客貨共線鐵路彈性支承塊式無砟軌道傷損分析及整治

常衛(wèi)華

1.中鐵第一勘察設(shè)計院集團有限公司，西安 710043；2.陜西省鐵道及地下交通工程重點實驗室，西安 710043

1996年，我國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)了彈性支承塊式無砟軌道。該軌道結(jié)構(gòu)已在國內(nèi)廣泛應(yīng)用，在寧西線（西安—南京）、蘭武復線（蘭州—武威）、襄渝線（襄陽—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，僅我國西部地區(qū)已通車線路長度約425 km。

多年來，國內(nèi)對彈性支承塊式無砟軌道在不同運營條件下的合理剛度及其匹配關(guān)系、動態(tài)軌距擴大、行車安全性和舒適性、軌道剛度過渡段等方面進行了大量研究［1-5］，對彈性支承塊式無砟軌道的結(jié)構(gòu)參數(shù)進行了優(yōu)化設(shè)計。彈性支承塊式無砟軌道安全可靠，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)彈性支承塊式無砟軌道的應(yīng)用經(jīng)驗及應(yīng)用過程中發(fā)現(xiàn)的不足之處［6-12］，本文以某客貨共線鐵路為例，對隧道內(nèi)支承塊開裂及道床高程控制不到位的傷損分析及整治措施進行深入研究。

1 彈性支承塊式無砟軌道結(jié)構(gòu)

彈性支承塊式無砟軌道結(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對支承塊，如圖1所示。

圖1 彈性支承塊式無砟軌道結(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砟軌道結(jié)構(gòu)的破壞形式主要包括三種：支承塊開裂（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）。

支承塊開裂情況較多，部分出現(xiàn)貫通裂縫。支承塊開裂均在承軌臺部位，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，對支承塊形成包裹固結(jié)。道床板與支承塊四周未見橡膠套靴帽，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)彈性支承塊式無砟軌道結(jié)構(gòu)設(shè)計方案（參見圖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裂。

現(xiàn)場發(fā)現(xiàn)支承塊裂紋破損絕大部分靠近線路中心一側(cè)，主要因為直線地段道床頂面設(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)整體道床表面過高，導致道床表面對支承塊形成約束，進而造成支承塊承軌臺開裂。

對于道床板表面高于橡膠套靴帽檐地段，現(xiàn)場進行了適當切縫處理，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，道床面與承軌臺頂面相對高差應(yīng)控制在±5 mm。

3 整體道床高程控制不到位

3.1 傷損情況

彈性支承塊式無砟軌道在施工過程中，多條線路出現(xiàn)整體道床高于設(shè)計高程的現(xiàn)象。主要是因為道床高程控制不到位，整體道床軌面高程超限或豎曲線地段未考慮豎曲線修正值。預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。整體道床施工時在變坡點未設(shè)置豎曲線，導致該段鐵路自開通以來一直限速運行。變坡點區(qū)段線路現(xiàn)狀與設(shè)計對比見圖5。

圖5 變坡點區(qū)段線路現(xiàn)狀與原設(shè)計對比（單位：mm）

根據(jù)現(xiàn)場實測數(shù)據(jù)，整體道床最大抬道量約5 mm，落道量約1~50 mm，長度為33 m。預埋鐵座式彈性扣件最大調(diào)高量為10 mm，可通過扣件進行調(diào)整。

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

1）支承塊下沉+軌排架過渡方案

該方案通過擴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，松開空吊支承塊兩側(cè)一定長度范圍內(nèi)的扣件，并在支承塊兩側(cè)放置起道機，將支承塊和鋼軌同時抬高，直至支承塊底部露出整體道床表面，松開扣件，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使用鑿具對整體道床支承塊槽進行擴鑿。根據(jù)軌頂面高程差值，擴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。

在對支承塊槽擴鑿后且尚未灌注聚合物水泥砂漿之前，要采取過渡措施來保證軌道結(jié)構(gòu)的幾何形位和穩(wěn)定性?？刹捎密壟偶芄潭ㄤ撥?，在鋼軌下墊入枕木等措施。根據(jù)現(xiàn)場天窗點情況，分階段、分區(qū)域完成上述整改工作。在整改過程中須通過限速保證行車安全。

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，通過減小支承塊露出道床表面高度來降低軌面高程。

施工前應(yīng)復測軌道控制網(wǎng)CPⅢ，按照豎曲線半徑5 km計算設(shè)計軌面高程，逐個測量彈性支承塊應(yīng)降低的高度，并預制異形支承塊，更換時確保支承塊、塊下墊板及套靴黏結(jié)牢固。

3.3 建議

支承塊下沉+軌排架過渡方案在既有客貨共線鐵路有應(yīng)用經(jīng)驗，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，對行車安全影響小，但減小軌枕厚度會對軌枕強度及預埋扣件抗拔力產(chǎn)生不利影響，給后期運營養(yǎng)護維修帶來不便，建議深入論證后擇機使用。

4 結(jié)論

本文通過對客貨共線鐵路隧道內(nèi)彈性支承塊式無砟軌道病害進行現(xiàn)場調(diào)研，分析了隧道內(nèi)常見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)，以免對支承塊受力產(chǎn)生不利影響。

2）整體道床軌面高于設(shè)計高程時，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，建議拆除并重建道床；落道量小于50 mm時建議優(yōu)先采用支承塊下沉+軌排架過渡方案；異形支承塊方案在能保證支承塊強度及扣件抗拔力滿足設(shè)計要求情況下，可擇機使用。

3）整體道床施工過程中應(yīng)嚴格控制軌面高程。