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高速铁路无砟轨道差异沉降整治实践

[2017-01-18]

摘   要:本文总结高速铁路无砟轨道差异沉降后,为恢复或改善线路平顺性的几点实践,并从方法、技术、标准和评价等方面进行论述,为高速铁路无砟轨道差异沉降整治提供经验借鉴。

关键词:差异沉降;注胶;抬梁;调整砂浆层

      1     背景

      1.1线路基础沉降对高速铁路的影响

      为保证高速铁路的平顺性,路基、桥梁等均采取了多种措施控制轨下基础沉降,以满高速铁路平顺性的要求。北京铁路局管内高速铁路位于华北平原,由于区域性沉降、地下水开采和周边环境变化等因素,部分区段出现了较大的差异沉降。随着运营时间的增长,大部分沉降一直在发展且未收敛,动静态检测存在高低短波不平顺偏差,且差异沉降值已超出设计规范要求,有些区段甚至危及设备结构安全,亟待维护整治。

      1.2     差异沉降整治的必要性

      差异沉降直接影响轨道平顺性,沉降初期通过扣件调整可以满足列车运行平顺性要求。随着沉降长期发展,扣件的调整能力将达到极限,而且较大的差异沉降势必对轨道结构安全产生影响,因此,差异沉降达到一定限值时,必须进行维护整治。

      1.3     差异沉降整治的可行性

      随着高速铁路的发展和新技术、新工艺、新材料的进步,发挥路内外单位的技术优势,对线路和道岔路基区段、简支梁和连续梁区段以及路桥结合部等分别采取路基注胶、桥梁顶升、调整砂浆层和注胶相结合等技术及方法进行整治,取得了较好的效果。随着时间推移。差异沉降也将不断增加,整治差异沉降将会成为工务部门设备维护的常态化工作。

      2     工作方案

      北京铁路局自2011年第一次采取注胶方法整治路基区段差异沉降开始,充分利用、整合路内外资源,研究整治技术和施工工艺,形成了较为完善的工艺流程,通过实施,取得了较好的效果。

      2.1     联合设计

      由铁路局牵头,联合设计、建设、施工单位,科研院校,设备厂商,以及电务、供电、车务等部门共同参与有关工作,每次整治都形成完整的技术方案和工艺流程,实行集中修,整治后各专业设备均能达标。

      2.2    联合施组

      由工务部门牵头,采用集中修的方式集中人力、物力、形成包含工务、电务、供电等多部门的联合施工组织方案。各专业部门充分利用天窗,对所属设备进行整修。可根据实际情况适当延长天窗时长,提高作业效率,减少天窗数量和对运输的影响。

     2.3   联合验收

      每日作业完毕后,由各参与单位共同对作业区段设备进行检查、验收、确认各专业设备均满足当日列车放行条件后登记销点。整个作业完毕后,由铁路局组织各设备单位对作业项目、作业质量对照设计标准进行联合验收,确保作业整治质量。

      3    整治技术及方法

      3.1     路基区段差异沉降整治

      3.1.1     技术研究

      路基区段差异沉降,通过可行性、安全性、经济性等分析研究,可采用支承层与路基基床表层之间注胶的方法进行抬升。

      3.1.2    方法研究

      路基区段注胶主要采取两种方法,一种是利用高强发泡树脂材料填充抬升,另一种是高聚物材料填充抬升。通过现场实践,两种工作方法均能满足抬升后的轨道平顺性要求。

      3.2    桥梁区段差异沉降整治

      3.2.1     技术研究

      简支梁支座采取加垫钢垫板的方法,最大调高量为60mm,其中上下各垫30mm;连续梁ALGATMT调高盆式橡胶支座采取压注树脂材料可实现多次调高,最大调高量为60mm。

       3.2.2    方法研究

      简支梁采取逐墩顶升,每墩同时顶升4个支座,当顶升高度满足插入设计钢垫板厚度后停止顶升,保持高度,插入钢垫板,落梁就位,拧紧支座螺栓;连续梁ALGATMT调高盆式橡胶支座采用高压注射泵向支座内部注射聚氨酯材料进行抬梁顶升,直至达到设计调高高度。

      3.3     路桥过渡段差异沉降整治

      3.3.1    技术研究

      CRTSII型板式无砟轨道路桥过渡段设置端刺结构,通过技术必选和整治过程中对轨道结构的稳定性检算,提出采用调整砂浆层和注胶抬升相结合的方式进行整治,端刺上方采用调整砂浆层厚度的方法,端刺外侧路基采用注胶方法,端刺与路基结合部采用调整砂浆层厚度与注胶相结合的方法进行抬升。

      3.3.2     方法研究

      调整砂浆层采取将原有砂浆层更换为快硬水泥砂浆材料,通过厚度的调整,达到抬升目的。

      3.4     监测和监控

      3.4.1     研究确定监测和监控方案

      由设计单位将作业过程中可能影响设备安全和稳定的项目进行理论计算,确定监测和监控项目,提出控制限值,纳入技术方案。 

      3.4.2    静态监测项目

     (1)桥梁区段差异沉降整治对桥梁抬升过程中轨道板、底座板和箱梁顶升位置的应力及变形进行实时监测,测量轨道结构层间缝隙和梁缝变化值,准确掌握作业过程中桥梁结构状态变化情况及对轨道状态的影响。

    (2)路桥过渡段差异沉降整治时对作业中和作业后的轨道板垂向、横向、纵向位移以及钢轨位移进行检测,掌握轨道板解除锁定状态;对支承层混凝土应变进行检测,防止抬升过程中因应力太大致使混凝土裂损;测量轨道结构层间缝隙。

      3.4.3     动态监测项目

    (1)桥梁区段差异沉降整治对动态线路平顺性进行监控。

    (2)路桥过渡段差异沉降整治对脱轨系数、轮轴横向力、轮重减载率进行检测,掌握轨道结构动态响应及线路平顺性。

      调整砂浆层作业确定80km/h和160km/h限速等级下的安全控制标准,验证控制标准的合理性。

      4     工作控制标准

      4.1     质量控制标准

      路基区段整治后拟合竖曲线半径不小于36000m(Rsh≥0.4v2);平面偏差不大于±2mm;高低短波满足2mm/5m平顺性要求,实测抬升量与设计抬升量偏差不大于±2mm。作业过程中两股钢轨高程差不大于±2mm,平面偏移不大于±1mm。作业后线路几何尺寸满足相应速度等级经常保养值。

      轨道结构的稳定性、轨道刚度、轨道结构部件应力、轨道结构部件与基础震动加速度等各项指标均满足《高速铁路工程动态验收技术规范》。作业后,人工添乘无晃车。

      4.2     安全控制标准

      4.2.1     结构安全

      作业中及作业后检测的位移、变形及应力不超出允许偏差值;动态检测指标应满足《高速铁路工程动态验收技术规范》;轨道板、水泥乳化沥青砂浆充填层、底座板、支撑层原有裂纹或离缝未增大、未出现新增裂纹或离缝;桥梁区段顶梁、落梁过程不能对桥梁结构产生损坏;注胶后填充要密实。

      4.2.2     行车安全

      作业后轨道几何尺寸满足线路开通条件的相关标准。在确保行车安全的前提下,减少重复调整扣件次数。砂浆层调整作业中确认车由80km/h提高至160km/h进行试验时,不出现车载式或便携式线路检查仪II级以上偏差,人工添乘无晃车。

      4.2.3     作业安全

      差异沉降整治具有工期长、人员多、专业多的特点,对每一项安全风险点制定安全控制措施,特别要对施工人员、机具、材料、清场及上下线等制定针对性措施。

      4.3     效率控制标准

      4.3.1     合理安排天窗作业

      在天窗内进行差异沉降整治作业。为提高作业效率,整治砂浆层作业天窗调整为5h。

      4.3.2      优化作业工艺及组织

      对于难度较大、区段较长的作业,不断优化工艺及作业组织,多作业面同时整治,减少限速时间;采取措施在节假日或客流高峰期恢复图定列车秩序。

      4.3.3     合理确定限速条件

      采取的作业工艺和组织方式确定了桥梁和路基区段差异沉降整治作业限速160km/h,砂浆层调整作业限速80km/h。

      4.3.4     优化行车组织

     分析列车运行图,优化行车组织,采取措施保证整治作业期间列车正常的运行秩序。

     5     效果评价

     5.1     工作评价

    (1)通过采取注胶、抬梁及调整砂浆层等对无砟轨道差异沉降进行整治,线路纵断面得到改善,达到了预期的目标,管内高速铁路没有沉降变形引起的长期限速点。

    (2)通过对现场作业顺序、流程衔接等分析,注胶、抬梁及调整砂浆层工艺、工法能够满足天窗点内对高速铁路无砟轨道差异沉降整治需求。

    (3)高速铁路无砟轨道差异沉降整治实施“联合设计、联合施组、联合验收”制度,以及集中修作业组织模式,提高了作业效率和天窗利用率。

       5.2    质量和效益评价

     (1)作业期间结构稳定后轨道精调满足动车组安全及平稳性运行要求,作业期间未出现车载式和便携式线路检查仪II级以上偏差,人工添乘无明显晃车。

     (2)综合检测车检测整治区段,轨道长短波高低不平顺改善明显,有效提升了设备质量。

     (3)轨道板、水泥乳化沥青砂浆充填层、底座板、支撑层原有裂纹或离缝无变化、无新增裂纹或离缝。

     (4)整治预设一定下沉预留量,满足一定时期内轨道平顺性要求。

       5.3     安全评价

     (1)施工组织方案具有较强的可操作性,通过对人员、机具尤其是大型机械及作业后的清场控制,作业后人身安全、设备安全、行车安全及开通条件均可控。

    (2)通过集中整治,使设备处于安全可控范围内,确保了行车的安全冗余,减少了发生设备故障的可能性。

      5.4    效益评价

    (1)对无砟轨道差异沉降的及时、有效整治,未出现高速铁路因沉降引起的长期慢行区段,经济效益和社会效益显著。

    (2)多次优化技术方案和完善作业组织,作业期间未影响正常的行车秩序。

    (3)形成了差异沉降整治作业标准,为今后同类病害整治提供可借鉴的经验。

    (4)通过多次的整治实践,培养和锻炼了专业化的管理、作业队伍,建立了联合施工作业模式。

      6    启示和建议

      6.1    高速铁路无砟轨道差异沉降整治需形成规范

      制定了CRTSII型板式无砟轨道到桥梁抬梁顶升施工作业标准,规定了高速铁路CRTSII型板式无砟轨道桥梁抬梁顶升施工作业的程序、技术要求、施工流程、验收和施工管理要求等。

      6.2    行车速度目标值建议

      在抬梁及注胶期间限速160km/h,砂浆层整治时限速80km/h,慢行的列车附加时分较少,对正常运输秩序未产生影响。若沉降整治工作量增大时,需进一步研究作业措施,提高作业期间列车运行速度,尽量减少对正常运输秩序的影响。

      6.3     对工艺、工装完善和改进

     差异沉降整治作业需要大量机械、尤其是调整砂浆层及注胶调整相结合时,机械更多,需要继续深化研究作业工艺、研发工装设备,便于高速铁路天窗作业。同时满足同步抬升的需要。

     6.4    加大对差异沉降源头性的研究、整治

     无论是抬梁、注胶,还是调整砂浆层均是对轨道上部进行调整,未从根源解决差异沉降。随着时间推移,沉降和差异沉降将持续发展,怎样从根源解决沉降以及遏制差异沉降,需继续深入研究。

      6.5     优化天窗,探索高速铁路集中修

     在沉降整治期间,探索各专业联合作业,利用天窗集中对作业区段内的缺陷进行集中整治,扩大集中修规模,进一步完善和优化作业组织,提高天窗利用率和劳动效率。

      6.6     充分利用各种资源,减少天窗占用时间

      目前全路高速铁路沉降整治专业化队伍相对较少,随着运营时间增长,沉降整治工作量将会增大,建议从顶层设计,培育专业队伍,对于范围广、难度大的作业采用多个队伍联合作业,减少作业限速对运输的影响。