一种用于沉降无砟轨道的修复方法与流程

本发明涉及无砟轨道的修复技术领域，具体地指一种用于沉降无砟轨道的修复方法。

背景技术：

无砟轨道是当今世界先进的轨道技术，它利用钢筋混凝土底座板板代替道碴,可以减少维护、降低粉尘、美化环境。无砟轨道具有良好的轨道稳定性，连续性和平顺性，以及使用寿命长，结构耐久性好，维修工作量少等特点，因此我国现阶段修建的高速铁路大多数以无砟轨道为主。我国幅员辽阔，地质条件复杂多变，在软土、黄土、人工填土、岩溶等不良地质区域建设的无砟轨道，会存在路基变形的问题。大量工程实践表明，在外界自然环境和列车长期运营荷载作用下，已运营的高铁无砟轨道均出现了不同程度的路基沉降变形。由于无砟轨道的刚性大，塑性变形小，一旦轨道以下基础发生变形下沉，会导致修复非常困难。当无砟轨道结构线路下沉量超过一定的值时，将会严重影响列车行驶的安全性、舒适性和平顺性。这就需要对发生沉降的轨道进行修复处理。

目前，针对工后沉降导致的无砟轨道结构线路不平顺的问题，在高铁天窗时间内进行维修的主要有两种解决方法：一种方法是采取调整扣件的方式保证线路的平顺性，但是扣件系统的可调整量有一定限值，当无砟轨道的沉降量随时间持续增加，沉降量超过扣件系统的最大可调整量时，这种维修方式就无法使用了。另一种方法是采取水泥基等材料进行灌浆，但是采用该方法在灌浆时难以控制浆液在无砟轨道底部的扩散范围，而且浆液的强度发展缓慢，此外灌浆抬升的抬升速率低，抬升的控制精度难以满足要求。

针对上述两种方法的弊端，国内外学者对无砟轨道沉降病害的整治技术进行了研究，但其研究成果均存在某些不足。其中，专利号为“201310027717.0”名为“应用注入法对铁路无砟轨道道床沉降进行抬升的系统和方法”提供了一种注浆抬升轨道的方法，但是仅提供了无砟轨道结构的抬升方法和注浆顺序，对于定量定性的控制无砟轨道的抬升并没有进行详细的阐述，而且该种抬升方法功效较低，难以在天窗期间完成，影响列车轨道的正常运行。还有专利号为“201310123669.5”的名为“高速铁路无砟轨道抬升高聚物注浆方法”以及专利号为“201410410235.8”的名为“一种用于沉降无砟轨道的注浆抬升快速修复方法”的两个中国发明专利，都提供了通过在轨道板或是底座板下方注浆的方式进行轨道抬升，但是使用的工艺极为复杂，施工难度太大，需在轨道板两侧开挖后施工注浆孔、土工布袋和注浆，而且最大抬升量有限，无法快速进行二次注浆，不适用于沉降较大线路的抬升整治，也难以满足天窗时间内的施工要求，目前国内外尚未见到应用该专利进行轨道修复的相关报道。

对于上述专利中注浆材料均为反应时具有膨胀性能的高聚物材料，该材料成本较高，其刚度、变形模量等物理力学性能指标与无砟轨道结构差别较大，可能对轨道结构受力带来不良影响。另外高聚物材料发生化学反应后膨胀固化形成的胶体材料，其在运营荷载条件下的长期强度、蠕变特性以及稳定性还有待进一步研究。当使用速凝快硬注浆材料抬升无砟轨道时，其能产生的抬升力小，抬升速率低，抬升的控制精度难以满足要求。

综合上述情况，对于无砟轨道沉降导致线路不平顺的问题，在天窗时间内，先利用高聚物材料注入到级配碎石层中发生化学反应后体积膨胀并固化，从而实现注胶抬升，然后注入早强无收缩聚合物灌浆料填充到被抬升底座与级配碎石层的间隙，能更好的实现对无砟轨道的精确抬升与牢固定位。

技术实现要素：

本发明的目的就是要解决上述背景技术中提到的现有技术使用的注浆方法存在抬升力小、抬升速度低、抬升精度差等问题，提供一种用于沉降无砟轨道的修复方法。

本发明的技术方案为：一种用于沉降无砟轨道的修复方法，其特征在于：所述的修复方法包括以下步骤：

1、在需要进行抬升的无砟轨道的底座板上开设注胶孔，注胶孔下端深入到底座板下方的级配碎石层中；

2、向注胶孔中注入膨胀性高聚物材料，利用注胶压力和高聚物材料发泡产生的膨胀作用力迫使底座板上升，底座板上升高度接近设计值时停止注入高聚物材料；

3、待高聚物完全稳固后，在轨道板上开设贯通轨道板和底座板的注浆孔，注浆孔深入到底座板下方的级配碎石层中；

4、向注浆孔中注入聚合物灌浆料，灌浆料流入到底座板和级配碎石层之间对底座板下部空间进行填充，待灌浆料完全稳定后完成沉降修复。

进一步的所述的步骤1在底座板上开设注胶孔的方法为：在轨道板两侧的底座板上钻设多组注胶孔，相邻两组注胶孔沿轨道延伸方向间隔布置，每组注浆孔包括两个以底座板的中心线为中心对称布置于底座板两侧的注胶孔，注胶孔由上至下沿倾斜方向深入到底座板正下方的级配碎石层内。

进一步的所述的注胶孔轴线与水平方向的夹角为30～60°。

进一步的所述的步骤2中向注胶孔中注入膨胀性高聚物材料的方法为：在注胶孔中插入注胶管，注胶管伸入到底座板下方1～2cm，将注胶管密封固定在底座板上，再向注胶管中灌注膨胀性高聚物材料。

进一步的步骤2中，待底座板抬升的高度距离设计抬升高度为0.5～1mm时停止灌注高聚物材料。

进一步的步骤3中在轨道板上开设注浆孔的方法为：在轨道板中心线上相邻注胶孔的中间处钻孔，注浆孔由上至下沿竖直方向贯通轨道板和底座板，注浆孔下端伸入到底座板下方的级配碎石层中。

本发明的优点有：1、本发明结合了注胶压力、高聚物化学反应的膨胀力和早强无收缩聚合物灌浆料的强度高、稳定性好、价格便宜等优点，能够真正实现对无砟轨道的抬升，以及能保证抬升后无砟轨道的稳定性。

2、注胶孔能快速重复使用，进行二次注胶抬升，注胶抬升一次后，只需用钻机通孔，安装注胶管，便可进行下一次注胶抬升。

3、施工效率高，能满足天窗时间内的施工要求，该方法只需在每块轨道板施工较少的注胶孔和注浆孔，钻孔、注胶抬升、注浆填充连续作业，施工完后能立即满足通车条件。

4、施工方便，所有设备能适应于不同场地，设备轻巧，搬运方便。

5、与其他无砟轨道沉降整治技术相比，注胶抬升与注浆填充相结合的方法材料成本和施工成本低，具有较好的经济效益和社会效益。

6、本发明的抬升方法可以与机械纠偏方法结合实现无砟轨道的沉降修复和纠偏修复工作，能够在不影响铁路运行的情况下快速的实现无砟轨道的修复工作，具有极大的推广价值。

附图说明

图1：注胶孔与注浆孔的平面布置结构示意图；

图2：注胶孔的横断面结构示意图；

图3：注浆孔的横断面结构示意图；

其中：1—轨道板；2—底座板；3—注胶孔；4—注浆孔；5—观察孔；6—自密实混凝土；7—封闭层顶面；8—级配碎石层。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细说明。

如图1～3，本实施例需要在底座板2上开设注胶孔3，本实施例的注胶孔3贯通底座板2伸入到底座板2正下方的级配碎石层8中，为了保证注入的高聚物产生的膨胀作用力能够稳定的作用到底座板2和轨道板1上，本实施例的注胶孔3的下端位于底座板2和轨道板1的正下方。注胶孔3的直径为20～30mm，深度为500～800mm。

每块底座板2上设置有1～4组的注胶孔3，相邻两组注胶孔3沿轨道的延伸方向间隔布置，间隔距离根据轨道板1和底座板2的规模进行计算，每组注胶孔包括两个以底座板2的竖向(本实施例的竖向指图1中的左右方向，横向指图2的上下方向)中心线为中心对称布置的注胶孔3，对称布置是为了保证在抬升过程中受力平衡，避免底座板2抬升时出现倾斜滑移的现象发生。

如图1所示，本实施例的注胶孔3钻设的位置位于轨道板1两侧的底座板2上，注胶孔3用于灌注膨胀材料对沉降的底座板2和轨道板1进行抬升，轨道板1搁置在底座板2上，实际上底座板2抬升就能带动轨道板1抬升，本实施例只在底座板2上进行钻孔，降低了施工的难度，提高了施工的效率。另外，为了保证轨道板1和底座板2能够平稳上升，不会发生倾斜滑移，本实施例的注胶孔3为倾斜布置的孔状结构，注胶孔3的下端沿倾斜方向伸入到底座板2和轨道板1的正下方，如图2所示，其中注胶孔3的轴线与水平方向之间的夹角为30～60°。

本实施例往注胶孔3中灌注的膨胀性高聚物为聚氨酯类发泡材料，该聚氨酯发泡材料由A、B双组分构成，A组分主要为含有活性异氰酸根的异氰酸酯，B组分主要成分为多元醇以及其它功能性助剂。注浆施工时将A、B两种材料通过注浆机，按照体积比1:1快速混合后注入。本发明中使用的膨胀性高聚物专门针对于高铁路基提升，具有初始流动性好，强度上升快，后期稳定性好的特点。

如图1所示，本实施例在轨道板1上钻设注浆孔4，注浆孔4由上至下沿竖直方向贯通轨道板1和底座板2深入到级配碎石层8中，注浆孔4直径30～40mm，深度不小于800mm，垂直轨道板1进行钻孔。每个注浆孔4位于轨道板1的中心线上，而且在相邻注胶孔3的中间，这样能够保证灌注的高聚物灌浆料能够充分的向两侧流入到底座板2与级配碎石层8之间的空间内。

注浆孔4的钻孔位置位于相邻注胶孔的中间处，这样注浆时，浆料从轨道板1向两侧流动，填充底座板2和级配碎石层8之间的空间，能够更加均匀，而且也便于观察。

本实施例使用的早强无收缩聚合物灌浆料是快硬型无机灌浆料，该无机灌浆料以快硬型硫铝酸盐水泥、细砂为主要组分，配以硅微粉膏、塑性膨胀剂、减水剂、促硬剂、缓凝剂、稳定剂、消泡剂和乳胶粉等添加剂，具有适应高铁路基养护所需要的超早强、无收缩、体积稳定性好、耐疲劳等特点。

本实施例在轨道板1两侧的底座板2上还开设有多个观察孔5，通过观察孔5观测注浆情况，具有良好的指导作用。观察孔5用于观察注浆情况，本实施例的注浆是从底座板2的中心线处向两侧流动，因此观察孔5只用观察底座板2两侧位置处的浆液流动情况就能判断底座板2下方的浆液填充情况，本实施例的观察孔5位于轨道板1两侧的底座板2上，一是降低了施工的难度，二是能够更加便于观察浆液流动效果。

实际施工时，在注胶抬升前，放松钢轨扣件并拆除垫板，对轨道的状态进行全面测量，获得各高程控制测量点的高程和各坐标控制测量点的坐标，并与所提供的高程及平面位置进行比对，确定抬升范围及抬升量。

按图1和图2所示要求在轨道板1两侧的底座板2顶面钻注胶孔3，钻孔达到设计深度，对钻孔进行清理，钻孔完成后用封堵件将注胶孔3封堵好，防止污水及杂质进入。

将注胶管插入注胶孔3内，确保注胶管伸入到底座板1下方的级配碎石层8内1～2cm，用扳手顺时针拧紧注胶管口的螺母将注胶管固定在底座板2上，并随时监测注胶管的紧固程度和安装深度。

注胶前，现场测量人员应对注胶点高程及抬升量进行再次确认。

从底座板2的两侧注胶孔3同时进行注胶抬升，注胶时，应保证注胶孔3同步注胶，保证同样的注胶速率，确保底座板2能够均匀上升。可采用精密电子水准仪以10～15s一个频次不间断地对轨道板顶面的高程变化进行全过程监控，当底座板2的抬升高度距离设计抬升高度为0.5～1mm时，停止注胶。

在注胶过程中，安排专人对注胶点周围的轨道结构进行观察，若发现轨道结构出现裂纹、鼓起或跑浆等现象应立即停止注胶。若一次注胶膨胀产生的作用力难以达到轨道抬升的要求，可以进行多次注胶，可以使用原先的注胶孔3进行再次注胶进行轨道的抬升，也可以钻设新的注胶孔3进行再次注胶，保证注胶抬升的距离达到设计效果。

每次注胶抬道完成后，在注胶管内注入适量的DOP液，采用拔管器将插入的注胶管拔出。

在相邻注胶孔3的中间位置钻注浆孔4，在轨道板1两侧的底座板2上距离底座板2边缘150mm处钻观察孔5，孔直径16mm，深度不小于640mm，垂直轨道板1进行钻孔。注浆孔4和观察孔5的平面图和横断面图分别如图1、图3所示。

将注浆管插入注浆孔4内，将注浆管固定在轨道板1上。待抬升完成后进行注浆，通过注浆管向无砟轨道底座板2与级配碎石层8之间的间隙注入早强无收缩聚合物灌浆料填充，直至浆料全部注满为止。灌浆料完全充填在底座板2和级配碎石层8之间，待灌浆料完全凝固后形成稳定的轨道支撑层。

在注胶抬升和注浆填充全部完成后，对轨道的状态再次进行全面复测，获得各高程控制测量点的新高程和各坐标控制测量点的新坐标，与抬道前原始数据进行比对，检查抬升效果，必要时对个别点进行补抬施工。

另外，本实施例的抬升方法能够用于出现沉降和偏移的无砟轨道的修复领域，通过使用本实施例的抬升修复方法修复无砟轨道的沉降，使用机械手段对轨道进行横向纠偏，通过两种方式的结合实现无砟轨道的修复。

本实施例的机械纠偏方法有两种为：第一种是横向顶推结构，通过反力千斤顶施加横向的推力迫使底座板2横向偏移；第二种是横向张拉结构，使用拉杆、倒链张拉结构拉扯底座板2迫使其横向偏移。横向纠偏过程中采用测量装置实时监测轨道结构的位移量。在注胶抬升和横向纠偏都完成时，在轨道板上设置注浆孔4，采用注浆设备，在一定的注浆压力下，将早强无收缩聚合物灌浆料通过安装于注浆孔4的注浆管注入到注胶抬升后的无砟轨道底座板2与级配碎石层8的间隙中。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等同物界定。