高速铁路隧道内双块式无砟轨道上拱整治方案

无砟轨道具有刚度均匀性好、结构耐久性强、维修工作量少的特点,因此设计时速300km及以上铁路,长度超过1km隧道及隧道群地段一般都采用无砟轨道结构。双块式无砟轨道是目前高速铁路长大隧道内采用的主要无砟轨道结构形式。

我国目前无砟轨道总体使用情况良好,但受到施工质量、下部基础变形、隧道渗水等不利因素的影响,个别隧道内的双块式无砟轨道出现了轨道板上拱等病害,影响了线路的平顺性和耐久性。鉴于线路已通车运营,因此对隧道内轨道板上拱病害的整治需要在夜间天窗点进行。但是受制于天窗时间短、隧道内作业空间狭小等不利因素,隧道病害整治往往需要较多的施工天窗,施工期间还需保障白天列车安全运营,这都对隧道病害整治提出了严峻的挑战。本文以一高速铁路隧道内双块式无砟轨道为研究对象,结合现场上拱病害情况调研和前期国内采用的相关整治方法,提出采用绳锯法分层切割的整治方案,并成功应用于现场的病害整治。

1 隧道内双块式无砟轨道病害调研情况

1.1 轨道设计情况

一高铁隧道全长3820m,采用CRTSⅠ型双块式无砟轨道。轨道结构高515mm,道床板厚260mm,道床板连续浇筑在隧道仰拱回填层上。采用60kg/mU71MnG长钢轨,采用福斯罗300-1扣件系统。

1.2 病害情况

1)病害地段上行线上拱段最大上拱值为61mm;下行线上拱段最大上拱值为35mm。

2)道床板与隧道底部有部分离缝,约1~2mm左右。

3)上拱地段中心水沟出现斜裂缝;道床板有横向贯通裂缝,裂缝深至两层填充的混凝土层间缝位置。上拱段中心沟侧壁中部出现水平状层间缝;该段隧道环向施工缝多处漏水,成线状,流速较快。

1.3 病害主要原

1)分层浇筑。隧道施工阶段填充层混凝土分2次浇筑。病害发生后,通过挖探发现找平层和下部填充层间有缝隙。

2)排水系统功能不全。连续降雨后,隧道两侧及中心水沟,不能排出积水,大量雨水经裂隙进入隧道,并经找平层和填充层的缝隙渗入隧道底部,导致隧道二衬和底部找平层以上水压力急剧上升,造成施工缝线状渗水、无砟道床上拱。

为尽快恢复正常运营速度,除增设泄水洞进一步完善排水系统外,急需对上拱的轨道板病害进行整治。

2 双块式无砟轨道上拱整治方案

2.1 作业方案

对每个上拱区段,以5根轨枕为一个单元,在不破坏道床板的前提下用绳锯切割仰拱上部回填层混凝土,顶出道床板板底以下10cm回填层混凝土,并用袋装砂浆同高度填充。在道床板的两侧,对称安装由锚杆、L型钢架组成的扣压装置,防止道床板上拱及偏移。待整个上拱区段回填层混凝土切割填充完毕后,再取出袋装砂浆。根据需要在拱起最高处切割道床板,降低轨面高程至方案设计位置,后续灌注聚合物水泥砂浆,最后进行轨道精调。

2.2 作业准备

1)整治前采用采芯取样的方式,确定隧道仰拱完好无损。

2)整治的同时卸掉地下水压力,避免轨道结构受水压力作用而破坏。

3)对隧道填充层出现的缝隙灌注聚合物水泥砂浆,使得整体结构稳定。

2.3 作业流程(见图1)

高速铁路隧道内双块式无砟轨道上拱整治方案

图1 作业流程

1)测量。采用全站仪、电子水准仪对线路线形进行测量,采集轨道及轨道板基础数据。

2)植筋。将上拱值大于4mm的上拱段以外两侧各15m范围道床板与隧道仰拱间采用27销钉锚固,见图2。采用钻机钻孔,孔深550mm,孔径35mm,植筋钢棒长500mm。

高速铁路隧道内双块式无砟轨道上拱整治方案

图2 销钉布置示意

3)垂向切割。先用盘锯沿道床板侧面竖直切开,再用电镐或风镐凿除线路两侧30cm深、80cm宽、沿整治区段纵向等长范围内混凝土。

4)横向钻孔。根据水平及竖向切割位置在合适位置钻孔,钻孔中心位置为道床板与回填层界面处和道床板底下10cm处,钻孔直径4cm,横向钻通约2.8m。

5)轨道状态动态监控安装。在钢轨轨腰安装轨道动态实时监控系统,对轨道动力学进行实时监控,确保施工整治期的高铁列车的运行安全。

6)水平切割。采用绳锯在横向钻孔处穿线进行水平切割,使整治区段待切割部分仰拱回填层形成完全独立的施工单元。

7)切割缝垫板临时支撑和道床板限位。在水平切割地段的切缝利用橡胶垫板临时支撑,安装L型限位装置,见图3。

高速铁路隧道内双块式无砟轨道上拱整治方案

图3 安装L型限位装置

8)竖向切割。采用绳锯将整个整治区段道床板从最大上拱量处竖向切割断开,切断时避开两轨间上层横向钢筋位置。

9)道床板下落。整治区域横向切割贯通后,移除临时垫板,让道床板在自身重力的作用下下落,并复测轨道线性,计算下降量。

10)过渡段临时支撑。对未下落到位的切割水平缝隙,采用橡胶垫板临时支撑,确保天窗作业结束后的轨道结构具有一定的稳定性。

11)轨道板回落。安装扣压装置,扣压装置安装于道床板的两侧,对称设置,给予适当的扣压力,利用电子水准仪观测轨道回落情况,让轨道板上拱最高点回落到设计高程及以下。

12)离缝注浆、整治区段锚固及切缝恢复。计算并称量灌注所需的聚合物水泥砂浆用量,采用专用的聚合物水泥砂浆搅拌机对砂浆进行搅拌,搅拌完成后迅速进行工作性能检测,检测合格后即可开展砂浆灌注工作。稳定后对整治区段轨道板进行锚固并恢复竖向切缝。

13)调平层混凝土恢复及隧底加固。采用混凝土恢复凿除的填充层,并注入聚合物水泥砂浆对隧道填充层出现的离缝进行加固。

14)利用扣件系统调整量对线路进行精调。

3 结语

经过3个月的整治施工,上述整治方案成功地解决了隧道内双块式无砟轨道的上拱病害。线路恢复至设计速度运行,列车运行状态良好,达到了整治的预期目标。

施工过程应注意如下事项:

1)整治的同时需卸掉地下水压力,避免轨道结构再受水压力的破坏。

2)采用绳锯分层切割仰拱回填层混凝土,直至轨道上拱最高点回落到设计高程以下。在绳锯切割空隙灌注聚合物水泥砂浆,使得轨道板结构稳定,再进行轨道精调,恢复线路平顺性。

3)在钢轨轨腰安装轨道动态实时监控系统,对轨道动力学进行实时监控,同时安装视频监控系统,确保施工整治期高铁列车的运行安全。

文章来源:

原文名称:高速铁路隧道内双块式无砟轨道上拱整治方案

作者信息:李传勇( 中国铁路上海局集团有限公司,上海200071)

期刊信息:

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