蔡世昱，周 建，楊榮山

(西南交通大學(xué)高速鐵路線路工程教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，成都 610031)

某線于2007年建成通車，鋪設(shè)有CRTSⅠ型和Ⅱ型板式軌道，起初運(yùn)行普通客運(yùn)列車和動(dòng)車，自2010年開(kāi)始運(yùn)行貨車，據(jù)現(xiàn)場(chǎng)反映，在運(yùn)行貨車前無(wú)砟軌道已有破壞跡象，運(yùn)行貨車后破壞情況大為加劇。該線路CA砂漿采用灌注袋施工，現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查表明，CRTSⅠ型板式軌道局部破壞較為嚴(yán)重，主要表現(xiàn)為:邊角處砂漿豎向開(kāi)裂，并呈弧狀露出軌道板，顯示砂漿層受到較強(qiáng)的擠壓作用而破壞;砂漿脆化嚴(yán)重，部分砂漿已嚴(yán)重粉化，粉化的黑稀泥狀物質(zhì)中可見(jiàn)大量砂粒.本次現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)主要針對(duì)框架板式軌道CA砂漿傷損進(jìn)行動(dòng)力測(cè)試試驗(yàn)，從而分析CA砂漿傷損(碎裂、掉塊等)修復(fù)前后鋼軌及軌道板的動(dòng)力學(xué)響應(yīng)，評(píng)估CA砂漿傷損對(duì)軌道結(jié)構(gòu)受力和行車安全的影響，以及針對(duì)現(xiàn)場(chǎng)CA砂漿碎裂等病害的現(xiàn)有修復(fù)技術(shù)加以評(píng)估。

1 試驗(yàn)概況

本次試驗(yàn)地點(diǎn)位于該線某路橋過(guò)渡段處路基側(cè)，軌道結(jié)構(gòu)類型為框架板式無(wú)砟軌道。試驗(yàn)針對(duì)一塊軌道板進(jìn)行，該軌道板位于路橋過(guò)渡段路基側(cè)，軌道板左側(cè)距離橋頭10 m左右，軌道板右側(cè)距離龍鳳隧道100 m左右，所處位置受力較為復(fù)雜?，F(xiàn)場(chǎng)測(cè)試軌道板如圖1所示，圖中圓圈為CA砂漿傷損位置。

圖1 框架板式軌道CA砂漿損傷動(dòng)力測(cè)試

1.1 試驗(yàn)工況

(1)工況一:左端CA砂漿傷損位置未修補(bǔ)，右端CA砂漿傷損位置使用SKD803修補(bǔ)膠修補(bǔ);

(2)工況二:左端 CA砂漿傷損位置使用SKD803修補(bǔ)膠修補(bǔ)，右端 CA砂漿傷損位置使用SKD803修補(bǔ)膠修補(bǔ)，后保持不變;

(3)工況三:左端CA砂漿傷損位置和右端CA砂漿傷損位置均使用SKD801填縫膠進(jìn)行灌縫施工。

1.2 試驗(yàn)內(nèi)容

(1)測(cè)試3種工況，列車荷載作用下鋼軌垂向加速度、垂向位移響應(yīng);

(2)測(cè)試3種工況，列車荷載作用下軌道板垂向加速度、垂向位移響應(yīng)。

1.3 測(cè)點(diǎn)布置

在CA砂漿傷損位置的線路一側(cè)鋼軌上布置加速度計(jì)位置2個(gè)(左端和右端)、位移計(jì)位置3個(gè)(左端、中部和右端)，軌道板上布置加速度計(jì)位置3個(gè)(左端、中部和右端)、位移計(jì)位置3個(gè)(左端、中部和右端)。

在CA砂漿傷損位置的線路另一側(cè)軌道板上布置加速度計(jì)位置3個(gè)(左端、中部和右端)。

共計(jì)布置加速度計(jì)8個(gè)，位移計(jì)6個(gè)。具體測(cè)點(diǎn)布置如圖2所示。

圖2 框架板式軌道CA砂漿傷損動(dòng)力測(cè)試測(cè)點(diǎn)布置示意

1.4 測(cè)試方法

(1)用彈片式位移計(jì)測(cè)試3種工況下各測(cè)點(diǎn)的鋼軌、軌道板垂向位移響應(yīng);

(2)用加速度計(jì)測(cè)試3種工況下各測(cè)點(diǎn)的鋼軌、軌道板垂向加速度響應(yīng)。

2 試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析

由于該線屬于客貨混跑線路，本次試驗(yàn)針對(duì)測(cè)試數(shù)量較多的CRH1型、SS7C型、HXD3C型和HXD1C型4種機(jī)車類型進(jìn)行數(shù)據(jù)處理分析。數(shù)據(jù)處理過(guò)程中舍棄個(gè)別明顯存在偏差的數(shù)據(jù)，取剩余數(shù)據(jù)的均值和峰值進(jìn)行以下對(duì)比分析。需要說(shuō)明的是，由于機(jī)車車輛軸重不一，故提取數(shù)據(jù)時(shí)CRH1型按前兩節(jié)機(jī)車計(jì)，其他3種機(jī)車類型按機(jī)車計(jì)。本次試驗(yàn)涉及的4種類型機(jī)車車輛基本參數(shù)如表1所示。

表1 4種機(jī)車類型基本參數(shù)

測(cè)試數(shù)據(jù)顯示列車上行和下行對(duì)軌道結(jié)構(gòu)動(dòng)力響應(yīng)沒(méi)有明顯影響，故此處不做分析。

2.1 鋼軌動(dòng)力響應(yīng)分析

試驗(yàn)測(cè)試了CA砂漿傷損位置線路一側(cè)的鋼軌垂向加速度響應(yīng)(左端和右端)，以及鋼軌垂向位移響應(yīng)(左端、中部和右端)。鋼軌作為列車荷載直接作用于基礎(chǔ)，分析鋼軌的垂向動(dòng)力響應(yīng)可以有效評(píng)估CA砂漿傷損對(duì)行車安全性和舒適性影響。

2.1.1 鋼軌垂向加速度

三種工況下，各種機(jī)車類型對(duì)應(yīng)的鋼軌垂向加速度響應(yīng)如表2所示。

表2 列車荷載作用下鋼軌垂向加速度響應(yīng) ×g

由表2可以得出以下結(jié)論:

(1)在列車荷載作用下，CA砂漿傷損左端位置鋼軌垂向加速度和CA砂漿傷損右端位置鋼軌垂向加速度響應(yīng)基本一致，并且在修復(fù)前后無(wú)明顯變化;

(2)對(duì)于CRH1型、SS7C型、HXD3C型和HXD1C型4種機(jī)車類型，在同種工況下，列車荷載作用下鋼軌垂向加速度響應(yīng)大小順序依次為SS7C型＞CRH1型＞HXD3C型＞HXD1C型;對(duì)于 SS7C型、HXD3C型和HXD1C型3種軸重比較接近的機(jī)車類型，行車速度越大，列車荷載作用下鋼軌垂向加速度響應(yīng)越大，表明在CA砂漿傷損位置，鋼軌垂向加速度響應(yīng)對(duì)行車速度較為敏感;對(duì)于SS7C型和CRH1型兩種機(jī)車類型，CRH1型行車速度約是SS7C型的1.5倍，SS7C型機(jī)車軸重約是CRH1型的1.4倍，而SS7C型列車荷載作用下鋼軌垂向加速度響應(yīng)約為CRH1型的1.3倍，表明在CA砂漿傷損位置，鋼軌垂向加速度響應(yīng)對(duì)列車軸重較為敏感。

2.1.2 鋼軌垂向位移

3種工況下，各種機(jī)車類型對(duì)應(yīng)的鋼軌垂向位移響應(yīng)如表3所示。

由表3可以得出以下結(jié)論:

(1)在列車荷載作用下，CA砂漿傷損左端位置、無(wú)CA砂漿傷損中部位置和CA砂漿傷損右端位置鋼軌垂向位移響應(yīng)基本一致，并且在修復(fù)前后無(wú)明顯變化;

(2)對(duì)于SS7C型、HXD3C型和HXD1C型3種軸重比較接近的機(jī)車類型，在同種工況下，列車荷載作用下鋼軌垂向位移響應(yīng)基本一致;SS7C型、HXD3C型、HXD1C型和CRH1型相比，前3種列車軸重較大，而后一種列車軸重較小，雖然后一種列車行車速度較大，前3種列車荷載作用下對(duì)應(yīng)位置鋼軌垂向位移響應(yīng)仍為后一種列車荷載作用的2～3倍，表明在列車行車速度不高(低于200 km/h)的情況下，鋼軌垂向位移響應(yīng)對(duì)列車軸重較為敏感。

表3 列車荷載作用下鋼軌垂向位移響應(yīng) mm

2.2 軌道板動(dòng)力響應(yīng)分析

試驗(yàn)測(cè)試了CA砂漿傷損位置線路一側(cè)的軌道板垂向加速度響應(yīng)(左端、中部和右端)及軌道板垂向位移響應(yīng)(左端、中部和右端)。并且測(cè)試了CA砂漿傷損位置線路另一側(cè)的軌道板垂向加速度響應(yīng)(左端、中部和右端)。

軌道板一方面承受來(lái)自列車荷載經(jīng)鋼軌和扣件傳遞來(lái)的動(dòng)荷載，另一方面直接置于CA砂漿填充層之上，在列車荷載作用下對(duì)CA砂漿傷損狀態(tài)有直接的感應(yīng)。因此，對(duì)軌道板的垂向動(dòng)力響應(yīng)分析可以有效評(píng)估CA砂漿傷損對(duì)軌道結(jié)構(gòu)受力以及耐久性影響，是制定CA砂漿傷損修復(fù)技術(shù)指標(biāo)的重要依據(jù)。

2.2.1 軌道板垂向加速度

3種工況下，各種機(jī)車類型對(duì)應(yīng)的軌道板垂向加速度響應(yīng)如表4所示。

由表4可以得出以下結(jié)論:

(1)在列車荷載作用下，在CA砂漿傷損線路一側(cè)，CA砂漿傷損左端位置、CA砂漿傷損右端位置軌道板垂向加速度響應(yīng)是無(wú)CA砂漿傷損中部位置的3倍左右，在傷損修復(fù)后減小到1～2倍，即傷損部位修復(fù)后，軌道板垂向加速度響應(yīng)沿縱向趨于均勻，而在傷損位置修復(fù)前后軌道板垂向加速度響應(yīng)并無(wú)明顯變化;

(2)在列車荷載作用下，CA砂漿傷損線路一側(cè)與線路另一側(cè)相比，軌道板垂向加速度響應(yīng)量值和規(guī)律均比較一致，表明傷損雖然發(fā)生在軌道板一側(cè)，軌道板垂向加速度響應(yīng)沿橫向比較一致;

表4 列車荷載作用下軌道板垂向加速度響應(yīng) xg

(3)對(duì)于CRH1型、SS7C型、HXD3C型和HXD1C型4種機(jī)車類型，在同種工況下，列車荷載作用下鋼軌垂向加速度響應(yīng)大小順序依次為SS7C型＞HXD3C型＞CRH1型＞HXD1C型;對(duì)于SS7C型、HXD3C型和CRH1型機(jī)車類型，速度較低軸重較重的前兩種機(jī)車較速度較高軸重較輕的動(dòng)車的列車荷載作用下軌道板垂向加速度響應(yīng)大的多，表明在CA砂漿傷損位置，在行車速度不高(低于200 km/h)的情況下，軌道板垂向加速度響應(yīng)對(duì)列車軸重更為敏感;同樣對(duì)于SS7C型、HXD3C型和HXD1C型3種軸重比較接近的機(jī)車類型，行車速度越大，列車荷載作用下軌道板垂向加速度響應(yīng)越大，表明在CA砂漿傷損位置，軌道板垂向加速度響應(yīng)對(duì)行車速度也較為敏感。

2.2.2 軌道板垂向位移

3種工況下，各種機(jī)車類型對(duì)應(yīng)的軌道板垂向位移響應(yīng)如表5所示。

表5 列車荷載作用下軌道板垂向位移響應(yīng)mm

由表5和圖3～圖6可以得出以下結(jié)論:

(1)在列車荷載作用下，對(duì)于工況一，CA砂漿傷損左端位置和CA砂漿傷損右端較無(wú)CA砂漿傷損中部位置軌道板垂向位移響應(yīng)沿縱向呈現(xiàn)“兩邊高中間低”的現(xiàn)象;對(duì)于工況二，CA砂漿傷損左端位置經(jīng)SKD803修補(bǔ)膠修補(bǔ)后，左端位置軌道板垂向位移明顯降低;對(duì)于工況三，CA砂漿傷損左端位置和右端位置經(jīng)SKD801填縫膠灌縫后，軌道板垂向位移響應(yīng)沿縱向明顯區(qū)域均勻，表明CA砂漿傷損修復(fù)后，軌道板結(jié)構(gòu)整體受力明顯改善;

(2)工況二和工況一相比，對(duì)于 CRH1型、SS7C型、HXD3C型和HXD1C型4種機(jī)車類型，列車荷載作用下CA砂漿傷損左端位置軌道板垂向位移響應(yīng)均值分別從0.140、0.187、0.189 mm和0.180 mm降低到0.060、0.122、0.111 mm 和 0.124 mm，表 明 使 用SKD803修補(bǔ)膠后，修補(bǔ)膠對(duì)降低軌道板垂向位移響應(yīng)作用明顯;

(3)工況三和工況二相比，對(duì)于CRH1型、SS7C型、HXD3C型和HXD1C型4種機(jī)車類型，列車荷載作用下CA砂漿傷損左端位置軌道板垂向位移響應(yīng)均值分別從0.060、0.122、0.111 mm和0.124 mm降低到0.023、0.035、0.027 mm 和 0.045 mm，表 明 使 用SKD801填縫膠后，可能由于填縫膠或者修補(bǔ)膠隨著時(shí)間的強(qiáng)度變化因素影響，軌道板垂向位移響應(yīng)繼續(xù)明顯降低;

(4)對(duì)于4種機(jī)車類型，在同種工況下，SS7C型、HXD3C型、HXD1C型3種機(jī)車類型列車荷載作用下鋼軌垂向位移響應(yīng)均較CRH1型要大，表明在列車行車速度不高(低于200 km/h)的情況下，軌道板垂向位移響應(yīng)對(duì)列車軸重更為敏感。

圖3 3種工況CRH1型列車荷載作用下軌道板垂向位移響應(yīng)

圖4 3種工況SS7C型列車荷載作用下軌道板垂向位移響應(yīng)

圖5 3種工況HXD3C型列車荷載作用下軌道板垂向位移響應(yīng)

圖6 3種工況HXD1C型列車荷載作用下軌道板垂向位移響應(yīng)

3 試驗(yàn)結(jié)論

(1)在列車荷載作用下，CA砂漿傷損左端位置、無(wú)CA砂漿傷損中部位置和CA砂漿傷損右端位置鋼軌垂向加速度響應(yīng)基本一致，CA砂漿傷損左端位置、無(wú)CA砂漿傷損中部位置和CA砂漿傷損右端位置鋼軌垂向位移響應(yīng)基本一致，并且在修復(fù)前后無(wú)明顯變化，即鋼軌垂向加速度響應(yīng)和垂向位移響應(yīng)對(duì)CA砂漿傷損不敏感;

(2)CA砂漿傷損修復(fù)前后，軌道板垂向加速度響應(yīng)沿縱向趨于均勻，而在傷損位置修復(fù)前后軌道板垂向加速度響應(yīng)并無(wú)明顯變化，軌道板垂向加速度響應(yīng)對(duì)CA砂漿傷損并不十分敏感，經(jīng)修復(fù)后軌道板結(jié)構(gòu)振動(dòng)有改善的趨勢(shì);

(3)CA砂漿傷損修復(fù)前后，軌道板垂向位移響應(yīng)沿縱向幾乎均勻，傷損修復(fù)后軌道板垂向位移響應(yīng)明顯降低，軌道板結(jié)構(gòu)整體受力明顯改善;

(4)在CA砂漿傷損位置，鋼軌垂向加速度響應(yīng)和垂向位移響應(yīng)、軌道板垂向加速度響應(yīng)和垂向位移響應(yīng)對(duì)列車軸重和行車速度較為敏感，表現(xiàn)為行車速度不高(低于200 km/h)的情況下列車軸重影響更為明顯。

［1］趙建超.京津城際軌道交通工程Ⅱ型板式無(wú)砟軌道墊層砂漿的性能研究［J］.鐵道標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)，2008(5):25-27.

［2］赫丹，向俊，郭高杰，等.砂漿剛度和阻尼對(duì)高速列車一板式軌道時(shí)變系統(tǒng)豎向振動(dòng)的影響［J］.鐵道科學(xué)與工程學(xué)報(bào)，2006(3):15-20.

［3］趙國(guó)堂.高速鐵路無(wú)砟軌道結(jié)構(gòu)［M］.北京:中國(guó)鐵道出版社，2006.

［4］左景奇，姜其斌，蔡彬芬.板式軌道CA砂漿專用瀝青乳液的試驗(yàn)研究［J］.鐵道建筑技術(shù)，2005(9):68-71.

［5］趙東田.板式無(wú)砟軌道CA砂漿與施工技術(shù)研究［D］.成都:西南交通大學(xué)，2003.

［6］董沖鋒.350 km/h客運(yùn)專線CRTSⅠ型板式無(wú)砟軌道施工關(guān)鍵技術(shù)［J］.鐵道工程學(xué)報(bào)，2009(5):28-30.

［7］孫衛(wèi)紅.淺談博格板式無(wú)砟軌道CA砂漿性能指標(biāo)控制［J］.中國(guó)高新技術(shù)企業(yè)，2008(22):239-246.

［8］金守華，陳秀方，楊軍.板式無(wú)砟軌道用CA砂漿的關(guān)鍵技術(shù)［J］.中國(guó)鐵道科學(xué)，2006，27(2):20-23.

［9］李俊.高速鐵路橋梁板式無(wú)砟軌道施工技術(shù)［J］.橋梁建設(shè)，2003(4):25-30.

［10］王濤，胡曙光，王發(fā)洲，等.CA砂漿強(qiáng)度主要影響因素的研究［J］.鐵道建筑，2008(2):109-112.