地铁线路轨道支承块病害整治工艺

2021年11月9日00:00:01
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在地铁运营中,轨道支承块不可避免会出现吊空、离缝、破损等病害,这给地铁的正常运营带来了极大的威胁,同时也将制约城市地铁的发展,因此,必须要彻底修复支承块,提高轨道系统的稳定性,从而确保地铁运营安全,并减少后期的轨道养护维修工作量。基于此,本文将对支承块病害原因进行简要的分析与研究,并列举出合理的整治工艺、方案,以期形成相对完整有效的维修策略,有助于提高地铁安全运营的效率。

1 轨道支承块病害

目前上海轨道交通在正线运营区段使用的支承块主要分为普通支承块和弹性支承块两大类( 见图1) 。普通支承块的主要病害为歪斜、离缝、掉块; 弹性支承块的主要病害为裂纹、掉块、吊空。

地铁线路轨道支承块病害整治工艺

a)普通支承块离缝

地铁线路轨道支承块病害整治工艺

b)弹性支承块吊空

地铁线路轨道支承块病害整治工艺

c)弹性支承块掉块

图1 轨道支承块病害

2 轨道支承块病害形成原因分析

轨道结构长期受到地铁列车的频繁冲击作用,加之自身材料缺陷,以及自然环境、施工质量等因素,导致轨道结构发生疲劳破损。

2.1 列车荷载

以弹性支承块为例,其在长期服役条件下承受列车荷载,受到轮轨动力的反复作用,套靴橡胶件的耐久性会产生一定变化,导致轨下刚度变化,造成前后轨下刚度不连续。支承块本身更加容易在受到冲击后,产生裂纹、掉块,从而使其无法对该位置钢轨提供有效的约束,使得支承块失效位置的钢轨振动增加。这种恶性循环可能发展为支承块失效。列车荷载作用下支承块病害形成机理如图2所示。

地铁线路轨道支承块病害整治工艺

图2 列车荷载导致支承块病害原因分析

2.2 施工质量

轨道结构施工过程中,在大部分情况下,第一步都需要进行支承块精调定位,然后再浇筑混凝土整体道床。由于施工过程中的振动捣固、施工后混凝土干缩,以及轨道结构几何尺寸精调不到位等原因,均可能导致支承块本身与整体道床结合部位存在空隙,形成支承块吊空。

如果不及时治理支承块病害会导致支承块裂纹发展为碎裂、掉块,普通支承块与道床脱离。弹性支承块套靴内若存有积水,也可能会导致翻浆冒泥,影响轨道结构的健康状态,最终导致轨道的几何状态不平顺。轨道不平顺反应轨道结构的宏观几何状态,是轨道结构综合性能和承载能力的重要体现。作为轮轨系统振动的激扰源,轨道不平顺是引起车辆产生振动和轮轨动作用力的主要原因,对车辆运行安全性、平稳性和舒适性,对轨道和车辆部件的工作寿命以及环境噪声等都有重要影响,严重时还会对地铁列车行车安全产生威胁。

3 轨道支承块病害整治工艺

3.1 离缝注浆工艺

目前针对地铁高架线路普通轨道支承块离缝病害,使用环氧树脂的注浆方法进行治理( 见图3) ,效果良好。步骤大致为: 确定打孔位置、打孔预埋注浆管、离缝注浆、表面封闭。

地铁线路轨道支承块病害整治工艺

图3 轨道支承块离缝病害治理现场施工

1) 确定打孔位置。在距离支承块离缝5 cm 左右位置进行打孔,垂直夹角的角度控制在15° ~ 20°,确保枪头能达到支承块底部。

2) 打孔预埋注浆管。先预埋注浆管,然后进行注浆。

3) 离缝注浆。直至离缝中水被完全逼出,离缝开始冒出浆液,停止注浆。

4) 表面封闭。对支承块四周用快干水泥进行封边。

支承块离缝注浆的目的是对离缝空间进行填充,并将道床与支承块牢固粘接; 表面封闭的目的是将水汽等腐蚀性介质隔离在离缝外部,同时也能够防止列车运行过程中振动导致离缝中浆液溢出再次形成空隙。

3.2 掉块修补工艺

支承块的表面出现小范围的裂纹和破损后不会降低支承块的功能,但会影响其耐久性。因此出现裂纹或掉块后应及时采取措施进行修补。目前常用的支承块修补措施为使用合成树脂进行修补,其主要步骤为:

1) 对已脱离支承块整体结构的部分进行凿除,将需修补表面清理干净;

2) 对凿除后浇筑会影响到垫板的情况,需采用起道机起道,移除垫板后再架设模板;

3) 搅拌合成树脂;

4) 将合成树脂构造成所需要的外观形状,固定模板2~3 min,待树脂初凝后拆下模板。

目前,该方法使用较多,除了用于支承块的修补之外,也广泛应用于长枕的破损掉块修补中,整体效果较好。但也出现过修补后合成树脂掉落的情况。

3.3 重新浇筑工艺

如果线路上部分地段的支承块出现破损严重、掉块较大,或出现大面积吊空、歪斜时则应制定相应的维修计划更换支承块。目前采用的两种施工方案为: 针对已引起晃车的支承块歪斜病害,采用将普通支承块凿除后重新浇筑的施工方案; 针对弹性支承块大面积吊空病害,采用将弹性支承块更换为普通支承块的施工方案。

3.3.1 普通支承块凿除重筑

普通支承块凿除后重新浇筑的施工步骤为:

1) 对既有支承块进行凿破,在凿除部位涂刷界面剂。保持凿除部位干净整洁,有利于新老部位的结合。

2) 架好水准仪读取固定标记的标高,将支承块放入凿槽内部,将支承块位置调好后将支承块的预留钢绑扎在预埋筋上。

3) 浇筑快硬型砂浆,充分振捣支承块下的砂浆,将支承台上表面收光抹平,覆膜养护。

4) 恢复线路状态。

3.3.2 弹性支承块更换为普通支承块根据地铁既有线路弹性支承块更换施工特点,在更换弹性支承块之前需将既有线路分解为有缝线路,然后再进行施工。其主要施工步骤为:

1) 起道、取出弹性支承块。将既有线路切割成有缝线路后,为确保行车安全和轨道整体稳定性,在切割后的有缝线路上采取单股作业法。弹性支承块的拔出,按照“隔二取一的方式”取出弹性支承块。支承块凿除采用风镐凿除法或人工凿除法施工,以确保凿除深度达到要求。

2) 钻孔、凿毛。施工现场采用专用电钻钻孔,每个枕木坑内钻取6 个直径20 mm 的空洞; 凿毛按照深度10 mm、间距不大于100 mm 的要求凿毛,最后将坑内杂物彻底清理干净。

3) 植筋、安装新支承块。植筋采用专用胶水锚固法施工。为保证与原有道床连接牢固,将支承块底部钢筋与植筋焊接。钢筋焊接时必须牢固,不允许出现虚焊、漏焊现象。钻6 个植筋孔,植筋为 12 mm 的钢筋,预留钢筋四周布置 6 mm 的环筋。植筋长度将根据现场实际情况进行调节。图4为承块底部钢筋位置示意图。

地铁线路轨道支承块病害整治工艺

图4  支承块底部钢筋位置示意图

4) 砂浆浇筑。采用现场搅拌法施工,按照规定的配合比搅拌施工,然后对支承块槽内浇筑。施工流程如图5 所示。

地铁线路轨道支承块病害整治工艺

图5 砂浆浇筑施工流程

5) 恢复线路状态。需要注意的是,在弹性支承块更换为普通支承块的工艺中,需要将既有线路的扣件更换为压缩型轨道减振器扣件。

4 整治工艺评估

综合考虑以上4 种支承块病害整治方案的评价结果,当整治支承块离缝或掉块较小时,病害对轨道结构的影响小,宜通过夜间施工对离缝进行注浆修复,使用合成树脂对掉块进行修补。目前,注浆修复离缝方法虽然效果较好,但尚未形成统一规范的作业指导书,因此现场施工水平较难把控,影响效果的人为因素较多; 而使用合成树脂修复掉块,由于受材料及施工水平的影响,部分病害修复后,6个月左右发生过再次掉块的情况。

当支承块出现连续的歪斜、吊空,或歪斜程度大、吊空程度大的病害情况时,由于吊空病害对轨道结构和行车影响较大,且随着线路的运营病害加剧较快,宜通过立项对线路上的支承块进行凿除或拆除,进行重新浇筑。表1 为各种轨道支承块病害整治工艺适用性对比表。

表1 各种轨道支承块病害整治工艺适用性对比

序号 整治工艺 适用情况 整治效果 弊端
1 离缝注浆 少量离缝 现场效果较好 施工缺乏规范性,耐久性有待考究
2 掉块修补 掉块较小 现场效果较好 长久以后偶有出现掉落
3 普通支承块凿除重筑 连续的病害或病害程度较严重 工艺结果较好 作业流程较复杂,耗时较长
4 更换弹性支承块 连续的病害或病害程度较严重 工艺结果较好 作业流程较复杂,耗时较长

5 结论

1) 在上海轨道交通的新线建设中,已经不再使用弹性支承块的设计,但既有线路中的弹性支承块随着服役时间的不断增加,弹性套靴失效、支承块碎裂及吊空等问题也已经逐渐暴露,需要进行预防性整治,防止设备病害大面积爆发。

2) 离缝注浆虽然现场效果较好,但由于钻孔深度无法精准把控,只能根据现场情况进行调整,不能确保完全填满支承块与道床的空隙; 其次,灌注的修补材料由于是现场进行配比,不能完全保证其受力性能。需要对作业流程进行规范化,以确保修复的效果。

3) 在日常的维修养护过程中,对于轨道支承块病害的整治应该结合病害的具体情况; 同时,对病害整治后的支承块要跟踪检查,观察各种轨道支承块病害整治工艺工法的效果; 要积极探索新工艺新工法,丰富作业手段,以期实现更好的维护效

文章来源:

原文名称:地铁线路轨道支承块病害整治工艺

作者信息:陈西楼(上海地铁维护保障有限公司工务分公司,200233,上海//工程师)

文章出处: 城市轨道交通研究

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