姜子清

中國(guó)鐵道科學(xué)研究院集團(tuán)有限公司鐵道建筑研究所，北京 100081

自2008年京津城際鐵路開(kāi)通運(yùn)營(yíng)以來(lái)，中國(guó)高速鐵路迅速發(fā)展。截至2021年底中國(guó)高速鐵路運(yùn)營(yíng)里程已突破4萬(wàn)km。隨著高速鐵路線路設(shè)備服役時(shí)間延長(zhǎng)，受復(fù)雜運(yùn)營(yíng)條件、高溫天氣、結(jié)構(gòu)初始狀態(tài)不良等多種因素影響［1-3］，部分地段無(wú)砟道床出現(xiàn)了混凝土開(kāi)裂、砂漿層離縫、軌道板端上拱等問(wèn)題［4-5］。

目前高速鐵路無(wú)砟道床檢查和維護(hù)主要依據(jù)TG/GW 115—2012《高速鐵路無(wú)砟軌道線路維修規(guī)則（試行）》。該規(guī)范對(duì)主要結(jié)構(gòu)部位的傷損形式按照裂縫、離縫進(jìn)行劃分，并明確了裂縫和離縫等級(jí)的評(píng)判標(biāo)準(zhǔn)，但頒布時(shí)中國(guó)高速鐵路開(kāi)通運(yùn)營(yíng)時(shí)間較短，缺乏深入的理論指導(dǎo)和豐富的現(xiàn)場(chǎng)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。近年來(lái)，為合理確定無(wú)砟道床傷損評(píng)判指標(biāo)，協(xié)助運(yùn)營(yíng)維護(hù)管理部門(mén)對(duì)無(wú)砟道床傷損更加準(zhǔn)確判定，學(xué)者們做了不少探索。文獻(xiàn)［6］開(kāi)展了CRTSⅡ型板式無(wú)砟道床砂漿層離縫對(duì)軌道板間縱連鋼筋受力的影響研究。文獻(xiàn)［7］對(duì)CRTSⅠ型板式、CRTSⅡ型板式和雙塊式無(wú)砟軌道結(jié)構(gòu)由溫度力所引發(fā)的結(jié)構(gòu)傷損問(wèn)題及其成因進(jìn)行了分析，并結(jié)合實(shí)際情況提出了相應(yīng)的預(yù)防整治技術(shù)對(duì)策。文獻(xiàn)［8］推導(dǎo)了軌道板在砂漿層和張拉鋼筋約束下的解析解，分析了CRTSⅡ型板式無(wú)砟道床砂漿層離縫產(chǎn)生原因，給出了離縫產(chǎn)生時(shí)軌道板的臨界伸縮溫度。文獻(xiàn)［9］通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量和數(shù)值模擬，分析了高速鐵路CRTSⅡ型板式無(wú)砟軌道砂漿層離縫的傷損特征、傷損整治限值以及溫度荷載對(duì)軌道結(jié)構(gòu)受力和變形的影響，提出不同工況砂漿層離縫檢查方法，建議按離縫寬度對(duì)砂漿層離縫分三級(jí)管理，并給出各級(jí)離縫深度、長(zhǎng)度限值。文獻(xiàn)［10］建立了路基上CRTSⅠ型框架式無(wú)砟軌道彈性地基梁-板計(jì)算模型，分析了層間離縫條件下軌道板豎向變形情況。隨著高速鐵路運(yùn)營(yíng)線路增多，運(yùn)營(yíng)時(shí)間延長(zhǎng)以及養(yǎng)護(hù)維修技術(shù)的發(fā)展，仍以TG/GW 115—2012作為無(wú)砟道床養(yǎng)護(hù)維修的指導(dǎo)性文件已不完全適宜。

本文通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研和無(wú)砟道床結(jié)構(gòu)承載力現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)相結(jié)合的方式，掌握不同軌道結(jié)構(gòu)形式無(wú)砟道床傷損情況，結(jié)合TG/GW 115—2012和工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，給出無(wú)砟道床傷損等級(jí)判定標(biāo)準(zhǔn)的優(yōu)化建議。

1 無(wú)砟道床傷損分類(lèi)

TG/GW 115—2012中將無(wú)砟軌道分為CRTSⅠ型板式、CRTSⅡ型板式、雙塊式、道岔區(qū)軌枕埋入式、道岔區(qū)板式五種結(jié)構(gòu)形式，按軌道板、砂漿層、底座等部位對(duì)每種結(jié)構(gòu)的傷損形式進(jìn)行規(guī)定。高速鐵路無(wú)砟道床傷損分類(lèi)的主要目的是便于無(wú)砟道床檢查維修管理人員方便快捷地查詢(xún)到所屬的傷損形式及其相應(yīng)的維修指標(biāo)。因此，建議高速鐵路無(wú)砟道床傷損分類(lèi)沿用TG/GW 115—2012，即先按無(wú)砟道床結(jié)構(gòu)形式分類(lèi)，然后按結(jié)構(gòu)形式查找傷損部位和傷損形式。

由于TG/GW 115—2012頒布時(shí)缺少CRTSⅢ型板式無(wú)砟道床傷損維修經(jīng)驗(yàn)，僅在總則中提出CRTSⅢ型板式無(wú)砟道床維修可參照本規(guī)則執(zhí)行，并未明文規(guī)定CRTSⅢ型板式無(wú)砟道床的傷損形式及等級(jí)判定標(biāo)準(zhǔn)。經(jīng)過(guò)十余年的調(diào)研、跟蹤觀測(cè)及維修實(shí)踐，形成了一套較為成熟的CRTSⅢ型板式無(wú)砟道床傷損分類(lèi)、等級(jí)判定和維修方法，因此建議在《高速鐵路線路維修規(guī)則》（報(bào)批稿）中增加CRTSⅢ型板式無(wú)砟道床傷損形式，并按照軌道板、底座、自密實(shí)混凝土充填層等部位分別對(duì)其裂縫、離縫進(jìn)行規(guī)定。

2 無(wú)砟道床傷損判定等級(jí)優(yōu)化

日本高速鐵路無(wú)砟道床傷損判定劃分為A、B、C（最嚴(yán)重）三個(gè)等級(jí)，對(duì)其整治辦法依次是引起注意（記錄在冊(cè)）、按計(jì)劃修補(bǔ)、須迅速修補(bǔ)。TG/GW 115—2012中無(wú)砟道床傷損等級(jí)判定主要參考日本單元板式無(wú)砟軌道，傷損等級(jí)劃分為Ⅰ級(jí)、Ⅱ級(jí)、Ⅲ級(jí)（最嚴(yán)重），對(duì)其整治辦法依次是做好記錄、列入維修計(jì)劃并適時(shí)修補(bǔ)、及時(shí)修補(bǔ)。德國(guó)無(wú)砟道床沒(méi)有進(jìn)行傷損判定等級(jí)劃分，即軌道板、砂漿層、底座等不同結(jié)構(gòu)部位的傷損超過(guò)某一限值進(jìn)行維修。

對(duì)中國(guó)高速鐵路無(wú)砟道床經(jīng)過(guò)十余年的檢查、維修及傷損發(fā)展規(guī)律研究，發(fā)現(xiàn)大部分無(wú)砟道床傷損從開(kāi)始到逐步發(fā)展為Ⅰ級(jí)、Ⅱ級(jí)、Ⅲ級(jí)，有一定的時(shí)間可檢查發(fā)現(xiàn)并采取相應(yīng)維修措施。同時(shí)，由于無(wú)砟道床裂縫、離縫具有數(shù)量較大、發(fā)展較慢、影響較小等特點(diǎn)，過(guò)于細(xì)化無(wú)砟道床傷損分級(jí)可能會(huì)極大增加現(xiàn)場(chǎng)檢查、記錄、分析的工作量，從而影響急需維修區(qū)段或處所的整治。因此，針對(duì)不同無(wú)砟道床結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，在對(duì)其傷損影響全面評(píng)估的基礎(chǔ)上，對(duì)傷損等級(jí)劃分進(jìn)行優(yōu)化，即將無(wú)砟道床傷損等級(jí)由三級(jí)調(diào)整為兩級(jí)：對(duì)Ⅰ級(jí)傷損應(yīng)做好觀測(cè)、記錄、分析；對(duì)Ⅱ級(jí)傷損應(yīng)列入維修計(jì)劃并適時(shí)修補(bǔ)。

3 無(wú)砟道床傷損等級(jí)判定標(biāo)準(zhǔn)優(yōu)化

3.1 CRTSⅠ型板式無(wú)砟道床砂漿層傷損等級(jí)判定標(biāo)準(zhǔn)

CRTSⅠ型板式無(wú)砟道床砂漿層的主要功能是保證軌道板均勻支承、承受并傳遞荷載，協(xié)調(diào)軌道板溫度翹曲變形。然而，受長(zhǎng)期列車(chē)荷載、溫度梯度荷載作用，現(xiàn)場(chǎng)發(fā)現(xiàn)Ⅰ型板式無(wú)砟道床砂漿層存在離縫、開(kāi)裂問(wèn)題。TG/GW 115—2012中CRTSⅠ型板式無(wú)砟道床砂漿層離縫判定指標(biāo)為寬度、橫向深度、對(duì)角線長(zhǎng)度，但砂漿層離縫的對(duì)角線長(zhǎng)度在現(xiàn)場(chǎng)難以測(cè)量。考慮天窗時(shí)間及工務(wù)人員維修的可操作性，建議將其替換為離縫長(zhǎng)度。優(yōu)化后的CRTSⅠ型板式無(wú)砟道床砂漿層傷損等級(jí)判定標(biāo)準(zhǔn)如下。

1）Ⅰ型板式無(wú)砟道床砂漿層離縫判定標(biāo)準(zhǔn)：①按離縫寬度d劃分，1.5 mm≤d＜2.0 mm時(shí)為Ⅰ級(jí)，d≥2.0 mm時(shí)為Ⅱ級(jí)；②按離縫深度h劃分，50 mm≤h＜100 mm時(shí)為Ⅰ級(jí)，h≥100 mm時(shí)為Ⅱ級(jí)；③按離縫長(zhǎng)度l劃分，200 mm≤l＜800 mm時(shí)為Ⅰ級(jí)，l≥800 mm時(shí)為Ⅱ級(jí)。

2）Ⅰ型板式無(wú)砟道床砂漿層裂縫判定標(biāo)準(zhǔn)。按裂縫寬度w劃分，0.5 mm≤w＜1.0 mm時(shí)為Ⅰ級(jí)，w≥1.0 mm時(shí)為Ⅱ級(jí)。

3.2 CRTSⅡ型板式無(wú)砟道床砂漿層傷損等級(jí)判定標(biāo)準(zhǔn)

CRTSⅡ型板式無(wú)砟道床砂漿層作為軌道板和混凝土底座或支承層之間的墊層，主要起填充、支撐、承力、傳力作用，并為軌道板提供適當(dāng)?shù)膭偠群晚g性。現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研發(fā)現(xiàn)砂漿層離縫現(xiàn)象較為普遍，對(duì)軌道結(jié)構(gòu)整體性和耐久性影響較大，TG/GW 115—2012中CRTSⅡ型板式無(wú)砟道床砂漿層離縫判定指標(biāo)為寬度、深度、對(duì)角線長(zhǎng)度。

為更加準(zhǔn)確判定CRTSⅡ型板式無(wú)砟道床砂漿層離縫傷損程度，采用無(wú)砟道床砂漿層狀態(tài)檢測(cè)儀對(duì)砂漿層離縫情況進(jìn)行檢測(cè)，直接獲取砂漿層離縫百分比，顯著提高天窗檢測(cè)精度和效率，節(jié)省人力物力。根據(jù)京滬、京津、京廣、滬昆、津秦、合福等多條高速鐵路線路（總里程超過(guò)30 km，軌道板數(shù)量5 000余塊）的現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)結(jié)果，按照離縫面積比劃分為［0，40）、［40，70）、［70，100］三個(gè)區(qū)間，統(tǒng)計(jì)每個(gè)區(qū)間軌道板數(shù)量占比。結(jié)果表明：［0，40）區(qū)間軌道板約占3.73%，［40，70）區(qū)間軌道板約占53.90%，［70，100］區(qū)間軌道板約占42.37%。

基于此，將TG/GW 115—2012中砂漿層傷損等級(jí)判定指標(biāo)中的“離縫深度、離縫對(duì)角線長(zhǎng)度”修改為“離縫面積比”，并給出了其等級(jí)判定標(biāo)準(zhǔn)。

1）Ⅱ型板式無(wú)砟道床砂漿層離縫判定標(biāo)準(zhǔn)：①按離縫寬度劃分，1.5 mm≤d＜2.0 mm時(shí)為Ⅰ級(jí)，d≥2.0 mm時(shí)為Ⅱ級(jí)；②按離縫面積比b劃分，30%≤b＜60%時(shí)為Ⅰ級(jí)，b≥60%時(shí)為Ⅱ級(jí)。

2）Ⅱ型板式無(wú)砟道床砂漿層裂縫判定標(biāo)準(zhǔn)。按裂縫寬度劃分，0.5 mm≤w＜1.0 mm時(shí)為Ⅰ級(jí)，w≥1.0 mm時(shí)為Ⅱ級(jí)。

3.3 無(wú)砟道床混凝土擋肩傷損等級(jí)判定標(biāo)準(zhǔn)

TG/GW 115—2012中僅提出對(duì)無(wú)砟道床混凝土掉塊、缺損或剝落應(yīng)適時(shí)修補(bǔ)，對(duì)擋肩失效應(yīng)及時(shí)修補(bǔ)。無(wú)砟道床混凝土缺損的部位、深度、面積不同，其產(chǎn)生的影響相差較大，因此難以給出統(tǒng)一的缺損等級(jí)判定指標(biāo)，但軌道板擋肩或雙塊式軌枕?yè)跫绲娜睋p等級(jí)判定指標(biāo)較為明確。經(jīng)過(guò)調(diào)研和試驗(yàn)，擋肩缺損面積不超過(guò)50%時(shí)可滿足承載力要求。

綜合考慮高速鐵路的安全性和可靠性要求，建議將軌道板擋肩缺損面積比的維修限值取30%。不超過(guò)30%時(shí)適時(shí)維修，超過(guò)30%時(shí)及時(shí)修補(bǔ)。CRTSⅡ型、CRTSⅢ型板式無(wú)砟道床軌道板擋肩和雙塊式軌枕?yè)跫缌芽p、缺損等級(jí)判定標(biāo)準(zhǔn)：①擋肩裂縫按裂縫寬度劃分，0.2 mm≤w＜0.3 mm時(shí)為Ⅰ級(jí)，w≥0.3 mm時(shí)為Ⅱ級(jí)；②擋肩缺損按缺損面積比t劃分，10%≤t＜30%時(shí)為Ⅰ級(jí)，t≥30%時(shí)為Ⅱ級(jí)。

3.4 無(wú)砟道床混凝土粉化判定標(biāo)準(zhǔn)

在無(wú)砟道床檢查維護(hù)中發(fā)現(xiàn)，無(wú)砟道床混凝土存在粉化現(xiàn)象，而粉化會(huì)對(duì)無(wú)砟道床結(jié)構(gòu)耐久性和可靠性產(chǎn)生不利影響。在對(duì)不同區(qū)域無(wú)砟道床混凝土粉化情況進(jìn)行調(diào)研和總結(jié)分析的基礎(chǔ)上，提出了無(wú)砟道床混凝土粉化等級(jí)判定標(biāo)準(zhǔn)：混凝土表面大面積粉化，粉化深度在20～25 mm，并有發(fā)展趨勢(shì)時(shí)判定為Ⅰ級(jí)。混凝土粉化深度超過(guò)25 mm或達(dá)到鋼筋表面，或混凝土抗壓強(qiáng)度低于設(shè)計(jì)值時(shí)判定為Ⅱ級(jí)。

3.5 無(wú)砟道床嵌縫失效判定標(biāo)準(zhǔn)

無(wú)砟道床底座間設(shè)置20 mm的伸縮縫，并采用硅酮、聚氨酯等材料密封。其主要功能是防水。受氣候環(huán)境、材料老化等因素影響，現(xiàn)場(chǎng)發(fā)現(xiàn)伸縮縫嵌縫材料存在離縫、開(kāi)裂、缺損問(wèn)題，其均會(huì)導(dǎo)致嵌縫材料防水功能失效，并且與傷損程度無(wú)關(guān)，但是TG/GW 115—2012中僅規(guī)定伸縮縫離縫等級(jí)判定標(biāo)準(zhǔn)（1.0 mm≤d＜2.0 mm時(shí)為Ⅰ級(jí)，2.0 mm≤d＜3.0 mm時(shí)為Ⅱ級(jí)，d≥3.0 mm時(shí)為Ⅲ級(jí)）。因此，為確保無(wú)砟道床結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性和耐久性，將無(wú)砟道床伸縮縫嵌縫材料的離縫、開(kāi)裂、缺損統(tǒng)一判定為失效。

4 結(jié)論與建議

1）高速鐵路無(wú)砟道床傷損分類(lèi)可沿用TG/GW115—2012中的分類(lèi)方法，即先按無(wú)砟道床結(jié)構(gòu)形式進(jìn)行分類(lèi)，然后按結(jié)構(gòu)形式查找傷損部位和傷損形式。建議增加CRTSⅢ型板式無(wú)砟道床的傷損形式，并按照軌道板、底座、自密實(shí)混凝土充填層等部位分別對(duì)其裂縫和離縫傷損形式進(jìn)行規(guī)定。

2）針對(duì)不同無(wú)砟道床結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)，優(yōu)化了傷損判定等級(jí)。建議無(wú)砟道床傷損等級(jí)由三級(jí)調(diào)整為兩級(jí)，對(duì)Ⅰ級(jí)傷損應(yīng)做好觀測(cè)、記錄、分析；對(duì)Ⅱ級(jí)傷損應(yīng)列入維修計(jì)劃并適時(shí)修補(bǔ)。

3）TG/GW 115—2012中CRTSⅠ型板式無(wú)砟道床砂漿層離縫判定指標(biāo)中的對(duì)角線長(zhǎng)度在現(xiàn)場(chǎng)難以測(cè)量，建議將其替換為離縫長(zhǎng)度，并給出了其等級(jí)判定標(biāo)準(zhǔn)。

4）根據(jù)無(wú)砟道床砂漿層狀態(tài)檢測(cè)儀的檢測(cè)結(jié)果，建議將TG/GW 115—2012中CRTSⅡ型板式無(wú)砟道床砂漿層傷損等級(jí)判定指標(biāo)中的“離縫深度、離縫對(duì)角線長(zhǎng)度”修改為“離縫面積比”，并給出了其等級(jí)判定標(biāo)準(zhǔn)。

5）基于不同區(qū)域無(wú)砟道床混凝土粉化情況的調(diào)研分析結(jié)果，提出無(wú)砟道床混凝土粉化等級(jí)判定標(biāo)準(zhǔn)。考慮無(wú)砟道床底座伸縮縫嵌縫材料的離縫、開(kāi)裂、缺損均會(huì)導(dǎo)致其防水功能失效，將其統(tǒng)一判定為失效。