高速铁路无砟轨道裂纹防治技术探讨

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摘要：文章结合新建太原至焦作铁路工程为例，详细阐述了无砟轨道裂缝形成的原因及分类，包括无砟轨道工点外部环境影响、新、老混凝土面结合差等因素，在此基础上全面探讨了预防裂纹施工关键技术，经现场数据分析可知最后取得了良好的防治效果。

关键词：高速铁路；无砟轨道裂纹；裂缝防治

1工程概况

新建太原至焦作铁路线路长度358.8km，其中山西省境内325.4km，河南省境内33.4km。太原至焦作铁路（山西段）桥梁共计103座，长95.9km，占线路长度的29.5%；隧道共计35.5座，长145.2km，占线路长度的44.6%，其中，L＞10km隧道5座57.239km，4km＜L≤10km隧道8.5座54.980km，1km＜L≤4km隧道10座25.195km，L≤1km隧道12座7.769km；路基长84.3km，占线路长度的25.9%。正线铺轨共计637.1铺轨公里，其中有砟轨道341.4铺轨公里，无砟轨道295.7铺轨公里，无砟轨道占比46.4%。太焦铁路TJZQ-3标起讫里程DK65+340.35~DK81+407.5，线路长度16.07km。其中，无砟轨道长度15.99km，工点依次为区间路基、白北隧道、白北村乌马河大桥、区间路基、榆社隧道。标段位于山西省榆社县，属于暖温带半湿润大陆性季风气候，四季分明，昼夜温差大，冬季寒冷干燥，夏季炎热多雨，降水量多集中在七、八月份，季风气候明显。全线采用CRTSⅠ型双块式无砟轨道，轨枕采用SK-2型双块式轨枕，扣件采用WJ-8B型扣件，道床板宽度为2800mm，厚度260mm。路基与隧道段落道床混凝土采用连续铺设（道床混凝土施工缝位置钢筋连续设置）、双层配筋结构；桥梁地段道床混凝土采用分块式（钢筋断开设置）、双层配筋结构。近年来，因为高速铁路无砟轨道道床板混凝土各种类型裂纹频繁出现，针对无砟轨道裂纹原因分析及防治技术的相关研究越来越多[1～2]。本文结合以往施工经验及现场施工中已经采取的措施实际情况对比，对无砟轨道裂纹防治技术进行研究。

2无砟轨道裂缝形成原因分析及分类

2.1无砟轨道工点外部环境影响目前，高速铁路无砟轨道主要位于长大隧道或者隧道群段落，中间零散分布路基、桥梁等工点。隧道口及临近洞口附近桥梁、路基一般位于山区，外部自然环境恶劣，主要包括气温的变化多端伴随大风天气，对隧道口、路基、桥梁道床混凝土质量影响较大。

2.2新、老混凝土面结合差

双块式无砟轨道轨枕由预制厂集中生产，轨枕面及四周均为混凝土光面，与道床混凝土结合较差，轨枕四周与道床混凝土中间易出现矩形（局部）裂缝。

2.3隧道内、路基（支承层段）产生的反射裂缝

路基与桥隧过渡段28m设计为混凝土底座板，其余段落设计为水硬性混合料支承层，切缝距离约5m/处，局部存在反射裂纹。隧道每板衬砌钢筋单独设计，纵向钢筋在施工缝位置断开做弯头处理。隧道衬砌完成3个月后，沉降观测数据满足要求后施作无砟轨道，但后续因为衬砌存在沉降，隧道内衬砌施工缝位置道床板易产生反射横向裂纹。

2.4路基、隧道地段混凝土连续设计

路基、隧道段落道床混凝土为连续设计，在轨枕边缘易产生四角裂纹，具体表现为“八”字裂纹，严重的局部横向之间形成贯通裂纹或“人”字裂纹；路基、隧道地段现场裂纹数量较桥梁段落明显增加。目前，四角裂纹占所有类型裂纹总量的85%或者更高。已有研究表明，通过分段浇筑或设置后浇带可明显减少道床板横向裂缝。图1为无砟轨道不同类型裂纹分布示意图。

3预防裂纹施工关键技术

3.1新、老混凝土结合关键技术

轨排组装前，清理所有轨枕表面的杂物，并对轨枕四周埋设于混凝土内位置涂刷界面剂，确保轨枕与道床混凝土有效结合。道床混凝土浇筑前安排专人对基层以及轨枕进行喷雾，确保混凝土（支承层）面湿润无积水，提高新、老混凝结合质量。混凝土由拌和站集中生产运输，应严格控制混凝土的坍落度及含气量，符合混凝土理论配合比的控制范围。混凝土浇筑过程中严格控制混凝土入模温度，与既有的轨枕及基础基面温差不超过15℃。混凝土浇筑过程中采用“之”字形沿一个方向布料，以便排出轨枕下方的空气。振捣采用2次振捣技术，第一次利用Φ50振捣棒初振，第二次利用Φ30振捣棒主要对轨枕四周进行加密振捣，确保新、老混凝土有效结合。

3.2预防八角裂纹关键技术

施工过程中，在路基、桥梁、隧道洞口200m范围以内，轨枕四角处增设防裂钢筋+金属网片，每根轨枕共设置8处，每处设置防裂钢筋2根+1块金属网片，防裂钢筋采用Φ6钢筋，水平长度为200mm~300mm，防裂钢筋距混凝土顶面保护层为35mm；第一根防裂钢筋距离轨枕边缘为50mm，两根防裂钢筋间距为100mm，防裂钢筋必须采用绝缘处理。金属网片尺寸为15cm×20cm，置于防裂钢筋上方。隧道内其他段落轨枕四角处增设金属网片，尺寸一致，与主筋通过绝缘卡进行绝缘处理。3.3预防反射裂纹关键技术隧道内衬砌施工缝位置，为避免出现反射裂缝，首先必须保证隧道内仰拱、填充、衬砌施工缝同缝，后续存在仰拱回填层施工的，在隧道施工缝位置对仰拱回填层进行切缝处理。同时在施工缝位置增加一层0.3mm厚的滑动膜进行隔离，滑动膜铺设在混凝土道床板下，纵向长度300mm，宽度与道床板等宽。

3.4其他措施

3.4.1优化混凝土配合比目前，双块式无砟轨道主要利用轨排框架法施工，除桥梁段落采用泵送混凝土外，路基、隧道段落利用料斗浇筑（非泵送）。施工前应优化混凝土性能，按照“三低一高”原则配置，具体可按照低胶材、低用水量、低坍落度、高含气量控制。

3.4.2适时解除轨排支撑系统混凝土浇筑完成后，当混凝土达到初凝时及时松开扣件和轨排间鱼尾板，防止温度变化时钢轨伸缩对混凝土造成破坏，初凝时间由试验人员根据钢球压痕试验确定。具体操作为使用质量为2kg直径75mm的铁球轻轻放在混凝土表面静置1min，然后将铁球拿起，测量混凝土表面压痕，当直径小于15mm时即表示混凝土已初凝。

3.4.3加强混凝土养护无砟轨道施工精度要求高，为避免阳光影响精调结果，路基、桥梁段落精调工序一般在晚上或者凌晨进行，同时为保证混凝土入模温度，一般早上开始浇筑。混凝土连续浇筑，一般在当日下午3点左右完成，混凝土施工期间环境温度变化较大。浇筑完成后应及时覆盖养护，避免混凝土水分损失过快，后期出现裂纹。混凝土收面时严禁加水，利用木模找平，钢模精平。现场应配足收面人员，缩短每次收面时间。现场通过采取土工布+塑料膜结合措施确保混凝土质量，混凝土面布设2根Φ5cm塑料管，管壁按梅花形布置出水孔，间距50cm。直线段水管布置于线路中线两侧40cm位置，曲线段布置于超高侧距离混凝土边缘15cm及线路中线位置。现场指定专人根据现场实际情况定时通过预埋花管补充养护水，确保做好水分预储存，减少水分收缩，提高混凝土抗裂能力。养护时间具体结合现场环境可参照表1执行。

4现场数据分析

太焦铁路3标无砟轨道主要分两个时间段施工。2019年10月5日开始桥梁工点无砟轨道施工，于2020年1月10日完成桥梁、白北隧道段落无砟轨道施工；榆社隧道、区间路基无砟轨道于2020年3月1日开始施工，4月9日全部完成。现场根据施工时间、工点类型、过程中采取的措施，各选取左线无砟轨道100m（50m）做数据分析。通过对两个时间段无砟轨道裂纹统计分析，主要以轨枕四角裂纹为主，占比约为85%。采取措施后，路基段落裂纹长度整体下降75%，隧道洞口200m范围内裂纹长度下降34%，其他段落裂纹长度下降40%。图2为采取措施前、后各种类型裂纹长度对比柱状图。

5结束语

随着社会经济水平越来越高，“绿色出行”理念越来越深入，出行舒适度要求越来越高，高速铁路必将成为大家出行的日常工具。铁路运行安全也必将是关注重点。其中，无砟轨道施工质量控制从源头抓，主要通过优化设计实现；从施工过程抓，主要通过现场优化混凝土配合比、加强过程措施控制、严格落实养护措施实现。有效降低或避免道床板裂纹出现，确保铁路运行安全，将是以后无砟轨道施工的重点。

参考文献：

[1]杨文.CRTSⅠ型双块式无砟轨道道床板混凝土开裂原因分析及防治措施[J].工程技术研究,2019(6):76~77.

[2]范伟.高速铁路CRTSⅠ型双块式无砟轨道道床裂纹缺陷成因及防治[J].建材与装饰,201(9):259~260.

作者：齐少华 单位：中铁十六局集团第一工程有限公司