无砟轨道结构横向纠偏修复解离界面研究

刘竞 郑新国 孙宏伟 童忆南 潘永健 高志宏 王雅慧 周骏

（1.中国铁道科学研究院集团有限公司铁道建筑研究所，北京 100081；2.中国铁路设计集团有限公司，天津 300308；3.中国铁路上海局集团有限公司南京桥工段，南京 210000；4.中铁上海工程局集团第四工程有限公司，天津 300450）

层状无砟轨道结构是我国高速铁路主要的轨道结构形式，2007 年在遂渝（遂宁—重庆）高速铁路进行试铺，至今已经在京津城际铁路、京沪高速铁路等多条运营线上广泛使用。随着运营时间的推移，由于复杂的地质原因等，无砟轨道结构损伤逐渐累积，结构偏移成为当前无砟轨道常见的病害之一［1-2］，影响了轨道平顺性，进而影响了行车安全性和旅客舒适性［3-5］。

基于高聚物化学解黏的无砟轨道结构纠偏修复技术［6］可实现在天窗时间内高精度修复无砟轨道结构横向偏移问题。这一技术的关键是解离界面的正确选取。解离界面是无砟轨道结构中线纠偏时的分离及滑移面，横向纠偏仅对分离面以上的轨道结构进行，分离面以下的结构不发生位移。因此，选取合适的解离界面，是实现在轨道结构伤损较小的前提下完成纠偏修复的关键。本文基于解离界面与无砟轨道结构的相对位置关系特征，遵循确保轨道结构安全、纠偏阻力小、工艺简单的原则，对不同类型无砟轨道结构横向纠偏整治时解离界面的选取进行分析研究，为工程中轨道纠偏的实践提供依据。

1 基于轨道结构层间的解离界面

层状无砟轨道结构的上层结构通过浮置、拉毛后浇或土工材料隔离等多种方式置于下层结构上，这为以轨道结构层间作为解离界面进行无砟轨道结构横向纠偏修复提供了可能。

1.1 单元式无砟轨道

单元式无砟轨道包括CRTSⅠ型、CRTSⅢ型板式无砟轨道。路基、桥梁、隧道区段的单元式无砟轨道，均可基于轨道结构层间进行纠偏界面解离，具有解离界面明确、黏结力小、对原轨道无损伤、施工简单高效等优点。

对CRTSⅠ型板式无砟轨道进行纠偏时，以水泥乳化沥青砂浆层充填层作为解离界面，须在凿除轨道板两端凸形挡台填充树脂后对轨道板进行横向调整（图1）。根据TB 10754—2018《高速铁路轨道工程施工质量验收标准》［7］，凸型挡台周围填充树脂厚度为30～50 mm。由于施工可能存在误差，此方法可提供的轨道纠偏量较小。一般情况下，无砟轨道结构中线横向纠偏量不大于10 mm 时，可选水泥乳化沥青砂浆层充填层作为解离界面。

图1 CRTSⅠ型板式轨道结构基于充填层间解离

CRTSⅢ型板式无砟轨道采用自密实混凝土作为填充层，通过限位凹槽实现与混凝土底座间的限位和纵横向力的传递。在自密实混凝土和底座之间设置中间隔离层，通过轨道板上预留的灌注孔灌注自密实混凝土。自密实混凝土填充层与轨道板通过门形钢筋及钢筋网片浇筑为一个整体，但其与底座间设有中间隔离层，使其层间黏结力较小，可选该隔离层作为解离界面，解离后上部自密实混凝土与轨道板仍可以保持较好的整体性，如图2所示。

图2 CRTSⅢ型板式轨道结构基于轨道结构层间解离

双块式无砟轨道是将预制的双块式轨枕组装成轨排，以现场浇筑混凝土方式将轨枕浇入均匀连续的钢筋混凝土道床内，并适应ZPW-2000 轨道电路。其桥梁区段采用类似于CRTSⅢ型板式无砟轨道结构的限位凹槽进行现浇单元式道床板的纵横向限位，同样可以采取轨道结构层间解离后对限位凹槽进行改位的方式实施纠偏。

1.2 连续式无砟轨道

连续式无砟轨道包括路基、桥梁、隧道区段的CRTSⅡ型板式无砟轨道和路基、隧道区段纵向连续铺设的双块式无砟轨道，均可基于轨道结构层间进行纠偏界面解离。

结合CRTSⅡ型板式无砟轨道层状结构特点，水泥乳化沥青砂浆作为调整层灌注于轨道板和支承层/底座板之间，具有一定的黏结性。但从现场揭板试验以及工程实践来看［8-9］，以水泥乳化沥青砂浆层与轨道板间的界面作为解离界面（图3）仍会造成轨道板被揭起，纠偏后须进行轨道板精调以及水泥乳化沥青砂浆层的重新灌注。

图3 CRTSⅡ型板基于轨道结构层间解离

路基、隧道区段的双块式无砟轨道为纵向连续结构，在基床表层采用滑模摊铺或模筑法连续铺设支承层。当以轨道结构层间（道床板与支承层/底座板之间）作为纠偏解离界面时（图4），由于道床板与支承层/底座板之间的黏结力相对较小，轨道结构纠偏反力也较小。

图4 双块式无砟轨道基于轨道结构层间解离

1.3 无砟道岔

无砟道岔分为长枕埋入式无砟道岔和板式无砟道岔。长枕埋入式无砟道岔结构中，带钢桁架的混凝土岔枕与现浇钢筋混凝土板紧密连接［10］，不宜基于轨道结构层间解离。板式无砟道岔系统由多层结构组成，自下而上为找平层、混凝土支承层/底座板、预制道岔板，解离界面明确，适合基于轨道结构层间解离。

综上，以无砟轨道结构层间作为纠偏解离界面的适用范围见表1。

表1 以无砟轨道结构层间作为解离界面的适用范围

2 基于轨道结构下部的解离界面

根据不同类型无砟轨道的结构特点，对于不具备层间解离条件的无砟轨道结构，或者存在层间解离对轨道结构影响较大以及恢复无砟轨道结构难度大等问题，鉴于对无砟轨道结构进行整体纠偏对轨道结构影响更小，提出了适用于路基、隧道区段的以轨道结构下部作为纠偏解离界面的无砟轨道整体纠偏方案。

2.1 路基区段

路基区段无砟轨道结构和无砟道岔均可基于轨道结构下部进行纠偏界面解离。路基区段无砟轨道包括CRTSⅠ型、CRTSⅡ型、CRTSⅢ型板式无砟轨道和双块式无砟轨道，其结构下部均为约0.4 m 厚的级配碎石。以轨道结构下部作为解离界面纠偏时需要克服支承层/底座板抗弯刚度产生的反力，并且整个结构单位长度自重大，纠偏时需要提供较大的反力。路基区段无砟轨道结构抬升实践表明［11］，在级配碎石表层注浆，对无砟轨道结构进行整体同步均匀抬升时，轨道结构状况良好；且抬升后再进行纠偏，可大幅降低纠偏阻力。经相关仿真计算［12］，以级配碎石层作为纠偏的解离界面，若纠偏工艺控制合理，纠偏时对无砟结构的整体性影响较小。

路基区段无砟道岔轨道结构自重大，横向刚度大。以结构宽度为8.4 m，高度为0.8 m的双线整体式无砟道岔轨道为例，每延米质量可达16.8 t，且基床表层级配碎石中掺入了一定量的水泥，进一步增大了无砟轨道底座与级配碎石层间的黏结力和摩阻力，这决定了在进行道岔纠偏时所需反力极大。为保证道岔整体结构的安全性、稳定性，须同步对道岔轨道板与底座进行整体纠偏，以经过特殊工艺加强的反力结构提供纠偏反力。对于长枕埋入式无砟道岔，选取级配碎石表层与底座的界面作为纠偏解离界面（图5）。对于板式无砟道岔，因底座下部的混凝土找平层与底座黏结良好，所以选取轨道结构下部级配碎石与找平层的界面作为纠偏解离界面。

图5 路基区段长枕埋入式无砟道岔基于轨道下部解离

2.2 桥梁区段

桥梁区段无砟轨道结构不适合基于轨道结构下部解离。这是因为桥梁区段CRTSⅠ型板式无砟轨道中心2.6 m 范围内的梁面在预制时一般会进行拉毛处理，梁体采用预埋套管植筋与底座连接，解离较为困难。即使辅以特殊技术进行解离，由于整治后不能在梁面打孔，结构难以有效恢复。桥梁区段CRTSⅡ型板式无砟轨道的底座两侧有侧向限位挡块和限位板结构，要从轨道结构下部解离则势必需要破坏原侧向限位挡块和限位板，对轨道结构影响较大。桥梁区段CRTSⅢ型板式无砟轨道的底座与梁体间采用预埋套管植筋连接，轨道结构下部（底座与梁体间）解离较为困难。桥梁区段双块式无砟轨道的底座一般采用C40钢筋混凝土直接浇筑在桥面上，桥面上底座分块浇筑，长度与宽度与道床板相同，底座与梁体间一般设置有连接钢筋，因此不能以轨道结构下部作为解离界面进行纠偏。

2.3 隧道区段

隧道区段无砟轨道结构除无仰拱区段CRTSⅠ型板式无砟轨道外，均可基于轨道结构下部解离。有仰拱隧道区段CRTSⅠ型板式无砟轨道的底座连续浇筑在隧道仰拱回填层上，因此可以在轨道结构下部进行解离。无仰拱隧道区段CRTSⅠ型板式无砟轨道的底座为双线整体，一般不适用于在轨道结构下部进行解离纠偏。隧道区段CRTSⅡ型、CRTSⅢ型板式无砟轨道的底座铺设在隧道仰拱回填层（有仰拱区段）或隧道底板（无仰拱区段）上，故可以在轨道结构下部即底座与仰拱回填层间或底板进行解离。隧道区段双块式无砟轨道无支承层或者底座结构，其道床板直接连续浇筑在隧道仰拱回填层或底板上，可以在轨道结构下部进行解离。

综上，以无砟轨道结构下部作为纠偏解离界面的适用范围见表2。

3 结论

1）路基区段无砟轨道结构和板式无砟道岔结构均可选取结构层间和轨道结构下部作为纠偏解离界面，其中结构下部解离对轨道结构损伤更小，为优选方案。

2）桥梁区段无砟轨道结构可选取轨道结构层间作为纠偏解离界面。

3）除隧道内的双线整体式结构，隧道区段无砟轨道结构均可选取结构层间和轨道结构下部作为纠偏解离界面，其中结构下部解离对轨道结构损伤更小，为优选方案。