天津地铁1号线既有线轨道结构病害整治方案研究

抽样调查选取比较有代表性的一般直线地段及隧 道结构渗漏水地段( 西站~ 西北角区间) 、小半径曲线 地段( 海光寺以北 R 298 m 曲线地段) 和道岔区( 海光 寺以北的复式交分道岔地段) , 结果如下:
( 1) 道床。除隧道结构的个别沉降缝处发现道床 有开裂现象以外, 既有线道床结构的完整性较好, 局部 道床渗水, 是由隧道结构损伤引起的。
( 3) 既有螺旋道钉与螺母咬合试验。试验选取了 K8+ 760 处目测锈蚀较为严重的 5 个螺旋道钉, 拧上 新螺母, 然后加载, 当加载至 50 kN 时, 5 个道钉均未出 现螺母脱扣现象, 表明既有螺钉与新螺母之间的咬合 力能够满足使用要求。
( 4) 既有螺旋道钉取出试验。采用喷灯烧烤及水 钻方式取钉, 平均耗时分别约 15 min、5 min。采用水钻 取钉的效率高, 喷灯取钉在操作过程中产生有毒气体, 且高温对螺钉周围的混凝土造成一定的损伤, 螺钉取 出后, 孔内仍残留相当多的硫磺水泥砂浆, 全部清理干 净十分困难。故推荐采取水钻的方式取钉。
( 3) 折断螺钉补锚方案。补钉锚固采用 事必达 植筋胶方案。采用 事必达 植筋胶所需钻孔小, 取钉 方便, 锚钉绝缘, 达到强度的时 间短。采用 TD 锚固 剂 方案需要对螺钉进行涂抹环氧树脂的绝缘处理, 增 加了工序, 且涂抹环氧树脂不易均匀, 容易留下微孔, 难以保证金属表面完全覆盖, 绝缘性难以得到保证; 另 一种方法是更换其它种类螺钉并采用尼龙套管进行绝 缘, 这种方法的绝缘效果最好, 但与既有螺旋道钉品种 不统一, 给以后的养护维修增加不便, 考虑到整个既有 线地段的断钉统计数量不大, 故不推荐采用。
取样 地段
取样 位置
抗拔力 kN
取样 地段
取样 位置
抗 拔力 kN
左右线 K8+ 780 随机抽
样
> 60
> 75
> 70
右线曲 > 70
K12+ 100
> 50
线上股 > 75
> 60 ( R= 302 m) 内侧
> 70
> 60
130 拔出
> 70
> 75
K8+ 760
左右线 随机抽 样(浸 水1个 月)
图 2 扣件螺旋道钉破损
2 试验测试内容
根据既有线轨道结构病害的调查结果, 研究确定 了以下试验项目:
( 1) 混凝土短轨枕挡肩破损修补效果试验。对破 损的短轨枕挡肩进行修补后, 测试修补部位的横向抗 剪强度。
( 2) 既有螺旋道钉的抗拔力试验。对既有螺旋道 钉的抗拔力进行试验, 要求抗拔力应大于 60 kN。现有 螺钉的剩余抗拔力情况对整治方案的比选有很大的关 系。
65
螺纹拉坏
左线曲
75 螺纹拉坏
K12+ 100 ( R= 298 m)
线上股 内侧
> 70
> 70 > 70 > 70
> 50
80 拔出
左右线 曲线上 K8+ 950 股内侧 (R = 800 m)
> 75
> 75
复式交
> 75 > 70
K12+ 260 分道岔 ( 长期浸水) 岔区
> 70
> 70 > 70 > 70 > 70 > 80
( 2) 短轨枕。既有线混凝土短轨枕破损大致有挡 肩掉角、钢筋外露锈蚀以及轨枕掉块等, 图 1 为短轨枕 的典型破损情况。短轨枕挡肩钢筋保护层厚度不足, 也是造成浸水后钢筋锈蚀的重要原因。调查中未发现 轨枕松动现象。
图 1 短轨枕破损
( 3) 螺旋道钉。整个既有线地段的螺旋道钉均存 在锈蚀现象, 尤其是部分螺旋道钉长时间被水浸泡, 需 通过试验确认其强度是否能满足使用需要。螺旋道钉 破损大致是由于既有线的长期运营、拆除既有线钢轨
( 5) 锚固方法和锚固后抗拔力及绝缘性能对比试 验。方法 1: 采用 事必达 植筋胶锚固新的道钉, 见图 6。锚固 1 d 后测 量其绝缘 性能并进 行抗拔力 试验。
铁道建筑 2004 年第 7 期
( 1) 混 凝土短轨枕挡肩破损修补。挡肩修补 3 d 后进行横推试验, 一共试验了 3 组, 横推力达到 50 kN 后, 未发现挡肩修补部位出现破坏现象, 表明采用 TD 锚固剂对破损挡肩进行修补, 能够满足运营使用要求。
收稿日期: 2004- 04- 22
( 责任审编 王 红)
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铁道建筑 2004 年第 7 期
( 5) 锚固方法和锚固后抗拔力及绝缘性能对比试 验。取出既有螺旋道钉后采用不同方法锚固的新螺钉 的试验数据见表 2, 从表 2 可以看出, 采用两种不同锚 固剂锚固的螺钉抗拔力相差不大, 均能满足使用要求。
事必达 植筋胶本身是绝缘的, TD 道钉锚固剂本 身绝缘性差, 其使用说明中明确标示了不适用于绝缘 要求较高的地方。从表 2 看, 采用 事必达 植筋胶新 锚固螺钉的绝缘性能满足信号轨道电路的要求。
100( 拔出) 100( 拔出) > 65
6
03
5 既有线轨道结构病害整治
通过试验分析, 天津地铁 1 号线既有线轨道结构 病害整治方案如下:
( 1) 混凝土短轨枕挡肩破损修补方案。将破损处 的混凝土清除、凿毛, 并清理干净, 若有潮湿, 须烘干。 在结合面上刷抹界面剂, 按混凝土枕挡肩外形立模, 采 用 TD 型道钉锚固剂修补, 表面抹平, 4 h 后方可拆模。
天津地铁 1 号线既, 天津 300040)
摘要: 通过对天津地铁 1 号线既有线轨道结构病害的调查, 经研究确定了病害整治试验方案, 在试验研 究的基础上, 提出了针对性的病害整治方法。 关键词: 地铁既有线 轨道结构 病害整治 中图分类号: U231+ 94 文献标识码: B 文章编号: 1003- 1995( 2004) 07-0072- 03
( 2) 既有螺旋道钉的抗拔力试验。既有道钉抗拔 力试验分别从 6 个不同地段取样, 试验数据见表 1, 抗 拔力均大于 50 kN。可见, 除折损的道钉外, 既有道钉 的抗拔力仍可满足使用要求。图 7 为被拔出或螺纹被 拉坏后的螺旋道钉形态。
图 7 被拔出或螺纹被拉坏后的既有螺旋道钉
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表 1 既有螺旋道钉抗拔力试验数据
图 6 事必达 植筋胶锚固新螺钉试验
4 试验结果及分析
图 4 抗拔试验
( 3) 既有螺旋道钉与螺母咬合试验。螺旋道钉除 锈后拧上新螺母, 然后进行抗 拔试验, 直 到拉力达到 50 kN 后卸载或记录螺母拉脱时的荷载值。
( 4) 折断道钉的取出方法试验。方法 1: 用喷灯加 热断钉截面, 使硫磺锚固剂熔化, 将道钉拔出, 并清理 原钉孔, 记录操作时间, 见图 5; 方法 2: 用水钻将断钉 取出, 观察孔的完整性, 记录操作时间, 见图 5。
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铁道建筑 2004 年第 7 期
3 试验方法
( 1) 混凝土短轨枕挡肩破损修补后横向抗剪试验。 将破损处的混凝土清除、凿毛, 在结合面 上刷抹界面 剂, 采用 TD 型道钉锚 固剂修 补。3 d 后 进行强 度试 验, 方法如下: 将一组弹条 I 扣件( 设计将采用的扣件) 及一根短钢轨组装在短轨枕上, 采用千斤顶向轨底施 加 50 kN 的横向水平力, 见图 3。持续 1 min 后卸载, 循 环 3 次后, 观察修补部位混凝土是否开裂。
天津地铁 1 号线既有线长约 7 3 km, 已运营近 17 年, 局部道床及部分扣件锚固螺旋道钉出现破裂和损 伤。在二期工程建设中, 既有线区间道床结构仍予以 保留, 但需对出现的病害进行调查以及试验研究, 以确 定最佳整治方案。
碰撞等原因引起。螺旋道钉的破损形式有断裂和歪斜 两种, 见图 2。
1 轨道结构病害调查
方法 2: 采用环氧树脂涂抹新螺钉锚固部分以绝缘, 环 氧树脂凝固后, 采用 TD 型 道钉锚固剂把螺钉锚固在 拔出断钉后的钉孔内, 1 d 后测量其绝缘性能并进行抗 拔力试验。方法 3: 先采用 TD 型道钉锚固剂锚固新的 M24 螺钉配套的尼龙套管, 1 d 后把螺钉拧进套管, 然 后测量其绝缘性能并进行抗拔力试验。
表 2 新螺旋道钉采用不同锚固方法的测试数据
单钉抗拔力 kN
螺钉与短 轨枕间电阻(M )
TD 锚固剂
TD 锚固剂
事必达
涂环氧 尼龙 事必达 树脂 套管
涂环氧 树脂
尼龙 套管
> 60
> 70 > 60
15
15
> 70
> 70 > 55
5
13
> 60
> 70 > 65
8
6
> 65
> 65 > 60
5
02
( 3) 螺钉与螺母咬合强度试验。锈蚀的螺旋道钉 经除锈检查后, 试验其与新螺母的咬合强度, 以确保扣 件联接牢固。
( 4) 折断螺旋道钉的取出方法比较试验。断钉及 歪斜钉均需取出重新进行更换, 取钉方法事关整治质 量和工期, 故有必要对取钉方法进行对比试验。
( 5) 道钉锚固方法和锚固后抗拔力及绝缘性能对 比试验。取出破损螺旋道钉, 重新锚固新的道钉, 试验 不同的锚 固方法和锚固 后抗拔力, 抗拔力应大 于 60 kN, 绝缘不低于原锚固道钉的绝缘值。
( 2) 既有线螺钉断裂取出方案。无折断、歪斜的螺 旋道钉经除锈处理以后, 均可直接使用。折损螺钉采 用水钻取出方案。水钻方案比喷灯取钉方案省时、环 保, 且取钉成孔质量好。在满足螺钉锚固要求的前提 下, 尽量减小 水钻的孔 径, 可采用 32 mm 规格 的钻 头。水钻取钉时, 需注意钻头别跑偏, 保证成孔质量。
图 5 取钉试验
图 3 破损挡肩修复后的顶推试验