石家庄铁道大学毕业论文
第1章 绪论
1.1 研究背景和意义
1.1.1 研究背景
高速铁路已成为当代重要的交通运输方式，新技术、新标准在高速铁路上的广泛应用使得中国成为世界上高速铁路发展最快、系统技术最全、集成能力最强、在建规模最大的国家。而且，中国高铁的速度代表了目前世界的高铁速度。根据2011年发布的《中长期铁路规划》高速铁路总里程将达到1.6万公里以上，铁路快速客运网将覆盖全国90%以上人口。高速度、高密度、长距离跨线运输也成为我国客运专线主要运营特点，并且逐步完善成熟。
高速铁路轨道结构主要类型：有砟轨道和无砟轨道。有砟轨道是铁路的传统结构。它具有弹性良好、价格低廉、更换与维修方便、吸噪特性好等优点。但随着行车速度的提高,有砟轨道不均匀下沉产生的120Hz以下频率范围的激振严重,轨道破损和变形加剧,从而使维修工作量显著增加,维修周期明显缩短。基于这一情况,许多专家认为,从经济角度和维修管理角度看,高速铁路应采用无砟轨道。特别是在桥隧结构上,由于无砟轨道减少了二期恒载和建筑高度,采用无砟轨道更为有利。除此以外,无砟轨道还具有使用寿命长、线路状况良好、不易胀轨跑道、高速行车时不会有石砟飞溅等优点,因此无碴轨道在国外高速铁路上获得了越来越广泛的应用,其铺设范围已从桥梁、隧道发展到土质路基和道岔区,无碴轨道结构在高速铁路上的大量铺设已成为发展趋势。
无砟轨道的技术优点包括：线路稳定、平顺，有利于铺设无缝线路和高速行车、维修工作量少、坚固耐久、整洁美观，使用寿命长、在隧道、地铁中减少开挖面积。所以被广泛应用于高速铁路和客运专线。
但随着高速铁路的发展，列车运行速度提高，运量加大，铁路轨道的各种磨耗病害问题也随之而来，而高速列车对行运平稳性和安全性有更高的要求，这就使得养护维修工作变得更加困难。所以，即使无砟轨道具有整体性好、稳定性好、坚固耐用、轨道变形小等优点，有利于高速行车，在一定程度上减小养护维修量、降低了工作难度，无砟轨道的各种病害仍然影响的高速列车的行车安全，很多人对高速铁路无砟轨道结构线路维护技术还缺乏全面系统地了解和认识，对无砟轨道的病害还不是很了解，经验不足，掌握不准。
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1.1.2 研究意义
无砟轨道的广泛应用，就要求需要总结出无砟轨道结构的几种病害特征及分类，通过研究无砟轨道的病害机理，病害特点，提出更有优势的检查方法，得出无砟轨道病害的预防措施、控制措施和标准使得养护维修工作符合现代高速铁路安全要求。能够更好的指导高速无砟轨道的养护维修工作。
由于防止和减小无砟轨道轨道板裂缝的产生和发展是无砟轨道结构设计和施工过程中的重要内容之一。通过对无砟轨道轨道板裂缝的特征和成因的分析，提出了一些预防和控制轨道板裂缝的措施，为铁路养护维修工作作出一定的帮助。
1.2 无砟轨道的常用结构形式介绍
国内高速铁路常用的有：CRTSⅠ、Ⅱ、Ⅲ型板式无砟轨道，CRTSⅠ、Ⅱ型双块式无砟轨道、道岔区轨枕埋入式无砟轨道。无砟轨道的主要结构由长钢轨、扣件系统、轨道板、CA砂浆、混凝土底座及凸形挡台等组成。以下给出具体的分类：
CRTSⅠ型板式无砟轨道：预制轨道板通过水泥沥青砂浆调整层，铺设在现场浇注的钢筋混凝土底座上，由凸形挡台限位，适应ZPW－2000 轨道电路的单元轨道板无砟轨道结构型式。
CRTSⅡ型板式无砟轨道：预制轨道板通过水泥沥青砂浆调整层，铺设在现场摊铺的混凝土支承层或现场浇筑的具 有滑动层的钢筋混凝土底座（桥梁）上，适应ZPW－2000 轨道电路的连续轨道板无砟轨道结构型式。如图1-1：
图 1-1 CRTSII型板式无砟轨道结构示意图
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CRTSⅢ型板式无砟轨道：预制轨道板通过水泥沥青砂浆调整层，铺设在现场摊铺的混凝土支承层或现场浇注的钢 筋混凝土底座（桥梁）上，并对每块板限位，适应ZPW－2000 轨道电路的连续轨道板无砟轨道结构型式。
CRTSⅠ型双块式无砟轨道：将预制的双块式轨枕组装成轨排，以现场浇注混凝土方式将轨枕浇入均匀连续的钢筋混凝土道床内，并适应ZPW－2000 轨道电路的无碴轨道结构型式。
CRTSⅡ型双块式无砟轨道：将预制的双块式轨枕通过机械振动法嵌入现场浇注的均匀连续的钢筋混凝土道床内形成整体，并适应ZPW－2000 轨道电路的无碴轨道结构型式。如下图
图1-2 CRTSⅡ型双块式无砟轨道示意图
道岔区轨枕埋入式无砟轨道：将预制混凝土岔（轨）枕组装成标准道岔轨排，现浇入混凝土形成均匀连续钢筋混凝土道床，并适应ZPW-2000轨道电路的无砟轨道结构。
以上的轨道结构形式成为我国高速铁路轨道的主流形式。
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第2章 高速铁路无砟轨道主要病害
高速铁路无砟轨道病害主要包括CA砂浆常见伤损问题、轨道板与CA砂浆层的离缝问题、轨道板裂缝问题、轨道板内部问题、轨道板内钢筋异常、底座板裂缝问题、钢轨波形磨耗问题和高速道岔病害问题等。
2.1 CA砂浆损伤
2.1.1 CA砂浆常见伤损病害
(1)砂浆层与上下结构的离缝：砂浆层与轨道板或底座板(支承层) 之间出现离缝伤损是高速铁路式无砟轨道结构中较为常见的伤损形式之一。具有影响范围较大、产生原因较复杂以及初期难以被发现等特点。砂浆层离缝伤损将会使砂浆层与轨道板或底座板(支承层) 粘结失效，削弱无砟道床的整体性，影响轨道静态几何形位和动态稳定性。如果伤损未及时进行修复，在列车荷载和环境因素共同作用下还会对无砟道床耐久性产生影响。因此，高速铁路CRTSⅡ型板式无砟轨道线路中需加强对砂浆层离缝伤损的检查力度，在查明原因的基础上，采取有针对性的预防或修复措施。
砂浆层离缝伤损产生的原因主要有轨道板温度梯度引起的板端翘曲、轴向温度荷载引起的轨道板或底座板(支承层) 伸缩、砂浆层灌注不饱满、列车动力荷载及基础不均匀沉降等。由于砂浆层离缝产生的主要原因各有不同，其离缝宽度、深度等表现形式均有所不同，现场往往是多种因素共同作用致使砂浆层出现伤损。
(2)竖向裂缝：竖向裂缝是砂浆层伤损的另一种常见形式。裂缝间距一般为20-50cm不等，裂缝宽度一般在0.1mm左右，裂缝会影响轨道的使用耐久性，如果不及时修复，在列车动荷载作用下将会发生缺损掉块现象。
产生原因：砂浆竖向裂缝与砂浆配方、现场施工工艺、运营条件以及环境温度变化等因素有关。主要原因为砂浆自收缩及轨道板或底座板裂缝的延伸。
(3)缺损掉块：砂浆层存在的缺损掉块或剥离的现象，主要是轨道板板间接缝部位和轨道板精调爪附近的砂浆层缺损掉块伤损，且随时间变化日趋严重。
产生原因：砂浆层缺损掉块伤损多是由于砂浆层过度老化以及在列车荷载作用下砂浆层离缝和竖向裂缝等伤损诱发产生的。板间接缝和轨道板精调爪放置点等处，砂浆层更易出现缺损掉块伤损。砂浆施工完成拆除精调爪后，如未及时对此处进行补灌或此处封堵海绵等未清除彻底，导致补灌砂浆与原砂浆层无法有效粘结，在列车动荷
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载作用下，则会出现砂浆层缺损掉块伤损。砂浆层缺损掉块处易导致积水渗入，影响砂浆层耐久性。
图2-1 砂浆离缝、缺损裂缝
(4)泛浆：指的是砂浆层与轨道板或底座板(支承层) 间出现泛白浆，为砂浆层常见伤损问题，尤其是轨道板板间接缝部位和轨道板精调爪附近的砂浆层缺损掉块较为突出。
产生原因：由于砂浆层离缝使轨道板与底座板(支承层) 之间产生缝隙，在列车动载作用下二者之间出现拍打，雨水进入后产生的冲蚀作用将缝隙中的微细颗粒和水与氢氧化钙反应生成的碳酸钙等物质一并带出，从而形成白色析出物，虽尚未影响行车安全，但缝隙内水的冲刷作用及冻融将导致裂缝扩展，进而影响砂浆层耐久性和轨道几何状态的保持。
2.1.2 CA砂浆伤损修复的原则
砂浆层伤损修复应根据具体伤损类型按照相关规范要求进行实施。对于砂浆层离缝伤损，首先应对伤损产生的主要原因进行分析，从根本上避免修复后再次出现伤损的现象，同时离缝伤损修复过程中应根据不同原因采取针对性措施。对由于温度荷载引起的砂浆层与轨道板或底座板(支承层) 间的离缝，应在轨道板设计纵连锁定温度范围内对轨道板进行应力放散、重新锁定，并采用低黏度树脂材料按规范要求，对离缝伤损进行注浆修补; 对于基础不均匀沉降引起的砂浆层离缝伤损宜在解决基础沉降问题的基础上对离缝进行修补，并应考虑与扣件系统的高低调整配合作业。对于Ⅰ级伤损的砂浆层离缝和裂缝，应进行观测记录，并定期观察其发展变化; 对Ⅱ级伤损应列入维修计划，适时维修，宜采用低压注浆法进行处理; 对Ⅲ级伤损应及时维修，宜采用封闭注浆法进行处理。对于砂浆层缺损掉块伤损，可根据缺损面积大小，选择采用直接修补或立模修补方法进行处理。具体修补工艺应按照相关技术规范要求实施。
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