城市板式道床轨道施工病害问题探析

唐曾鹏

摘要：本文笔者多年的工作实践经验及实例对城市板式道床轨道施工病害问题进行了分析探讨，确保运营安全。

关键词：城市板式道床病害；病害成因；对策

道路交通的日渐拥挤使得多数城市解决交通拥挤的问题已经迫在眉睫，然而地铁的出现大大减轻了城市交通压力，在现在交通方式中起着不可替代的作用。我国大多数一线城市都已建成地铁，随着社会的进步与发展，地铁的运营时间增加，客运量也在不断增长，目前运营管理和运行安全的矛盾日益突出，新的安全隐患已经逐渐暴露，部分系统设备老化对地铁安全运营构成了很大威胁。轨道作为地铁正常运行的基础条件，其施工质量的好坏直接影响地铁建设工程的总工期和施工质量。地铁轨道施工中存在许多有待解决的难题，经过国内、外专家的多年研究，已解决了部分问题，大大改善了地铁轨道的施工。因此对轨道施工病害问题进行合理的整治是确保地铁安全运营的必要手段。本地铁线路在高架线上采用板式轨道结构，近些年该线路存在板式道床裂缝等现象，较重的出现道床下部砂浆层与桥面结合位松脱，上部道床与衬边混凝土结合位出现剥离。常见病害主要为抗剪销失效（一类）、混凝土防水层与道床板开裂（二类）、支撑层（ZH砂浆层）裂损造成道床板与支撑层局部剥离（三类）三种病害。图1中a，b，c3个圈圈定分别代表该线板式道床常见一、二、三类病害发育部位。

一、板式道床概况及施工工艺：

本工程线采用的道床板主要分为A、B、C、D4种类型。板式道床类型及几何尺寸主要为A板长3525mm、宽2100mm，B板长2275mm、宽2100mm，C板长1650mm、宽2100mm，D板长2275mm、宽2100mm。该线的转道结构主要为桥面基础、ZH砂浆填充层、道床板、扣件、钢轨等。道床板结构见图2。

本工程采用人工与机械配合施工，左右线交替进行；施工测量采用高精度的电子水准仪和全站仪，人工包桩，桩上设铜柱做点；施工材料（包括道床板、钢轨、扣件、砂浆等）采用汽车吊上桥；ZH砂浆（一种用于填充轨道板由沥青乳剂和水、水泥、细骨料等混合而成的水泥沥青砂浆）灌注采用特制砂浆拌浆机施工；轨道调整采用螺旋千斤顶和钢制斜支撑人工调整；道床板的调整采用人工配合小机具进行；轨道拼装采用人工进行，电动扳手紧固螺栓。

二、板式道床病害成因分析

现阶段板式道床有两种主要的形式，分别为博格板式形式以及日本新干线A型板式，该线桥上板式道床结构类似于德国博格板式形式，为预制混凝土道床。两者最大的不同为抵挡道床板纵向以及横向位移的装置分别为抗剪销和凸型挡台。引用高耀耀以及高增增的文章，两种板式无碴轨道的力学对比分析：同等条件下，采用抗剪销的博格板式轨道比采用挡台的A型板式轨道承受了横向力大了一倍。易造成支撑层（ZH砂浆层）横向裂损，道床板与支撑层局部剥离，同时较大的横向力也容易造成施工中有缺陷的抗剪销失效。抗剪销的失效降低了板式道床抵抗横向位移的能力，加重了道床板与支撑层的剥离程度。板式道床病害原因综合起来主要分为受力因素、板式道床结构的影响因素、施工工艺因素、施工质量因素、钢轨的伸长引起裂缝的因素、钢轨爬行带动道床板纵向位移的因素、水以及列车振动因素七大类。

三、开展板式道床日常状态评估

对该模型有限元分析采用ANSYS软件，道床、砂浆层和桥面基底采用实体solid45单元，钢轨和剪力钉采用beam188单元，扣件采用combin14弹簧模拟，下部基础采用不同刚度的combin14模拟所有的输入参数，包括外形尺寸、材料参数和受力状况，依据该线A型道床设计图纸，模型如图2所示。

本次道床结构分析采用一个转向架加载，在钢轨上方施加四轮加载，同时承受竖向、横向和纵向三项最不利荷载组合。轮距也即轴距2m，考虑动荷载系数1.5，最终施加在模型上的单轮竖向荷载为1.5*80kN，横向荷载0.8*80kN，纵向荷载0.1*80kN。

在荷载作用下当道床板端部相对中部下沉，从而使剪力钉产生相对向上位移，使剪力钉对道床板产生冲切作用，类似于倒置筏板桩受力模型，剪力钉挤压四周混凝土，从而产生与剪力钉四周砂浆的粘结应力。因此需进行剪力钉最大粘结应力理论计算与并与实际拉拔测试对比，分析抗剪销冒出道床板原因。

测试方案：①道床板混凝土强度测试—②ZH砂浆强度和混凝土测试—③抗剪销抗拔力测试—④裂缝检测

四、板式道床预防及整治方案

现阶段国内地铁检修模式多以人工巡检为主，普通的巡道工巡检以及工班的日常保养对于仅是数毫米最多厘米级混凝土裂缝，靠人眼从外表上难以发现，更难发现道床内部的不密实、裂损乃至空洞。

1.预防措施

为了保证板式道床的正常工作状态，应对板式道床进行定期检查观测，及早准确的检测发现问题及时补修，需对现有维规进行补充细化、优化。

1.1检查板式道床表面尤其是道床与衬边混凝土结合位以及是否出现裂缝，记录裂缝宽度、长度及形状，并跟踪记录是否持续发展。

1.2检查道床有无拱起或者下沉现象，并跟踪记录是否有发展。1.3检查排水系统是否通畅，是否有淤塞，及时进行清理。

1.4采用地质雷达法进行年检，检测混凝土结构层间裂隙、层内不密实或空隙、各混凝土层的破损或破裂及钢筋缺失和错位此类病害（缺陷）。现城市地铁隧道结构检测中已多处采用了地址雷达法，检测效果良好。建议试行按照3km/h速度进行检测。

2.整治方案

根据板式道床的伤损情况，制定不同的病害整治方法，如表面涂膜法、灌浆加固处理法。借鉴铁路、建筑行业的混凝土结构病害整治的先进技术，积极采用如低压注浆补缝技术、碳纤维加固、高强无收缩注浆料等新技术、新材料、新工艺，与传统方法相结合，使整治施工简便、性能可靠，并且降低费用，提高经济效益。

2.1表面涂膜法

裂缝宽度在0.5mm以下的细微裂缝，采用防水涂料如环氧树脂进行涂膜覆盖，起到封闭裂缝和防水作用，防止裂缝进一步发展。裂缝宽度大于0.5mm时，沿着裂缝方向将混凝土凿成U型槽，采用环氧树脂补平，达到封闭裂缝的目的。该法仅对浅层裂缝有效果，无法深入到深层次内

2.2灌浆加固处理法

通过表面涂抹法无法处理的，以及采用地质雷达法检测出支撑层等内部空隙甚至空洞等病害，采用灌浆加固处理法。该法已在本线一些站的道床得到应用。采用灌浆加固处理法务必做好道床检测措施，监测工作分灌浆前、灌浆中、灌浆后三个过程进行，当监测过程中发现道床抬动变形量超过允许的变形范围，则应立即停止灌浆，并打开灌浆管卸压，直至道床恢复正常。施工工艺流程：①勘缝→②凿槽→③布孔→④埋管→⑤封缝→⑥灌浆→⑦闭浆、待凝→⑧拆除灌浆管→⑨出清建筑垃圾、恢复饰面。

五、结束语

本文分析了该地铁线板式道床裂缝等病害在设计、施工中存在的问题，给出了一些日常检修的完善措施，并提出了一套病害整改的办法和指导意见，这些措施可为其他桥上板式道床相关病害问题起到一定借鉴作用，特别是对于采用环氧类化学浆材处理道床病害等有很好的参考性，当然更多病害整治措施有待在实践中不断完善。

参考文献：

1、王菁.广州地铁4号线板式轨道垫层ZH砂浆受力分析.铁道标准设计2007.

2、高耀耀.两种板式无碴轨道的力学对比分析.四川建筑2009.