CRTSⅠ型双块式无砟轨道轨枕松动修复试验研究

杨俊斌，刘学毅，段玉振，杨荣山

(西南交通大学高速铁路线路工程教育部重点实验室，四川成都 610031)

CRTSⅠ型双块式无砟轨道是我国客运专线无砟轨道结构主要形式之一，在遂渝、武广、兰新等新建铁路都有铺设。该型轨道结构由钢轨、扣件、双块式钢桁架轨枕、道床板和底座板(桥上)或贫混凝土支承层(路基上)等组成，CRTSⅠ型双块式轨枕采用钢桁架联结，轨枕只保留承轨与预埋扣件螺栓部位的混凝土，最大限度地减少了轨枕与现浇混凝土结合面面积，增加了轨道整体性，避免在结合面处产生裂缝。

2011年11月，在对遂渝、黄井等线路调查发现，CRTSⅠ型双块式无砟轨道在预制轨枕与现浇道床板接触面间出现裂缝、道床板面混凝土掉块等现象。从调查结果来看，大部分预制轨枕与现浇道床板接触面间裂缝宽度目测均＜1 mm，但在个别地段，由于伴有道床板面混凝土掉块，轨枕与道床板接触面间的缝隙＞1 mm。轨枕与道床板接触面间的裂缝是影响CRTSⅠ型双块式无砟轨道结构整体耐久性的主要原因之一，因此，研究轨枕松动对CRTSⅠ型双块式无砟轨道动力学性能的影响，是提升该型无砟轨道结构耐久性的重要内容。

1 轨枕松动成因分析

CRTSⅠ型双块式无砟轨道轨枕松动的原因主要有以下几个方面:

1)轨道结构自身的因素。预制轨枕与现浇混凝土结合面问题一直是影响轨枕埋入式无砟轨道结构耐久性的主要因素之一。

2)施工及环境因素。施工过程中现浇道床板混凝土层振捣不密实、混凝土养生时间不足、或养生条件无法保证都会使得轨枕与道床板结合面裂缝过早产生，通车后，在列车动荷载的反复作用下，微小的接触面裂缝会增大，轨枕块出现纵向、横向的动态位移，挤压混凝土道床板，使得道床板面的混凝土出现掉块、剥离，道床板面混凝土剥离后，又会使得轨枕的动态位移值增大，进一步恶化轨枕与道床板的结构整体性和稳定性。在多雨季节，道床板面的雨水会沿着这些缝隙渗入道床板内，锈蚀道床板内的钢筋;另一方面，在列车动荷载作用下，缝隙中的水会变成具有一定速度的压力水，对轨枕块、道床板混凝土结构产生水切作用，进一步减弱轨道结构的整体性及耐久性。

3)列车荷载因素。在调查中了解到，遂渝及黄井线在开通伊始，只是开行了速度快、轴重轻的客运列车，近期，为了缓解遂渝、黄井两地的货运压力，又开行了速度慢轴重大的货运列车。在只开行客运列车时，轨枕与道床板接触面间只是出现了结构性的微小裂缝，轨枕松动现象并不明显，但是自从货运列车开行后，轨枕松动现象明显加剧。可见，货运列车虽然速度慢但轴重大，对轨道结构整体稳定性及耐久性的影响较大。

2 轨枕块松动对行车影响分析

为了分析列车动荷载作用下CRTSⅠ型双块式无砟轨道轨枕松动后钢轨、轨枕、道床板的动力响应，2011年11月中旬，对黄井线一处松动明显的轨枕进行了修复前后的钢轨、轨枕、道床板的垂向位移及加速度对比测试试验。图1为试验中选择的有明显松动的轨枕，其中图1(a)为修复前的轨枕，从图中可清晰看到轨枕四周道床板混凝土出现了较大范围的剥离，桁架钢筋也暴露在外。图1(b)为修复后的轨枕。

图1 松动轨枕块

2.1 测点布置

考虑到在测试修复前后钢轨、轨枕、道床板的垂向位移及加速度的同时，检查一下松动轨枕是否有纵、横向的翻转运动，整体测点布置如图2所示。轨枕四角各设置一个弹片式位移计，轨枕一端设置一个加速度计。在靠近测试轨枕一边的钢轨底部上表面各设置了一个弹片式位移计及加速度计。道床板上设置了一个加速度计。

图2 测点布置

试验中测试的有HXD1、HXD3、SS7机车牵引的3类列车，其中HXD1牵引的是货车，其余两种列车牵引的是客车，HXD3牵引的客车较少，因此，后期分析时只采用HXD1货车及SS7客车数据。

2.2 试验结果与分析

2.2.1 轨道各部垂向加速度

由表1及图3～图5可知，松动轨枕修复后，无论是客车还是货车通过，钢轨、轨枕加速度均有较大幅度下降，而道床板加速度变化较小。钢轨及轨枕加速度的下降主要得益于松动轨枕修复后，轨道结构整体性的增强。钢轨、轨枕、道床板3种轨道部件作为一个整体结构抵抗列车动荷载激振的能力要明显强于轨枕松动时，只有钢轨、轨枕及部分道床板结构承受列车动荷载的情况。由于CRTSⅠ型双块式无砟轨道道床板结构在线路纵向是连续铺设的钢筋混凝土结构，整体性很强，因此，松动轨枕修复前后，列车动荷载作用下，道床板加速度的变化不大。

表1 各结构垂向加速度数据 g

图3 钢轨加速度

图4 轨枕块加速度

图5 道床板加速度

2.2.2 轨道各部垂向位移

由表2、图6和图7可知，松动轨枕修复后，钢轨及轨枕竖向位移有较大幅度的减小，钢轨最大位移减少了近1.2 mm，轨枕最大位移减少了1.8 mm;轴重大、速度慢的货车对轨道结构的作用效果要大于轴重轻、速度快的客车;轨枕四个角上最大位移差由0.33 mm降至0.17 mm。说明，松动轨枕的修复对降低列车动荷载作用下CRTSⅠ型双块式无砟轨道结构的垂向动位移是比较明显的，同时，轨枕纵横向的翻转幅度也有了较大幅度的减少。

图6 钢轨垂向位移

图7 轨枕块垂向位移

表2 各结构垂向位移数据 mm

3 结论

1)松动轨枕块修复后，钢轨、轨枕块的垂向位移及加速度均明显减小，轨枕块纵向、横向的翻转运动幅度也明显减小。为了提高轨道几何形位的准确及稳定，应及时对松动轨枕块进行修复。

2)松动轨枕块修复前后，道床板加速度的变化不太明显，但在列车动荷载作用下，没有及时修复的松动轨枕块，会对道床板表面的混凝土层造成破坏，进一步加大轨枕块松动，影响行车平稳性。

3)对轨枕块松动的及时修复应作为该类型无砟轨道日常养护维修工作的主要内容之一，这对提高其耐久性是非常必要的措施。

［1］赵国堂.高速铁路无碴轨道结构［M］.北京:中国铁道出版社，2006:44-50.

［2］贺志荣，贾德华，杨格.高速铁路CRTSⅡ型轨道板裂缝分析与预防［J］.铁道建筑，2011(9):115-118.

［3］栾永平.现浇双块式无砟轨道板裂缝控制机理和预防措施［J］.铁道建筑，2011(12):21-22.

［4］李方东.武广铁路客运专线CRTSⅠ型双块式无砟轨道施工关键技术［J］.铁道建筑，2010(1):26-29.

［5］陈政.CRTSⅠ型双块式无砟轨道道床板轨排稳定控制技术［J］.铁道建筑，2010(1):30-31.