二期工程共設置彈性短軌枕軌道9.772雙線公里，于2010年竣工。

近年來，根據(jù)工務部門反饋，彈性短軌枕軌道出現(xiàn)病害的比例越來越高。為避免中斷運營的現(xiàn)象發(fā)生，除了加強該地段的巡視和觀測外，現(xiàn)場主要采取臨時加裝軌距拉桿（圖1）的措施以保持軌距，并輔助性地采取在軌下、鐵墊板下設置調高墊板，以及在橡膠套靴四周加塞木楔等措施進行臨時處理或延緩病害發(fā)生，這些臨時措施不能長效保持軌道整體框架幾何形位的穩(wěn)定，沒有從根本上解決彈性短軌枕軌道的病害問題。

圖1 軌距拉桿加強軌道幾何形位

1 彈性短軌枕軌道典型病害及原因

高架線鋪設的彈性短軌枕軌道作為一種露天放置、反復承受列車荷載的結構物，在其長期使用過程中，受列車荷載、溫度變化、紫外線照射以及雨水的洗刷影響，容易產生病害（圖2～圖4）。

（1）橡膠套靴老化、失去彈性，降低或失去減振效果。

（2）軌枕—套靴—道床之間出現(xiàn)剝離、間隙擴大，造成軌枕松動、空吊、短軌枕破裂以及軌枕四周出現(xiàn)翻漿冒泥等現(xiàn)象引起軌道幾何形位異常。

圖2 軌枕-套靴-道床之間出現(xiàn)剝離

圖3 軌枕碎裂

圖4 軌枕四周翻漿冒泥

（3）在建設過程中，如果存在橡膠套靴的外露或者套靴下道床混凝土振搗的不密實，運營后的套靴四周容易產生離縫。

（4）外露的橡膠套靴長期受到外界陽光和紫外線的照射后，橡膠容易出現(xiàn)老化變脆，從而失去彈性，使得短軌枕與塊下膠墊之間形成自然的空吊，在列車荷載的反復作用下，加劇了短軌枕與道床基礎之間的振動沖擊，嚴重情況下將導致短軌枕的碎裂。

（5）在雨水的洗刷下，雨水沿著縫隙浸入承軌臺的凹槽內，在列車荷載反復作用下，將導致彈性短軌枕四周出現(xiàn)翻漿冒泥現(xiàn)象。

2 彈性短軌枕軌道典型病害整治措施

受維修天窗時間短、作業(yè)環(huán)境差的影響，將彈性短軌枕道床全部鑿除再澆注新的道床存在干擾正常行車的風險，一般不予推薦采用。

針對運營過程中出現(xiàn)的這些病害，在充分利用既有道床結構的基礎上，要整治病害，首先要解決套靴與混凝土結合面的密封問題。因此，避免空吊和阻隔水的浸入是解決方案的關鍵，要避免空吊和阻隔水，必須將拆除套靴后的道床坑用樹脂砂漿進行填充，通過新舊混凝土之間的黏結解決結合面的密封問題。

2.1 整治設計

由于既有彈性短軌枕軌道屬于中等減振軌道，為了提高軌道設備的整體質量和技術水平，同時不改變原有軌道結構的減振性能，根據(jù)原環(huán)評報告中相應的減振需求，武漢地鐵1號線試驗段采用了雙層非線性減振扣件進行原位換鋪的整治方案。雙層非線性減振扣件的原位換鋪整治方案需要將橡膠套靴及短軌枕全部拆除，同時在拆除橡膠套靴后形成的道床坑中恢復雙層非線性減振扣件整體道床結構。根據(jù)原設計要求，拆除橡膠套靴后的道床坑底部尺寸為618 mm（長）×304 mm（寬）×148 mm（深）。整治設計方案如下。

（1）方案1，預制短軌枕方案。在道床坑中采用預制短軌枕結構，預制短軌枕尺寸比既有彈性短軌枕尺寸要稍小，內部設構造鋼筋，并預埋塑料套管，混凝土強度等級為C50，底部設預埋鋼筋鉤，以加強短軌枕與道床之間的聯(lián)結。

（2）方案2，扣件直埋式方案。將預埋塑料套管與雙層非線性減振扣件錨固螺栓擰緊后直接吊裝在鋼軌上并在道床坑中布置鋼筋網片，軌道精調到位后，在道床坑中直接灌注樹脂砂漿。

以上2種方案都需要對道床坑進行鑿毛和植筋處理。方案2對施工精度的要求較高、進度較慢，同時施工不當時容易引起預埋塑料套管的歪斜、扣件墊板的空吊以及墊板被砂漿埋沒、污染等現(xiàn)象，容易留下運營安全隱患。考慮既有線改造時天窗時間短、功效低的特點，推薦采用方案1。方案1一方面可以提高施工精度，另一方面可以提高施工效率，達到盡快恢復線路軌道良好狀態(tài)的目的。

2.2 整治施工

根據(jù)既有線改造的特點，推薦采用“無縫線路解體，拆除既有軌枕及套靴、植筋、原位換鋪扣件及軌枕、灌注砂漿”的施工方法進行彈性短軌枕軌道病害整治施工。

（1）無縫線路應力放散，分解為有縫線路。將病害整治地段既有無縫線路進行應力放散，將線路扣件全部松開，使應力達到現(xiàn)場施工時的軌溫。再將單元軌節(jié)按現(xiàn)場實際焊頭位置切割成25 m 標準軌或相應縮短軌，對焊頭處進行打磨處理，軌端鉆孔后用凍結接頭夾板連接，恢復原扣件系統(tǒng)，最后安裝回流線，形成有縫線路（圖5）。

圖5 無縫線路分解為有縫線路

（2）拔出既有短軌枕、拆除套靴。采用“隔三換一”的原則進行換鋪雙層非線性減振扣件（圖6），作業(yè)長度根據(jù)夜間施工能力決定，宜以25 m 作為1個工作單元，保證更換的軌枕至少1天后可以承重，循環(huán)作業(yè)并完成更換軌枕。拆除當天施工段鋼軌兩端的接頭夾板，按照“隔一拆三”的原則拆除當天不更換段落的扣件，用齒條式起道機將鋼軌抬高250 mm，彈性套靴式短軌枕隨著鋼軌的抬高被拔出道床。再用短木枕頭墊在鋼軌下，并用扁鋼墊在被拔出的短軌枕下方，使其不下落。拆除被拔出的彈性套靴式短軌枕及扣件，并使用風鎬或人工鑿除彈性套靴，清理道床坑內雜物。

圖6 “隔三換一”平面布置圖

（3）道床坑鑿毛、安裝短軌枕、減振扣件。為保證與原有道床連接牢固，在彈性短軌枕的道床坑位置四周進行鑿毛處理（圖7），用吸塵器將鉆孔內灰塵清理干凈，取出短木枕，利用專用吸塵器將道床坑再次清理干凈，鋼軌復位，安裝減振扣件、短軌枕及接頭夾板。

圖7 道床坑四周鑿毛

圖8 灌注砂漿

（4）鉆孔、清孔、植筋并恢復線路。在原彈性短軌枕的道床坑位置四周植入錨固鋼筋，植筋采用直徑12 mm 的 HRB400級鋼筋，植筋深度不小于100 mm，露出道床坑底面70 mm，植筋應避開既有道床縱向鋼筋。

（5）吸塵、灌注砂漿。利用專用吸塵器將已經安裝好的短軌枕內的基坑再次清理干凈，將拌制好的樹脂砂漿從一側倒入道床坑內，使其從軌枕一側流入另一側，便于排除短軌枕基坑四周內的空氣，并與原道床面平齊。

（6）道床養(yǎng)生、鋼軌臨時支護。待填充砂漿初凝2 h 后，拆除減振扣件彈條及軌下墊板，使換鋪后的短軌枕處于不承重狀態(tài)，為加強運營線路的軌道平順性，沿鋼軌方向在換鋪短軌枕前后采用短木枕臨時支承鋼軌，并在適當位置安裝軌距拉桿。

（7）鋼軌焊接、應力放散。直接利用既有鋼軌進行焊接，焊接采用鋁熱焊。提前拆除扣件，將軌端的眼孔及既有焊縫用鋸軌機鋸開，并進行軌頭打磨工作后再進行鋼軌焊接。待本段鋼軌焊接完成后，在封鎖點內拆除扣件，進行應力放散，并采用“連入法”完成已放散鎖定線路和既有無縫線路的連接。

2.3 整治效果

為了驗證整治技術方案的效果，先期開展了試驗段的整治實施，試驗段位于武漢地鐵1號線東吳大道站—五環(huán)大道站區(qū)間右 WK0+711～右 WK0+810半徑為350 m的曲線范圍，試驗段范圍的既有軌道主要技術條件為： U75V60 kg/m 鋼軌、WJ-2型扣件、彈性短軌枕（短軌枕+塊下膠墊+橡膠套靴）、縱向承軌臺式整體道床（4枕/臺）、軌枕鋪設間距600 mm、曲線超高120 mm。

試驗段范圍的彈性套靴大部分出現(xiàn)了與道床的剝離，最大離縫值達15 mm，對此，采用“預制短軌枕+雙層非線性減振扣件”的換鋪方案于2015年7月完成了整治，整治后的軌道經過近一年的運營考驗表明，彈性短軌枕軌道病害整治方案可實施性強，整治后的軌道幾何狀態(tài)保持能力得到明顯提高，為武漢地鐵1號線后續(xù)彈性短軌枕軌道大規(guī)模的整治實施提供了寶貴經驗。

3 結束語

從實際運營和實踐經驗來看，彈性短軌枕軌道的減振效果和結構性能對施工及運營維護質量的依賴程度較高，若施工中存在彈性套靴及枕下墊板綁扎不密貼，或套靴中夾入雜物、水，或運營維護不及時，則不僅會削弱軌道的減振性能，而且易產生軌枕松動、軌距異常、道床翻漿等病害；針對既有運營線的彈性短軌枕軌道出現(xiàn)這些病害時，在不中斷運營行車的前提下，整治實施時應重點解決套靴與混凝土結合面的密封問題。從武漢地鐵1號線試驗段的整治效果反饋可知，采用“雙層非線性減振扣件+預制短軌枕”的整治技術方案在一定程度上可以較好地解決彈性短軌枕軌道的病害問題，可供同類工程參考。

[1] 中鐵第四勘察設計院集團有限公司．武漢市軌道交通1號線彈性短軌枕軌道改造施工圖[G]．湖北武漢：中鐵第四勘察設計院集團有限公司，2015．

[2] 郭積程．城軌交通軌道減振設計分析[J]. 現(xiàn)代城市軌道交通，2010（5）．

[3] 中鐵第四勘察設計院集團有限公司．地鐵運營線路的軌道養(yǎng)護維修技術研究[R]．湖北武漢：中鐵第四勘察設計院集團有限公司，2015．

[4] 郭春華．地鐵運營線路既有彈性短軌枕扣件地段更換Vanguard（先鋒）扣件施工工藝[J]. 科技傳播，2013（2）：135．

[5] 郭積程．預制浮置板道床在武漢地鐵中的應用[J]. 現(xiàn)代城市軌道交通，2015（3）．

責任編輯 朱開明

Study of Track Defect on Resilient Short Sleeper and Remediation Technology on
Wuhan Metro Line1

Guo Jicheng

Aiming at the typical defects occurred on resilient short sleeper track of Wuhan metro line1, the paper introduces the defect causes, finds out the key to solve the problems. By taking into consideration of the practice of the test section maintenance, the paper puts forward the fundamental remediation technology solution for resilient short sleeper track defects, in order to help to guide the metro maintenance.

metro, resilient short sleeper, defect treatment

U239

2016-05-03

郭積程（1985—），男，工程師