高速铁路无砟轨道结构部件快速更换技术
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作者:甄相国
摘 要：为了实现在高速铁路运行期间利用天窗时间对损害结构部件进行快速更换的目的，铁路维修部门加强了对无砟轨道结构部件更换装备及更换材料的研究，提出部件快速更换技术，形成符合我国无砟轨道实际情况的维修技术体系，这对于提高我国高铁运行安全有重要意义。
关键词：高速铁路 无砟轨道 结构部件 快速更换技术
中图分类号：U213 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2020）05（a）-0037-02
无砟轨道主要结构形式包括沥青砂浆或混凝土，就道床维修而言与传统铁路有很大区别，无砟轨道具有运行周期长、稳定性好、安全性高、维修工作相对较少等特征[1]。但是在长期的运行过程中，无砟轨道结构部件也不免会出现的各种问题，需要及时更换，这就需要相关人员加强轨道结构部件快速更换技术的研究，以便延长轨道的使用年限，提高轨道结构的安全性。
1 无砟轨道结构部件病害类型
当前我国高铁线路中无砟轨道的主要分为CRTSⅠ、CRTSⅡ、CRTSⅢ几种类型，其中CRTSⅠ型属于单元板式无砟轨道，CRTSⅡ型属于纵连板式无砟轨道，CRTSⅢ型无砟轨道是对前两种类型无砟轨道建设方式的借鉴和升级，虽然这三种类型的轨道在结构设计上存在差异，但是，都属于板式无砟轨道，在实际运行中结构部件容易发生的病害问题基本没有太大差异。板式无砟轨道结构部件主要包括预制混凝土轨道板、钢轨、水泥乳化沥青砂浆垫层、板间连接构建、扣件、混凝土底座等等。
1.1 砂浆层失效
在无砟轨道结构中砂浆层是作为支承层之间或者底座板与轨道板之间的调整层而存在的，是高速铁路无砟轨道结构组成中的主要部件之一，在轨道结构中的主要作用是传力、支撑、调整、乘力等，同时可以为轨道运行提供一定的弹韧性和刚度，在列车荷载过程中还能够起到一定的减震作用。无砟轨道运行的舒适性与平顺性是其填充层服役状态好坏的综合表现形式，而且填充层的服役状态也会在一定程度影响轨道结构的耐久性[2]。与底座、轨道板或支承层相比砂浆层的支撑强度较低，承受不同层状结构与列车疲劳荷载之间的相互约束作用，再加上填充层服役过程中长期暴露在自然环境中，会受到流体场、温度场等多场耦合作用，在无砟轨道结构部件中属于较为薄弱的一环，在服役期间容易发生损伤。砂浆层常见的病害问题有开裂窜出、大面积缺损等。
1.2 轨道板失效
在无砟轨道结构中轨道板属于预制部件，从现在我国高速铁路无砟轨道运行状况而言，轨道板服役状况比较稳定。从国内外无砟轨道运行和建设情况来看，在高鐵线路运行过程中轨道板容易出现的问题有：档肩破裂、承轨台破损、严重开裂等。
1.3 嵌缝材料失效
我国在刚开始修建高速铁路无砟轨道时，伸缩缝建设中采用的嵌缝材料以沥青类为主，将这类材料作为嵌缝材料具有很多优势，如成本低、原料丰富等，但是，在实际应用中沥青类材料也存在不少缺点，如沥青类材料需要在加热后才能使用，会增加施工工艺的复杂性;温度适应性差，温度过高的话容易流淌挤出，温度过低的话又具有较大脆性;服役时间短等[3]。从当前实际投入使用的情况而言，大部分沥青类材料服役时间仅数年而已，使用几年后就会失效，在无砟轨道结构中一旦嵌缝材料失效，就会导致轨道结构接缝部位丧失防水功能，水会通过接缝处进入轨道结构内部，引起翻浆冒泥等问题，对轨道结构的耐久性造成严重影响。嵌缝材料出现问题的主要表现形式为：流淌、碎裂、脱落等。
2 无砟轨道结构部件快速更换技术
2.1 砂浆层结构更换技术
如果砂浆层与轨道板之间产生离缝问题，就当前为我国对于无砟轨道快速维修方式即为注浆维修法。现在在轨道维修中常见的注浆方式有高压注浆、常压注浆以及低压注浆，在实际应用中根据离缝严重程度合理选择注浆方式。因为无砟轨道具有一定开放性，再加上离缝高度的微小性，经过多年的实践操作和实验研究，得出如下结论，在砂浆层与轨道板出现离缝问题时，应用高压注浆技术，无法确保维修材料注入的准确性，致使材料流入不改进入的轨道部件中;常压注浆技术在实际应用中离缝注浆饱满性不足;低压注浆技术最符合离缝注浆维修要求。在无砟轨道运行中，高速列车对轨道砂浆层的挤压强度在0.1MPa左右，而低压注浆机的灌注压强为0.1MPa，这也表示，在进行注浆修复时，砂浆层和轨道板不会受到注浆压力的破坏[4]。
在对1mm以上的离缝进行连续注浆封闭后，需要在注浆段的最远端设立观察孔，以便对注浆的饱满程度进行判断;对1mm以下的离缝进行连续注浆修复时，在砂浆层上沿每隔30cm处用细钻头打注浆孔，注浆至相邻注浆孔漏浆为止，对于砂浆层与轨道板之间出现的不连续离缝问题，可以采用细丝离缝处进行探明后，采用多点注浆方式，多点注浆方式与连续注浆方式并无差异，其维修施工步骤如下：
（1）将设置的观察孔位置和注浆孔位置明确标注在轨道板上;
（2）对离缝进行密封处理，密封材料可以选用专门的密封带、密封胶等;
（3）将注浆孔和观察孔分别插入注浆管和观察器，之后进行注浆操作;
（4）注浆需要到相邻注浆孔漏浆或至观察器部位后，停止注浆;
（5）密封材料拆除操作需在注浆材料固化后进行，如果发现注浆存在不饱满情况，需要对离缝进行二次封闭，后实施重新注浆;
（6）将施工垃圾带离现场，保持环境。
2.2 高速铁路无砟轨道嵌缝材料快速更换技术
高速铁路无砟轨道在运行过程中出现嵌缝材料失效问题，铁力维修人员需要在夜间天窗期内进行快速修补处理，留给维修人员的施工时间较少。对于多组分或双组分修补材料，需要利用称量工具严格按照规定配比量完成材料混合后进行搅拌，这样会导致人为误差和施工环节的增加。而且，由于高铁线路风力比较大，降低称量工具准确性，无法保证修补材料的使用性能。而液态型修补材料需要采用密封措施，避免材料外流，在很大程度上影响施工效率。而且液态修补材料在灌注时难度较大，容易滴洒，对轨道板造成污染。尤其是在风力较大的时间段，会进一步增加灌注难度，材料外溢、飘洒严重。因此在高速铁路无砟轨道嵌缝材料更换修补时可以选用硅酮嵌缝材料，这种材料不仅具有较强的抗破坏能力，稳定性强，便于操作，且对施工时间和施工环境的要求较低，具有其他嵌缝材料无法替代的优势。
3 结语
综上所述，随着高速铁路在我国发展速度的不断加快，无砟轨道在铁路线路建设中的应用越来越广泛，同时也相继出现常见的病害问题。由于高速铁路在运行过程中，速度较快，运行率较高，维修人员只能利用夜间空窗期进行抢修，维修时间较短，因此，需要结合无砟轨道结构部件特性，应加强快速维修技术和新材料的研究，并投入到高铁无砟轨道结构伤损维修中，取得显著效果，对于促进高速铁路无砟轨道维修技术的进一步提高有重要意义。
参考文献
[1] 汪全新.高铁无砟轨道结构病害与维修技术的应用研究[J].科技创新与应用，2019（16）：167-168.
[2] 李家伟.高速铁路无砟轨道结构全寿命维修养护措施研究[J].南方农机，2019，50（1）：248.
[3] 易忠来，李化建，谢永江.高速铁路无砟轨道结构部件快速更换技术[J].铁路技术创新，2015（2）：59-63.
[4] 李志明，唐钱龙.高速铁路无砟轨道-桥梁结构动力响应试验研究[J].重庆交通大学学报：自然科学版，2019， 38（7）：26-33.
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