摘要：无砟轨道是告诉铁路轨道结构发展方向。随着我国客运专线的快速发展，对新型无砟轨道结构养护维修研究十分必要。本文主要分析和研究了无砟轨道的结构及其特点以及其损伤的位置和其修复。
关键系：高铁；无砟轨道；结构病害；维修技术
中图分类号：U412 文献标识码： A
高速铁路作为铁路现代化的重要标志，具有安全迅速、能耗低、轻污染和经济效益高等综合优势。参考国内外的运营情况可知，高铁轨道主要分为以碎石道床、轨枕为基础的有砟轨道和以混凝土或沥青混合料为基础的无砟轨道。无砟轨道由于具备良好的稳定性、较强的结构耐久性和维修工作量少等特点，近年来在高速铁路界获得了越来越广泛的应用。
板式无砟轨道结构已经成为现代高铁建设的主流模式。它舍弃了传统的轨枕和道床，采用预制钢筋混凝土板直接支承钢轨，并在轨道板与混凝土基础版之间填充CA 砂浆垫层。但在长期复杂运营环境、使用状态及载荷差异条件下，轨道结构会出现不同程度的损伤和老化，给相关线路的运营带来了严重的影响。
一、 无砟轨道的结构及特点
（一）线路平顺性高
有砟轨道采用均一性较差的天然道砟材料，在列车荷载作用下其道床肩宽、砟肩堆高、道床边坡、轨枕间距及轨枕在道床中的支撑状态相对易于变化，并导致轨道几何形变。无砟轨道的下部结构均为现场工业化浇筑或厂预制件，可以保证其性能有较好的均一性，从而提高轨道的平顺性。
（二）轨道稳定性好
无砟轨道结构中， 作为无缝线路稳定性计算参数的轨道纵、横向阻力不再依赖于有砟道床，其整体式轨下基础可为无缝线路提供更高和更稳定的轨道纵、横向阻力，具有更高的稳定性和更长的使用寿命。
（三）线路养护维修工作量显著减少
无砟轨道采用整体式轨下基础，与采用散粒体结构的有砟道床相比，在列车荷载作用下不会产生道砟颗粒磨耗、粉化、相对错位所引起的道床结构变形；在列车荷载反复作用下不会产生变形积累，使轨道几何尺寸的变化基本控制在轨下胶垫、扣件及钢轨的松动和磨损等因素之内，从而大大降低轨道几何状态变化的速率，减少养护维修工作量。
（四）耐久性好，服务期长
无砟轨道结构为整体混凝土结构，设计使用寿命为60 年，由于该结构使得线路平顺性高，稳定性好，病害少，维修量少，使得其耐久性好，服务期长。
（五）自重轻， 结构高度低
由于无砟轨道道床板的厚度比有砟轨道道床厚度要小，所以无砟轨道自重轻，结构高度比有砟轨道低，降低跨线处结构设计高程， 对于桥上无砟轨道结构可减轻桥梁二期恒载约40%，对于隧道内无砟轨道结构可以降低隧道净空。
（六）初期投资相对较大
与有砟轨道相比， 尽管无砟轨道的结构高度低、自重轻的特点，降低桥隧工程费用，但无砟轨道结构本身的工程费用高于有砟轨道， 特别是在对振动和噪声等环境要求较高的地段，用于减振降噪措施的费用比有砟轨道要高，总的来说，无砟轨道建设初期投资大于有砟轨道。
（七）基础变形下沉， 修复困难
无砟轨道的永久变形只能通过扣件进行调整以恢复其正常的轨道几何形状。由于扣件的调整量非常有限，因此对于无砟轨道的变形，特别是由于线下工程的沉降所引起的轨道永久变形必须做出严格限制，无砟轨道结构属于整体结构，局部损坏对轨道整体影响较大，一旦出现病害修复困难。
二、板式无砟轨道结构组成和损伤位置
我国目前采用的板式无砟轨道分别是从日本新干线板式轨道引进的CRTSⅠ型板式无砟轨道和从德国博格板式轨道引进的CRTSⅡ型板式无砟轨道。两者均由混凝土底座、水泥乳化沥青砂浆垫层、预制混凝土轨道板、板间连接构件、钢轨和扣件等部分组成。如图1 为CRTSⅠ型板式无砟轨道结构图。其中，砂浆层和混凝土底座板是常见损伤的发育部位。
位于轨道板与底座板之间的砂浆层，是轨道结构的重要组成部分，不仅起到连接作用，同时能够缓冲高速列车的荷载。薄弱的砂浆层易老化，受自然环境的影响非常大，同时列车的高速运行对砂浆层产生不断冲击，在长期运营过程中会出现与轨道板结构离缝、砂浆层断裂剥损等损伤形式。混凝土底座板是承载温度、列车荷载的关键位置，在施工和运行过程中不可避免的产生开裂。此外，施工中配筋异常、多孔洞或新老混凝土粘结不良等原因都会导致混凝土的破裂等病害。为了保障高铁的正常运营，必须对这些病害进行分析和及时维修。
三、板式无砟轨道病害类型及原因分析
（一）砂浆垫层与轨道板结构离缝。砂浆层与轨道板结构离缝是高铁板式无砟轨道的常见伤损之一，这类离缝深度不等，一般在1mm 以下，最长可达十几米。此离缝缺陷的原因比较复杂，轨道板温度梯度引起的板端翘曲、轴向温度荷载导致轨道板伸缩、砂浆层灌注不饱满、列车动力荷载及基础不均匀沉降等都会造成这类离缝伤损。产生离缝之后，砂浆垫层与轨道板之间的粘结会逐渐失效，无砟道床的整体性被严重削弱，严重影响轨道的静态几何形位和动态稳定性。
（二）砂浆层结构缺损。相关研究人员在对遂渝线无砟轨道试验段的调研中发现水泥砂浆层的破损。砂浆层病害主要包括砂浆层的断裂和剥落，一般在轨道板板间接缝部位和轨道板精调爪附近较为突出，并且会日趋严重。
砂浆层缺损病害是由砂浆的稳定性和强度直接决定的，与砂浆的配合比、生产工艺、施工工艺、运营条件和温度变化等因素密切相关，同时是在列车荷载作用下产生的离缝和竖向裂缝等伤损下诱发产生的。施工中补灌砂浆与原砂浆层无法有效粘结的情况下，极易出现砂浆层缺损掉块，严重影响到砂浆层的性能和轨道结构的耐久性。
（三）道床板混凝土伤损。主要包括底座及路基混凝土裂缝和轨道板混凝土掉块等。在高铁客运专线中出现的混凝土裂缝，主要是由于变形作用导致形成。变形受到约束后引起的压力超过混凝土的抗压强度从而导致裂缝出现。材料不均匀、施工温度、收缩变形、钢筋异常、地基不均匀沉降、混凝土骨料沉落等，都会引起混凝土裂缝。 混凝土道床板出现裂缝以后，板中钢筋容易锈蚀，并对混凝土不断挤胀，使裂缝不断扩张，导致混凝土的掉块伤损。在长期服役的环境下，混凝土会与大气中的二氧化碳作用发生反应，碳化后混凝土的脆性增大，加速了混凝土的掉块剥离，大大降低了无砟轨道混凝土道床的耐久性以及承载能力。
长枕埋入式无碴轨道是为适应我国铁路高速行车、发展高速铁路的需要而研究开发的一种新型轨道结构，具有强度大、稳定性强与维修量少等特点。它主要由钢轨及其扣件、穿孔混凝土枕、混凝土道床和混凝土底座组成。长枕埋入式无碴轨道的应用，在我国才刚刚起步，施工技术也正在开发与探索之中。我们在国内整体道床施工方法的基础上，对桥上长枕埋入式无碴轨道的施工技术开展了深入研究。经过在秦沈客运专线沙河特大桥上的施工实践，不断地总结和完善，形成了本工法。本工法在秦沈客运专线沙河特大桥上的成功应用，填补了我国桥上长枕埋入式无碴轨道施工的空白，得到了铁道部领导及有关专家的高度肯定与赞赏，兄弟单位都派员前来学习与参观。本施工工法具有效率高、成本低、工期短等突出优点，具有很大的开发与应用前景。
四、轨枕埋入式无砟轨道
（一）工法特点
1.机具设备简单、施工方便、作业安全可靠。施工主要机具设备为上承式轨排支撑架与轨枕运输吊装车，它们制作、改造简单，施工中易于操作。
2.轨道几何尺寸检测方法简单，施工精度高。仅需普通测量器具及常用的轨道检测设备，即可控制轨道几何尺寸精度，操作非常简单。轨排精调就位后不易变形移位。
3.施工连续性强。各道工序间隔距离合理，平行流水作业，道床板混凝土连续灌注，施工进度快。
4.施工效率高、成本低、工期快，经济效益与社会效益显著。
（二）适用范围
本工法主要适用于铁路隧道、桥梁、大型车站等地段的长枕埋入式无碴轨道施工，也可适用于基础稳定的土质路基和石质路堑地段的长枕埋入式无碴轨道施工。对铁路整体式道床、城市地铁、城市轻轨等结构类型相同的轨道工程施工也有一定的参考价值。
本工法主要是在秦沈客运专线沙河特大桥上中等规模的施工条件下研究开发的，在不同施工条件下采用该工法，需要对混凝土灌注方案作山合理设计，为适应规模化施工生产，轨排支撑架宜由专业厂家定向生产，并增加行走、稳定系统，以及液压动力调节系统，提高现场机械化施工水平。
（三）工艺原理
主要工艺原理是在混凝土底座上，采用现场组装轨排法施工混凝土道床板，然后换铺无缝线路，各工序按合理间距，采用平行流水作业，直至工程完工。本工法关键是采用上承式轨排支撑架承托与调整轨排。混凝土道床板施工时，在混凝土底座上现场组装25m的轨排，用千斤顶将轨排大致就位后，采用轨排支撑架按合理间距承托轨排，并依照预先测设好的基准点，用检测工具进行控制，调整支撑架上的水平调节螺栓与竖向调节螺栓，对轨排的标高、中线、方向、水平及前后高低进行粗调、精调，及至达到设计标准，分段连续灌注道床板混凝土。
五、无砟轨道损伤的修复
轨道结构一旦发生破坏，对列车运行带来了极大威胁，严重时会引起列车脱轨等重大安全事故。为此，必须及时采取修复措施，以免损伤进一步扩大，影响到列车的正常运营。
（一）无砟轨道损伤的修复原则。我国高铁专线跨区域大、线路长、昼间行车密度大，且天窗时间短，日常养护维修普遍放在夜间。目前国内一般养护维修天窗时间为4h 内。病害整治作业必须快捷，且修补材料应该尽快形成强度。
轨道修复不是一劳永逸的，在复杂的运营条件和使用状态下往往会出现二次伤损。要求采用“可维修”的维修材料，对维修后出现的二次伤损能够进行返修，或从结构病害处彻底剔除，新旧维修材料必须粘结良好。
（二）无砟轨道损伤的修复方法。针对不同病害损伤，应根据不同诱发原因采取不同的针对性措施，从根本上避免修复后再次出现损伤的可能。具体维修修补工艺应按相关技术规程要求实施。
对于砂浆层与轨道板结构离缝，最普遍有效的方法是注浆修补法。由温度荷载引起的砂浆层与轨道板离缝，应对轨道板进行应力放散和重新锁定，然后采用低黏度的树脂材料对离缝进行注浆修补。对于基础不均匀沉降引起的离缝伤损，首先要解决基础的沉降问题然后再进行离缝修补。
对于砂浆层缺损掉块伤损，应根据砂浆层缺损面积的大小，采用直接修补或者立模修补的方法来进行处理。目前比较成熟的方案是首先清除破损的砂浆层，然后加塞混凝土块或者树脂支承块，再灌注环氧树脂砂浆修补材料。
对于混凝土的伤损，应及时对其伤损面进行植筋，涂刷底漆之后根据原混凝土的形状制模并填入树脂。维修部位在强度上应达到原混凝土要求，新植入的材料应具备良好的耐腐蚀性能，且与原混凝土粘结良好。
结语
高铁无砟轨道病害主要涉及砂浆垫层与轨道板结构离缝、砂浆层缺损和混凝土伤损等，必须经过全面整治后才能恢复正常使用；高铁无砟轨道病害的修复要坚持快速维修和可二次维修的原则，在修复过程中应根据不同原因采取不同的针对性措施，具体修补工艺应按照相关的技术规范要求实施；高铁无砟轨道目前的维修材料主要包括快干水泥砂浆、水泥乳化沥青材料等无机材料和环氧树脂和有机硅材料等有机材料。这些材料存在着一些固有的缺陷，开发一种新型无机快速修复材料迫在眉睫。
