高速铁路线路病害与检测维毕业设计

高速铁路线路病害与检测维毕业设计内容摘要：

(3)合理设置轨距加宽、超高与正矢递减。 (4)临时补修拨正曲线，不可以从中间向两端拨道，防止将作业误差赶到曲线两端。 (5)曲线头尾处要保持足够的道床并夯实。 病害 5：曲线钢轨接头 “支嘴 ”。 1）病害原因：由钢轨硬弯、道砟厚度不足、道床不密实、轨枕失效、螺纹松动、夹板弯曲变形或强度不够 、轨缝不良等引起。 2）整治措施： (1)补足道砟，按规定加宽和堆高曲线外侧道砟，把地锚拉杆安装在曲线外股钢轨水平位置上。 (2)调换 “支嘴 ”接头夹板，矫直硬弯钢轨。 西安农林科技大学 —— 毕业设计 9 (3)拨道作业中，尽量避免上挑，如必须上挑，则采用拨动小腰带动接头方法拨道。 病害 6：曲线钢轨磨耗。 1）病害原因：超高或轨底坡不合适；轨距变化率较大；线路养护不当。 2）整治措施： (1)每年根据全年客货车实测平均速度，检算设计超高，并根据现场外轨侧磨和内轨压溃情况及时调整曲线超高。 (2)及时修正轨底坡，使轮轨接触面积增大。 (3)合理定期安排钢轨调边使用。 (4)保持曲线圆顺度，定期检查，从预防的观点出发，治小治早。 (5)采用曲线上股钢轨侧面涂油，可有效减少钢轨侧面磨耗。 病害 7：钢轨波磨。 1） 病害原因：轨道不平顺，道床处理不彻底、厚度不足、脏污、板结翻浆。 2）整治措施：日常养护中加强捣固和清筛，尤其是有砟桥上，通过捣固、清筛，改善轨道弹性；合理安排打磨周期。 病害 8：曲线下股钢轨压宽。 1）病害原因：超高设置不合理造成下 股木枕切压、坡形胶垫压溃、铁垫板外口磨耗，使下股钢轨外翻。 2）整治措施：更换失效木枕、削平切压木枕、更换磨耗及折断垫板、打磨钢轨。 隧道内线路病害及检测维修 近年来，我国高速铁路建设发展迅速，并相继投入运营。 高速铁路运营环境复杂，其建设方法、基底结构、使用状态、载荷条件，以及气候条件的差异导致路基结构使用状态复杂，出现不同程度的病害。 轨道结构的基底结构不但承受上部结构质量，还要长期承受动载的循环作用，其状态不良将导致轨道结构恶化，改变路基的荷载条件，进而形成恶性循环。 路基病害造成高速铁路无砟 轨道线路的轨道板与支撑层出现裂缝和沉降不均。 高速铁路天窗时间较短，进而加大了线路养护维修难度与工作量。 高速铁路隧道内无砟轨道基底结构应具有强度高、刚度大、纵向变化均匀和长久稳定性的西安农林科技大学 —— 毕业设计 10 特点，不允许有基底破坏和过大的沉降变形。 针对铁路隧道环境复杂、运营安全要求高，以及无砟轨道快速修复技术欠缺的现状，通过对北京 — 通辽快速铁路梨树沟隧道内无砟轨道基底结构的病害整治，研究和探索无砟轨道结构病害检测与快速修复技术。 现以 分析北京 — 通辽快速铁路梨树沟隧道内无砟轨道基底结构病害现状，提出病害整治原则。 梨树沟隧道病 害现状 京通快速铁路梨树沟隧道位于北京市密云县溪翁庄镇，黑山寺 — 石塘路站区间全长 3 034 m，采用无砟轨道结构。 梨树沟隧道在昌平端洞口处约有 100 m 的曲线，其余全是直线，朝通辽方向约有 4‰的下坡，修建于 1975 年，是京通快速铁路在北京境内最长的隧道。 隧道内无砟轨道结构病害通常有三类：一是混凝土下沉破损，即轨道结构在列车载荷作用下产生下沉变形；二是无砟轨道结构上鼓破损，主要是地下水水位抬起造成破损，或基础处理不到位；三是无砟轨道结构受地下水侵蚀而破坏。 经过长期运营，梨树沟隧道内无砟轨道结构局部出现不均匀沉 降，因施工或水蚀因素，在列车动载循环作用下轨道结构超过强度极限产生开裂、下沉和翻浆冒泥，几何尺寸难以保持。 梨树沟隧道进口处轨道结构病害日常维修不能彻底消除，导致道床板与基岩（基岩深度为 1~ m）出现脱空，道床板两侧出现纵向裂缝，整体道床开裂与下沉加剧，并与主体结构混凝土分离。 列车通过时，裂缝处出现喷水现象，可看到脱空的道床板产生较大的动变形，对道床板及轨枕产生不良影响，出现裂缝与崩裂。 病害维修技术 1) 病害整治原则 （ 1）快速维修。 目前，无砟轨道线路行车密度大、天窗时间短，白天无法对运 营线路进行巡检、维修，日常维修在夜间停运时进行。 如果病害整治作业影响列车运营将造成巨大经济损失，因此病害整治作业应快捷，修补材料应尽快形成强度，不影响列车正常运营。 （ 2）线路几何尺寸变化应在扣件和垫板调整量范围，进行调整不扰动道床，超出调整量范围时需进行整治。 整治方案应根据超出管理值的大小分级治理，尽量少扰动轨道与路基结构，确保其功能不受影响。 西安农林科技大学 —— 毕业设计 11 （ 3）排水沟整治应与轨道结构整治同步进行，避免重复作业。 （ 4）病害整治施工尽量减少扰民，同时改善施工环境与作业人员工作条件。 2)病害整治方法 （ 1）基底换填。 隧道基底结构受地下水冲刷严重，但轨道板完整无破损，可将基底软弱层清除，重新灌注基础混凝土。 此方法整治彻底，缺点是施工工艺有待完善。 （ 2）整体轨道板维修。 主要用于轨道结构破损严重地段。 将破损的无砟轨道板凿除，清理基底，若基底不良需加固处理或增设仰拱，重新灌注或安装成型的轨道板，对行车影响较大。 （ 3）加强或增设排水设施。 整治关键是排导和疏干基底结构地下水，不能局限排除地表水。 发生翻浆冒泥等病害时，应增设地下排水设施，增加排水沟数量和深度。 （ 4）增加扣件的可调变形量。 提高隧道内无砟轨道扣件的可调变形量，以改 善无砟轨道对列车振动和沉降变形的适应性。 （ 5）灌注水泥浆。 采用液压和气压装置，通过注浆管将水泥浆灌注到轨道与路基结构的裂缝和空隙中，水泥浆以充填、渗透和挤密等方式排挤裂缝中的水、空气和其他杂质，并充填其位置，形成高强度、防水性能好的新结构体。 此方法适用于轨道完整、基底空隙较多与翻浆冒泥地段，缺点是难以抬升轨道板结构。 3)梨树沟隧道无砟轨道病害整治方法 针对京通快速铁路梨树沟隧道整体道床裂缝、下沉，以及翻浆冒泥等病害，采用注浆提升轨道板和精确定位方法。 常规注浆方法机具笨重，现场施工不便，天窗时间难以完成整 治，常规的注浆材料短时间达不到黏结强度要求。 为此采用双液（ A、 B）组分、高强发泡树脂（ ）进行注浆加固处理，填充无砟轨道基底结构空洞和进行底面密封，精确提升轨道板。 （ 1）高强发泡树脂（ ）特点与性能。 与普通水泥材料相比，高强发泡树脂（ ）固化快，可通过添加剂调整固化时间；对水不敏感；低黏度，与岩石、土质和混凝土材料黏结良好；可精确提升无砟轨道板。 高强发泡树脂（ ）初始反应时间 5 s，表面干燥时间 35 s，与岩土材料结合 15 min 强度可达 90％。 其固化发泡后物理性能见表 21。 西安农林科技大学 —— 毕业设计 12 表 21 高强发泡树脂（ ）固化发泡后物理性能 测试项目 测试结果 测试方法 抗压强度 /kPa 700 ASTMD1621 抗拉强度 /kPa 700 密度 /（ ） 76 收缩率 无 ASTMD1042/D756 伸长率 /% （ 2）现场试验。 为防止不正常固化，混合前先搅拌高强发泡树脂（ ） B 液，适量混合，混合比例 1︰ 1，并采用特殊输送泵进行加温灌注。 其固化后对环境无任何污染。 采用注浆加压装置（压力为 7～ 10 MPa）将浆液注入裂缝并充满。 梨树沟隧道进口 50 m 范围为加固试验段，无砟轨道注浆孔平面布置见图 21。 图 21注浆孔平面布置示意图 现场注浆加固施工工艺流程见图 22。 主要技术参数包括材料配合比、浆体灌注温度控制、注浆压力和稳压时间等。 这些技术参数需根据现场实际情况和所用灌浆材料综合考虑。 西安农林科技大学 —— 毕业设计 13 拔管 封嘴 结束 图 22 注浆加固施工工艺流程示意图 效果检验 1)注浆前后动力性能测试 无砟轨道结构在列车载荷作用下产生动变形，动变形反映轨道与路基结构的使用状态，其值过大易造成轨道结构的累积塑性变形，加 大维修工作量，影响行车安全，使线路处于不良使用状态。 针对梨树沟隧道加固前后动变形进行对比测试，检验隧道底板的加固效果。 （ 1）传感器埋设。 路基动变形测试关键在于基准点的设置，基准点位置的动变形应满足数据分析需要，一般基准点位置的动变形很小。 基准点位置选择在水平方向距测点很远或垂直方向距测点很远的地方。 隧道仰拱基岩不好固定基点引出导杆，无法设置垂直基准点。 考虑到轨枕板与基岩脱空，轨枕板两侧出现纵向裂缝，列车通过时裂缝外的结构与基岩仍为一个整体，其振动很小，可以作为基准点，选择在脱空严重的地方设置测点。 （ 2） 结果分析。 注浆加固前后，货物列车通过时轨道板的动变形见图 23 和图24。 注浆 封嘴 清孔 搅拌泵工 观察 二次或多次注浆 拔管 运转设备 下管 定孔位 钻孔 验孔 西安农林科技大学 —— 毕业设计 14 图 23 加固前货物列车通过时路基动变形 图 24 加固后货物列车通过时路基动变形 在测试位置，轨道板脱空处于病害状态，货物列车经过时产生的动变形较大，造成脱空缝隙处积水上涌，出现喷涌。 纵向裂缝两边明显有振动错动现象。 在轨道板与基岩脱空裂缝处高压注入加固材料进行加固，缝隙里的水被挤出，并填实裂缝。 加固前，货物列车通过时道床板动变形最大为 mm，加固后，道床板动变形为 mm，改 善了列车通过时的动力响应。 2)注浆前后物探测试 梨树沟隧道采用高强发泡树脂（ ）充填方式进行加固。 加固前采用地质雷达对加固区轨枕板混凝土与基岩脱空裂缝进行探测，加固后采用地质雷达探测脱空裂缝的填充情况，以检验加固效果。 （ 1）雷达测线布设（见图 25）。 地质雷达测试是沿两侧路肩及线路中心布设 3条测线，测线延展总长 150 m。 （ 2）结果分析。 雷达探测发现，梨树沟隧道加固前部分区段轨道板下存在不密实、 西安农林科技大学 —— 毕业设计 15 脱空及破碎断裂现象，需及时采取加固措施，以保证行车安全。 隧道内无砟轨道地 图 25 雷达测线布设示意图 段病害位置及表现形式见表 42，加固前后雷达测试剖面云图见图 6 和图 7。 雷达探测表明，梨树沟隧道加固后病害起止位置和深度明显缩短，个别地段存在结构不密实、裂隙及破碎现象，但轨道板下结构的整体密实状况得到明显改善，加固措施作用明显。 表 42 隧道内无砟轨道地段病害位置及表现形式 序号 病害起止位置 /m 病害深度起止位置 /m 病害表现形式 1 — — 裂隙 2 — — 3 — — 破碎 4 — — 5 — — 6 — — 7 — — 断裂 8 — — 破碎 9 — — 西安农林科技大学 —— 毕业设计 16 原位探测 1）轨道板抬升。 梨树沟隧道加固前轨道板与基岩脱空，脱空缝隙分布复杂、不均 匀。 从脱空缝隙加固点高压注入高强发泡树脂，沿裂缝将脱空缝隙填充，在压力作用下轨道板抬升，采用高精度水准仪测试轨道板，使其抬升达标。 2）现场取芯。 注浆加固后选典型工点进行钻孔取芯，芯样中高强发泡树脂凝固良好。 在隧道 5 处加固点进行取样，轨道板与基岩脱空部位没有出现较大空洞，高强发泡树脂填充后形成的填充层厚度为 1~6 mm，但其强度很高，质地密实，根据化学组分，其耐久性满足要求。 西安农林科技大学 —— 毕业设计 17 目前，高速铁路一般采用无砟轨道，其结构病害也相继出现。 梨树沟隧道内无砟轨道结构病害整治技术为高速铁路无砟轨道病害整治提供了新思路。 针 对无砟轨道结构病害，结合我国的实际情况及病害产生机理，应采用新材料、新工艺，以及快速修复技术，并对其开展进一步研究，建立一套全面系统的施工质量监控与管理方法，这对提升我国无砟轨道养护维修技术有重要意义。 桥梁线路病害检测与维修 概 述 1)桥梁养护与维修的意义。