高速鐵路無砟軌道裂紋防治技術(shù)探討
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摘要：文章結(jié)合新建太原至焦作鐵路工程為例，詳細(xì)闡述了無砟軌道裂縫形成的原因及分類，包括無砟軌道工點(diǎn)外部環(huán)境影響、新、老混凝土面結(jié)合差等因素，在此基礎(chǔ)上全面探討了預(yù)防裂紋施工關(guān)鍵技術(shù)，經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)分析可知最后取得了良好的防治效果。
1工程概況
新建太原至焦作鐵路線路長(zhǎng)度358.8km，其中山西省境內(nèi)325.4km，河南省境內(nèi)33.4km。太原至焦作鐵路（山西段）橋梁共計(jì)103座，長(zhǎng)95.9km，占線路長(zhǎng)度的29.5%；隧道共計(jì)35.5座，長(zhǎng)145.2km，占線路長(zhǎng)度的44.6%，其中，L＞10km隧道5座57.239km，4km＜L≤10km隧道8.5座54.980km，1km＜L≤4km隧道10座25.195km，L≤1km隧道12座7.769km；路基長(zhǎng)84.3km，占線路長(zhǎng)度的25.9%。正線鋪軌共計(jì)637.1鋪軌公里，其中有砟軌道341.4鋪軌公里，無砟軌道295.7鋪軌公里，無砟軌道占比46.4%。太焦鐵路TJZQ-3標(biāo)起訖里程DK65+340.35~DK81+407.5，線路長(zhǎng)度16.07km。其中，無砟軌道長(zhǎng)度15.99km，工點(diǎn)依次為區(qū)間路基、白北隧道、白北村烏馬河大橋、區(qū)間路基、榆社隧道。標(biāo)段位于山西省榆社縣，屬于暖溫帶半濕潤(rùn)大陸性季風(fēng)氣候，四季分明，晝夜溫差大，冬季寒冷干燥，夏季炎熱多雨，降水量多集中在七、八月份，季風(fēng)氣候明顯。全線采用CRTSⅠ型雙塊式無砟軌道，軌枕采用SK-2型雙塊式軌枕，扣件采用WJ-8B型扣件，道床板寬度為2800mm，厚度260mm。路基與隧道段落道床混凝土采用連續(xù)鋪設(shè)（道床混凝土施工縫位置鋼筋連續(xù)設(shè)置）、雙層配筋結(jié)構(gòu)；橋梁地段道床混凝土采用分塊式（鋼筋斷開設(shè)置）、雙層配筋結(jié)構(gòu)。近年來，因?yàn)楦咚勹F路無砟軌道道床板混凝土各種類型裂紋頻繁出現(xiàn)，針對(duì)無砟軌道裂紋原因分析及防治技術(shù)的相關(guān)研究越來越多[1～2]。本文結(jié)合以往施工經(jīng)驗(yàn)及現(xiàn)場(chǎng)施工中已經(jīng)采取的措施實(shí)際情況對(duì)比，對(duì)無砟軌道裂紋防治技術(shù)進(jìn)行研究。
2無砟軌道裂縫形成原因分析及分類
2.1無砟軌道工點(diǎn)外部環(huán)境影響目前，高速鐵路無砟軌道主要位于長(zhǎng)大隧道或者隧道群段落，中間零散分布路基、橋梁等工點(diǎn)。隧道口及臨近洞口附近橋梁、路基一般位于山區(qū)，外部自然環(huán)境惡劣，主要包括氣溫的變化多端伴隨大風(fēng)天氣，對(duì)隧道口、路基、橋梁道床混凝土質(zhì)量影響較大。
2.2新、老混凝土面結(jié)合差
雙塊式無砟軌道軌枕由預(yù)制廠集中生產(chǎn)，軌枕面及四周均為混凝土光面，與道床混凝土結(jié)合較差，軌枕四周與道床混凝土中間易出現(xiàn)矩形（局部）裂縫。
2.3隧道內(nèi)、路基（支承層段）產(chǎn)生的反射裂縫
路基與橋隧過渡段28m設(shè)計(jì)為混凝土底座板，其余段落設(shè)計(jì)為水硬性混合料支承層，切縫距離約5m/處，局部存在反射裂紋。隧道每板襯砌鋼筋單獨(dú)設(shè)計(jì)，縱向鋼筋在施工縫位置斷開做彎頭處理。隧道襯砌完成3個(gè)月后，沉降觀測(cè)數(shù)據(jù)滿足要求后施作無砟軌道，但后續(xù)因?yàn)橐r砌存在沉降，隧道內(nèi)襯砌施工縫位置道床板易產(chǎn)生反射橫向裂紋。
2.4路基、隧道地段混凝土連續(xù)設(shè)計(jì)
路基、隧道段落道床混凝土為連續(xù)設(shè)計(jì)，在軌枕邊緣易產(chǎn)生四角裂紋，具體表現(xiàn)為“八”字裂紋，嚴(yán)重的局部橫向之間形成貫通裂紋或“人”字裂紋；路基、隧道地段現(xiàn)場(chǎng)裂紋數(shù)量較橋梁段落明顯增加。目前，四角裂紋占所有類型裂紋總量的85%或者更高。已有研究表明，通過分段澆筑或設(shè)置后澆帶可明顯減少道床板橫向裂縫。圖1為無砟軌道不同類型裂紋分布示意圖。
3預(yù)防裂紋施工關(guān)鍵技術(shù)
3.1新、老混凝土結(jié)合關(guān)鍵技術(shù)
軌排組裝前，清理所有軌枕表面的雜物，并對(duì)軌枕四周埋設(shè)于混凝土內(nèi)位置涂刷界面劑，確保軌枕與道床混凝土有效結(jié)合。道床混凝土澆筑前安排專人對(duì)基層以及軌枕進(jìn)行噴霧，確?；炷粒ㄖС袑樱┟鏉駶?rùn)無積水，提高新、老混凝結(jié)合質(zhì)量?；炷劣砂韬驼炯猩a(chǎn)運(yùn)輸，應(yīng)嚴(yán)格控制混凝土的坍落度及含氣量，符合混凝土理論配合比的控制范圍?；炷翝仓^程中嚴(yán)格控制混凝土入模溫度，與既有的軌枕及基礎(chǔ)基面溫差不超過15℃?；炷翝仓^程中采用“之”字形沿一個(gè)方向布料，以便排出軌枕下方的空氣。振搗采用2次振搗技術(shù)，第一次利用Φ50振搗棒初振，第二次利用Φ30振搗棒主要對(duì)軌枕四周進(jìn)行加密振搗，確保新、老混凝土有效結(jié)合。
3.2預(yù)防八角裂紋關(guān)鍵技術(shù)
施工過程中，在路基、橋梁、隧道洞口200m范圍以內(nèi)，軌枕四角處增設(shè)防裂鋼筋+金屬網(wǎng)片，每根軌枕共設(shè)置8處，每處設(shè)置防裂鋼筋2根+1塊金屬網(wǎng)片，防裂鋼筋采用Φ6鋼筋，水平長(zhǎng)度為200mm~300mm，防裂鋼筋距混凝土頂面保護(hù)層為35mm；第一根防裂鋼筋距離軌枕邊緣為50mm，兩根防裂鋼筋間距為100mm，防裂鋼筋必須采用絕緣處理。金屬網(wǎng)片尺寸為15cm×20cm，置于防裂鋼筋上方。隧道內(nèi)其他段落軌枕四角處增設(shè)金屬網(wǎng)片，尺寸一致，與主筋通過絕緣卡進(jìn)行絕緣處理。3.3預(yù)防反射裂紋關(guān)鍵技術(shù)隧道內(nèi)襯砌施工縫位置，為避免出現(xiàn)反射裂縫，首先必須保證隧道內(nèi)仰拱、填充、襯砌施工縫同縫，后續(xù)存在仰拱回填層施工的，在隧道施工縫位置對(duì)仰拱回填層進(jìn)行切縫處理。同時(shí)在施工縫位置增加一層0.3mm厚的滑動(dòng)膜進(jìn)行隔離，滑動(dòng)膜鋪設(shè)在混凝土道床板下，縱向長(zhǎng)度300mm，寬度與道床板等寬。
3.4其他措施
3.4.1優(yōu)化混凝土配合比目前，雙塊式無砟軌道主要利用軌排框架法施工，除橋梁段落采用泵送混凝土外，路基、隧道段落利用料斗澆筑（非泵送）。施工前應(yīng)優(yōu)化混凝土性能，按照“三低一高”原則配置，具體可按照低膠材、低用水量、低坍落度、高含氣量控制。
3.4.2適時(shí)解除軌排支撐系統(tǒng)混凝土澆筑完成后，當(dāng)混凝土達(dá)到初凝時(shí)及時(shí)松開扣件和軌排間魚尾板，防止溫度變化時(shí)鋼軌伸縮對(duì)混凝土造成破壞，初凝時(shí)間由試驗(yàn)人員根據(jù)鋼球壓痕試驗(yàn)確定。具體操作為使用質(zhì)量為2kg直徑75mm的鐵球輕輕放在混凝土表面靜置1min，然后將鐵球拿起，測(cè)量混凝土表面壓痕，當(dāng)直徑小于15mm時(shí)即表示混凝土已初凝。
3.4.3加強(qiáng)混凝土養(yǎng)護(hù)無砟軌道施工精度要求高，為避免陽光影響精調(diào)結(jié)果，路基、橋梁段落精調(diào)工序一般在晚上或者凌晨進(jìn)行，同時(shí)為保證混凝土入模溫度，一般早上開始澆筑?；炷吝B續(xù)澆筑，一般在當(dāng)日下午3點(diǎn)左右完成，混凝土施工期間環(huán)境溫度變化較大。澆筑完成后應(yīng)及時(shí)覆蓋養(yǎng)護(hù)，避免混凝土水分損失過快，后期出現(xiàn)裂紋?；炷潦彰鏁r(shí)嚴(yán)禁加水，利用木模找平，鋼模精平?，F(xiàn)場(chǎng)應(yīng)配足收面人員，縮短每次收面時(shí)間?，F(xiàn)場(chǎng)通過采取土工布+塑料膜結(jié)合措施確?；炷临|(zhì)量，混凝土面布設(shè)2根Φ5cm塑料管，管壁按梅花形布置出水孔，間距50cm。直線段水管布置于線路中線兩側(cè)40cm位置，曲線段布置于超高側(cè)距離混凝土邊緣15cm及線路中線位置?，F(xiàn)場(chǎng)指定專人根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況定時(shí)通過預(yù)埋花管補(bǔ)充養(yǎng)護(hù)水，確保做好水分預(yù)儲(chǔ)存，減少水分收縮，提高混凝土抗裂能力。養(yǎng)護(hù)時(shí)間具體結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境可參照表1執(zhí)行。
4現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)分析
太焦鐵路3標(biāo)無砟軌道主要分兩個(gè)時(shí)間段施工。2019年10月5日開始橋梁工點(diǎn)無砟軌道施工，于2020年1月10日完成橋梁、白北隧道段落無砟軌道施工；榆社隧道、區(qū)間路基無砟軌道于2020年3月1日開始施工，4月9日全部完成?，F(xiàn)場(chǎng)根據(jù)施工時(shí)間、工點(diǎn)類型、過程中采取的措施，各選取左線無砟軌道100m（50m）做數(shù)據(jù)分析。通過對(duì)兩個(gè)時(shí)間段無砟軌道裂紋統(tǒng)計(jì)分析，主要以軌枕四角裂紋為主，占比約為85%。采取措施后，路基段落裂紋長(zhǎng)度整體下降75%，隧道洞口200m范圍內(nèi)裂紋長(zhǎng)度下降34%，其他段落裂紋長(zhǎng)度下降40%。圖2為采取措施前、后各種類型裂紋長(zhǎng)度對(duì)比柱狀圖。
5結(jié)束語
隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)水平越來越高，“綠色出行”理念越來越深入，出行舒適度要求越來越高，高速鐵路必將成為大家出行的日常工具。鐵路運(yùn)行安全也必將是關(guān)注重點(diǎn)。其中，無砟軌道施工質(zhì)量控制從源頭抓，主要通過優(yōu)化設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)；從施工過程抓，主要通過現(xiàn)場(chǎng)優(yōu)化混凝土配合比、加強(qiáng)過程措施控制、嚴(yán)格落實(shí)養(yǎng)護(hù)措施實(shí)現(xiàn)。有效降低或避免道床板裂紋出現(xiàn)，確保鐵路運(yùn)行安全，將是以后無砟軌道施工的重點(diǎn)。
參考文獻(xiàn)：
[1]楊文.CRTSⅠ型雙塊式無砟軌道道床板混凝土開裂原因分析及防治措施[J].工程技術(shù)研究,2019(6):76~77.
[2]范偉.高速鐵路CRTSⅠ型雙塊式無砟軌道道床裂紋缺陷成因及防治[J].建材與裝飾,201(9):259~260.
作者：齊少華 單位：中鐵十六局集團(tuán)第一工程有限公司
