譚丙磊

中國國家鐵路集團(tuán)有限公司 運(yùn)輸調(diào)度指揮中心， 北京 100844

雙塊式無砟軌道應(yīng)用廣泛，服役環(huán)境復(fù)雜。遇到極端氣候和突發(fā)災(zāi)害時(shí)，無砟道床有可能被嚴(yán)重破壞，影響高速鐵路正常運(yùn)營。國內(nèi)外學(xué)者對無砟軌道病害產(chǎn)生原因、檢測方法、整治技術(shù)等進(jìn)行了研究。朱星盛［1］提出基于軌面高低變化量、鋼軌和軌道板高差變化量的軌道板上拱評估方法。楊萃娜等［2］針對無砟軌道底座板后澆帶病害問題，提出了基于沖擊彈性波的無損檢測方法。溫浩等[3]提出了一種針對運(yùn)營期無砟軌道支承層斜裂病害整治效果快速評價(jià)技術(shù),即通過實(shí)時(shí)監(jiān)測軌道動力學(xué)安全參數(shù)和整治前后支承層與砂漿層結(jié)合狀態(tài),對整治技術(shù)的安全性和有效性進(jìn)行評價(jià)。黃傳岳等［4］以對運(yùn)輸效率的影響最小化、作業(yè)效率最大化為原則，提出鋼墊梁臨時(shí)支撐、傷損支承層修復(fù)、軌道板復(fù)位、砂漿層灌注的作業(yè)方案。田科宏等［5］以大西高速鐵路的裂縫傷損和鄭西高速鐵路的離縫傷損為例，系統(tǒng)總結(jié)了無砟軌道混凝土傷損的危害和形成原因，提出了修復(fù)方案。姜子清等［6］對無砟軌道砂漿層離縫的傷損特征進(jìn)行研究，提出砂漿層與軌道板黏結(jié)失效等工況的檢查方法。楊榮山等［7］針對雙塊式無砟軌道枕邊裂縫問題分析得出，列車運(yùn)行速度是裂縫疲勞壽命的關(guān)鍵影響因素。劉峰等［8］通過數(shù)值模擬，分析了溫度荷載作用下接縫傷損程度等因素對軌道上拱變形及受力的影響規(guī)律。王寧等［9］提出了一種多尺度多任務(wù)的傷損智能識別算法，提高了無砟道床表觀傷損檢測系統(tǒng)的檢測精度和準(zhǔn)確率。

既有研究均未全面考慮極端氣候和突發(fā)災(zāi)害引起的無砟道床傷損甚至斷道情況，雙塊式無砟道床突發(fā)災(zāi)害傷損應(yīng)急處置技術(shù)及修復(fù)后效果評價(jià)仍處于空白。本文先介紹雙塊式無砟道床突發(fā)災(zāi)害類型和傷損應(yīng)急處置技術(shù)，然后從靜態(tài)和動態(tài)兩個(gè)方面給出各種災(zāi)害傷損修復(fù)后效果檢測方法和評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)。

1 雙塊式無砟道床突發(fā)災(zāi)害傷損應(yīng)急處置措施

雙塊式無砟道床突發(fā)災(zāi)害類型主要分為火災(zāi)、地震、水害、撞擊等。根據(jù)雙塊式無砟道床突發(fā)災(zāi)害傷損形式及其影響，提出相應(yīng)的應(yīng)急處置措施，見表1。

2 雙塊式無砟道床突發(fā)災(zāi)害傷損修復(fù)效果評價(jià)

2.1 靜態(tài)檢測

2.1.1 檢測方法及內(nèi)容

1）人工觀測。人工查看修復(fù)后的無砟道床是否出現(xiàn)次生病害、整治材料傷損等情況，評價(jià)無砟道床外觀質(zhì)量。

對重點(diǎn)傷損區(qū)段、修補(bǔ)位置及更換后的關(guān)鍵部件拍攝圖像，傷損部位采用裂縫比例卡、量尺等工具記錄裂縫與離縫的長度和寬度、缺損長度和深度等。

2）無損檢測。采用回彈法、沖擊回波法和超聲波法對修復(fù)后無砟道床表面強(qiáng)度、層間黏結(jié)狀態(tài)等傷損修復(fù)效果進(jìn)行檢測。

①采用回彈儀對修復(fù)后的無砟道床板、底座板或支承層的強(qiáng)度進(jìn)行檢測。具體方法參照J(rèn)GJ/ T 23—2011《回彈法檢測混凝土抗壓強(qiáng)度技術(shù)規(guī)程》。

②采用沖擊回波法對無砟道床離縫或空洞填充效果進(jìn)行檢測。

③采用MRA1041型超聲波無損檢測儀對道床板、底座板與支承層澆筑后混凝土內(nèi)部缺陷進(jìn)行檢測。該檢測儀采用單向回聲技術(shù)，由10個(gè)傳感器組成信號收發(fā)裝置（圖1）。傳感器探頭采用耐磨陶瓷材料，無需界面耦合劑，可直接對混凝土面進(jìn)行測量。由于每次檢測結(jié)果以三維圖像呈現(xiàn)，因此正式測量前須對被測面進(jìn)行網(wǎng)格劃分。

圖1 超聲波無損檢測原理

3）抽樣檢測。針對重點(diǎn)區(qū)段或部位，進(jìn)行鉆芯取樣、螺栓抗拔力試驗(yàn)及軌枕擋肩極限承載力試驗(yàn)，對傷損修復(fù)后無砟道床關(guān)鍵結(jié)構(gòu)或部位的力學(xué)性能進(jìn)行檢測。

①鉆芯取樣

對更換的道床板、底座板及支承層混凝土鉆芯取樣，芯樣數(shù)量一般不低于3 個(gè)，直徑10 mm，高度與更換后的道床板、底座板及支承層等高。按照CECS03—2007《鉆芯法檢測混凝土強(qiáng)度技術(shù)規(guī)程》中的試驗(yàn)方法測試芯樣抗壓強(qiáng)度。

②預(yù)埋套管抗拔力試驗(yàn)

依據(jù)TB/ T 3396.7—2015《高速鐵路扣件系統(tǒng)試驗(yàn)方法 第7 部分：預(yù)埋件抗拔力試驗(yàn)》對雙塊式軌枕預(yù)埋套管進(jìn)行抗拔力試驗(yàn)。依據(jù)TB/ T 3297—2013《高速鐵路岔區(qū)軌枕埋入式無砟軌道混凝土岔枕》對岔枕預(yù)埋套管進(jìn)行抗拔力試驗(yàn)。

③軌枕擋肩極限承載力試驗(yàn)

對嚴(yán)重受損區(qū)段軌枕擋肩進(jìn)行極限承載力試驗(yàn)，修補(bǔ)后擋肩的檢測數(shù)量不低于總修補(bǔ)數(shù)量的10%。試驗(yàn)方法及設(shè)備按照國家專利《擋肩強(qiáng)度測量裝置》［10］進(jìn)行。

4）軌道線形測量。采用安博格、軌檢小車等絕對測量設(shè)備，測量傷損修復(fù)后無砟軌道的平面線形和高程數(shù)據(jù)；采用相對測量小車檢測軌距、水平、高低等軌道靜態(tài)幾何尺寸。

2.1.2 合格標(biāo)準(zhǔn)

無砟道床突發(fā)災(zāi)害傷損修復(fù)效果的合格標(biāo)準(zhǔn)見表2。

表2 傷損修復(fù)效果合格標(biāo)準(zhǔn)

2.2 動態(tài)測試

2.2.1 測試內(nèi)容及方法

突發(fā)災(zāi)害發(fā)生后，需要通過測試鋼軌位移、輪軌力等，判定無砟軌道結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性和列車運(yùn)行的安全性。

采用應(yīng)變式位移計(jì)測試鋼軌位移。位移計(jì)在實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行標(biāo)定，并采用塞尺在測試現(xiàn)場校核，通過現(xiàn)場安裝測試鋼軌垂向、橫向位移。輪軌垂直力測試裝置采用垂向力標(biāo)定架現(xiàn)場標(biāo)定，并根據(jù)動車組以5 km/h速度通過測點(diǎn)時(shí)的數(shù)據(jù)進(jìn)行準(zhǔn)靜態(tài)標(biāo)定和校核。輪軌橫向力測試裝置采用水平力標(biāo)定架現(xiàn)場標(biāo)定。

根據(jù)TB/ T 2489—2016《輪軌橫向力和垂向力地面測試方法》要求，在鋼軌上粘貼應(yīng)變片，采用剪應(yīng)力法測試動車組以不同速度通過軌道結(jié)構(gòu)中測點(diǎn)時(shí)輪軌橫向力和垂向力，據(jù)此計(jì)算動車組內(nèi)外輪脫軌系數(shù)、輪重減載率、輪軌橫向力等指標(biāo)。

2.2.2 評定指標(biāo)限值

根據(jù)TB 10761—2013《高速鐵路工程動態(tài)驗(yàn)收技術(shù)規(guī)范》對無砟軌道動力學(xué)性能進(jìn)行評定。各指標(biāo)限值見表3。其中：P0為靜輪重。

表3 動力學(xué)性能指標(biāo)限值

3 工程應(yīng)用

2022 年6 月4 日，列車脫軌對貴廣客運(yùn)專線榕江站無砟軌道螺旋道釘、預(yù)埋套管、軌枕擋肩等造成嚴(yán)重傷損。災(zāi)害發(fā)生后，采用上述應(yīng)急處置技術(shù)對受損區(qū)段進(jìn)行了修補(bǔ)，并對修復(fù)效果進(jìn)行靜、動態(tài)檢測和評價(jià)。

3.1 靜態(tài)檢測

針對軌枕傷損形式，靜態(tài)檢測主要采用抗拔力試驗(yàn)與軌枕擋肩極限承載力試驗(yàn)評價(jià)修復(fù)效果。

1）抗拔力試驗(yàn)

依據(jù)抗拔力試驗(yàn)要求，對雙塊式軌枕預(yù)埋套管進(jìn)行抗拔力試驗(yàn)。根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果，按照表2 中的質(zhì)量要求對修復(fù)效果進(jìn)行判定。經(jīng)統(tǒng)計(jì)，修補(bǔ)區(qū)段未改錨預(yù)埋套管115 個(gè)，改錨預(yù)埋套管22 個(gè)，均滿足抗拔力要求。同時(shí)對5 號道岔的3 根傷損較嚴(yán)重的軌枕預(yù)埋套管進(jìn)行抗拔力試驗(yàn)，其中1 根預(yù)埋套管抗拔力為53 kN，不滿足抗拔力要求。建議對傷損岔枕的預(yù)埋套管進(jìn)行改錨。

2）軌枕擋肩極限承載力試驗(yàn)

根據(jù)現(xiàn)場檢測需要，按照軌枕擋肩缺損面積將軌枕擋肩缺損劃分為四個(gè)等級：Ⅰ級（缺損面積小于1/4）；Ⅱ級（缺損面積1/4 ～ 1/2）；Ⅲ級（缺損面積1/2 ～ 3/4）；Ⅳ級（缺損面積大于3/4）。

對不同缺損等級的已修補(bǔ)軌枕擋肩進(jìn)行極限承載力試驗(yàn)，結(jié)果見表4。

表4 已修補(bǔ)軌枕擋肩極限承載力試驗(yàn)結(jié)果

根據(jù)貴廣客運(yùn)專線聯(lián)調(diào)聯(lián)試測試數(shù)據(jù)，最大輪軌力約22.2 kN。由表4可知，不同傷損等級軌枕擋肩修補(bǔ)后極限承載力均高于聯(lián)調(diào)聯(lián)試實(shí)測的最大輪軌力。

3.2 動態(tài)檢測

根據(jù)軌道結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，選擇在上行線K102 + 147、K102 + 137，下行線K102 + 147、K102 + 160 處布置測點(diǎn)。傷損修補(bǔ)后動車組通過測點(diǎn)時(shí)各項(xiàng)動力學(xué)性能指標(biāo)最大值見表5。結(jié)合表3 可知：脫軌系數(shù)、輪重減載率、輪軌橫向力、鋼軌位移均小于其限值，滿足規(guī)范要求。

表5 動力學(xué)性能指標(biāo)最大值測試結(jié)果

4 結(jié)論

1）雙塊式無砟道床突發(fā)災(zāi)害主要包括火災(zāi)、地震、水害、撞擊等，針對各種突發(fā)災(zāi)害傷損提出了相應(yīng)的應(yīng)急處置措施。

2）修復(fù)效果靜態(tài)檢測主要包括人工觀測、無損檢測、抽樣檢測和軌道線形測量。人工觀測檢查無砟道床修復(fù)外觀質(zhì)量；無損檢測包括回彈法、沖擊回波法和超聲波法；針對重點(diǎn)區(qū)段或位置，進(jìn)行抽樣檢測；采用絕對測量設(shè)備檢查修復(fù)后無砟軌道平面線形和高程是否滿足設(shè)計(jì)要求，采用相對測量小車檢測軌距、水平、高低等軌道靜態(tài)幾何尺寸。針對各種檢測方法給出了相應(yīng)的評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)。

3）高速鐵路雙塊式無砟道床突發(fā)災(zāi)害傷損修復(fù)后，對動車組通過時(shí)修復(fù)區(qū)段軌道結(jié)構(gòu)動力學(xué)性能指標(biāo)進(jìn)行檢測，并依據(jù)TB 10761—2013 對修復(fù)效果進(jìn)行評價(jià)。

4）經(jīng)在貴廣客運(yùn)專線榕江站無砟軌道傷損區(qū)段應(yīng)用，本文所提出的動態(tài)靜態(tài)相結(jié)合的雙塊式無砟道床突發(fā)災(zāi)害傷損修復(fù)效果評價(jià)方法可靠適用。