高速铁路无砟轨道结构病害类型及快速维修方法_吴绍利

砟轨道具有稳定性高、刚度均匀性好、结构耐久

性强、维修工作量少和技术相对成熟等特点，各国高速铁路普遍采用。无砟轨道在长期运营和外界复杂自然环境作用下不可避免地出现损坏和老化，高速行驶的列车对无砟轨道的破坏更加严重，若不及时维修，无法正常运营。因此，无砟轨道维修技术是高速铁路长期安全运营的保障。

我国无砟轨道线路长、跨区域大，维修工作量大，一旦发现问题维修较难，主要表现在2个方面。其一，无砟轨道是新生事物，铁路维修养护人员对其结构和病害还不了解，难以确定选用何种材料进行维修。其二，高速铁路夜间天窗时间一般只有210 min，除去上线、下线及准备时间，有效维修时间仅为2 h，大部分维修材料无法在该时间段达到要求强度。结合我国高速铁路运营安全要求及天窗时间，并通过对京津城际铁路、石太客运专线、沪宁城际铁路调研，将常见无砟轨道结构病害进行分类，研发了维修材料和快速维修方法，并在多条高速铁路无砟轨道结构中使用，效果良好。

1 无砟轨道病害类型

我国高速铁路的无砟轨道主要类型为CRTSⅠ型和CRTSⅡ型，其中CRTSⅠ型为单元板式无砟轨道，CRTSⅡ型为纵连板式无砟轨道，虽然结构设计不同，但同为板式无砟轨道，出现的结构病害大体相同。板式无砟轨道主要由混凝土底座、水泥乳化沥青砂浆垫层、预制混凝土轨道板、板间连接构件、钢轨及扣件等构成。

高速铁路无砟轨道结构病害类型及快速维修方法

吴绍利：中国铁道科学研究院金属及化学研究所，副研究员，北京，100081

王 鑫：中国铁道科学研究院金属及化学研究所，助理研究员，北京，100081

吴智强：中国铁道科学研究院金属及化学研究所，助理研究员，北京，100081

陆方斌：中国铁道科学研究院金属及化学研究所，工程师，北京，100081

摘 要：介绍无砟轨道病害类型，分析砂浆垫层

与轨道板结构离缝等病害产生的原因及可能对轨

道结构产生的危害。阐述无砟轨道结构病害快速

维修和“可二次”维修性原则，以及维修材料选

择原则。结合我国高速铁路的运营实际，提出砂

浆层与轨道板结构离缝、砂浆层缺损、预埋套管

伤损、混凝土伤损快速维修方法和施工步骤，在

高速铁路无砟轨道结构中使用效果良好。

关键词：高速铁路；无砟轨道；结构病害；快速

维修

无

高速铁路无砟轨道结构病害类型及快速维修方法 吴绍利 等

1.1 砂浆垫层与轨道板结构离缝

砂浆层与轨道板结构离缝又称轨道板吊空。CRTSⅠ型无砟轨道的砂浆层与轨道板结构离缝主要出现在轨道板四角，部分出现在轨道板中部，一般离缝在2 mm以下，个别在3 mm以上。造成轨道板吊空原因：一是轨道板四角翘曲；二是灌注砂浆不饱满；三是轨道板与砂浆层热胀冷缩速率不同；四是钢轨精调时由扣件引起。

根据国外高速铁路经验和对我国高速铁路的调研，砂浆层与轨道板离缝在2 mm及以上时，轨道结构造成的危害表现为：

（1）动车组列车高速通过时，轨道板对砂浆层产生高频率拍打，加速砂浆层伤损和老化；

（2）大面积的轨道板吊空，造成轨道结构不平顺，动车组列车高速通过时，车体摇晃，影响舒适性；

（3）轨道板四角吊空，动车组列车通过时轨道板表面应力增大，承受的屈折应力远大于设计要求，造成轨道板伤损；

（4）动车组列车通过时，轨道板上下晃动影响轨道板上的相应扣件系统，造成扣件系统不同程度伤损。

CRTSⅡ型无砟轨道的砂浆层和轨道板结构离缝与CRTSⅠ型不同。CRTSⅡ型无砟轨道砂浆层无灌注袋，采用支模后整体浇筑，浇筑时从外面难以观察灌注饱满情况，砂浆固化后，可能会出现外面饱满内部空虚状况。

通过对京津城际铁路、沪杭高速铁路等CRTSⅡ型无砟轨道进行调研，发现砂浆层与轨道板结构离缝一般在1 mm以下；离缝最长可达十几米； 离缝深度不等。这主要与施工和当地温度、雨水等环境因素有关，南方地区雨水多，致使离缝深度较大，贯穿缝较多；部分砂浆层与混凝土底座离缝。

CRTSⅡ型无砟轨道为纵连板式结构，1 mm以下离缝，即便是贯穿缝，也较难被轨检车发现，目前主要靠人工排查。随着雨雪侵蚀及动车组列车通过时对轨道板与砂浆层的拍打，离缝逐渐加深加大，往往伤损轨道板。

1.2 砂浆层缺损结构病害

砂浆层缺损指砂浆因过度老化导致砂浆层断裂和剥落，主要出现在我国早期的无砟轨道试验段。目前，新建线路开通时间短，砂浆层采用了优化的砂浆配方，以及灌注袋的保护，尚未出现此类病害，长期运营可能会出现。

1.3 预埋套管伤损

无砟轨道扣件系统紧固部件普遍采用预埋尼龙套管，部分尼龙套管随着线路运营老化，造成扣件系统失效，影响行车安全。

1.4 混凝土伤损

混凝土伤损指无砟轨道混凝土结构伤损，主要包括轨道板承轨槽掉块且扣件系统无法紧固、轨道板混凝土掉块且钢筋裸露、侧向挡块大面积掉块、混凝土底座及路基混凝土裂缝等。

2 维修原则与材料选择

2.1 维修原则

（1）快速维修。目前，我国高速铁路昼间行车密度大，无法对运营线路进行检查，日常养护维修普遍放在夜间，一般养护维修天窗时间为4 h内，病害整治维修时间必须在天窗时间完成，材料强度必须在天窗时间达到，否则将影响正常运营。

（2）“可二次”维修性。对维修后出现的二次伤损需能进行再次维修，要求维修材料具有“可维修”性，或从无砟轨道结构病害处彻底剔除，或维修材料可以进行反复维修，新旧维修材料融合良好。

2.2 材料选择

根据无砟轨道结构病害类型和维修原则，早期用于无砟轨道快速维修的材料为无机材料——用于混凝土修补的快干水泥砂浆和由快干水泥组成的水泥乳化沥青材料。快干水泥砂浆价格便宜，黏结强度较低，自身强度不高，主要用于非受力混凝土缺损维修，在受力部位使用，往往造成二次伤损。水泥乳化沥青砂浆作为砂浆层修补材料，曾被日本大量应用于新干线的无砟轨道结构砂浆层维修，因其耐腐蚀性和耐冻融性差，在维修后3～5年出现不同程度的二次伤损，目前逐渐被乙烯基树脂代替。

无机材料不能满足无砟轨道养护维修需求，有机材料被大量用于无砟轨道快速维修，主要有环氧树脂、乙烯基树脂、异丁烯树脂和有机硅材料。环氧树脂因其良好的机械性能和对混凝土优良黏结性能用于混凝土裂缝和缺损维修；异丁烯树脂和乙烯基树脂用于砂浆层离