铁路隧道内双块式无砟轨道道床板裂缝的原因分析及预防措施

 摘要：双块式无砟轨道是高速铁路及长大铁路隧道应用范围最广泛的结构形式之一，道床板是双块式无砟轨道的重要组成部分。道床板开裂，裂缝宽度和间距超过设计及规范要求将影响无砟轨道结构的性能和使用寿命进而影响列车的运行安全。影响道床板开裂的因素众多。各阶段裂缝形成机理也不尽相同。本文阐述了双块式无砟轨道道床板开裂的影响因素及开裂机理，提出了防治道床板裂缝的具体措施，为今后施工双块式无砟轨道道床板提供借鉴。

  关键词：无砟轨道；道床板；混凝土裂缝

  太中银铁路在长度大于lOkm的特长隧道内采用铺设双块式无砟轨道，全线共有6座特长隧道，铺设双块式道床板长度为170km（单线）。轨道采用CRTs I型双块式无砟轨道设计，双块式无砟轨道结构主要由60kg／m钢轨、wJ-8A型扣件、SK一2型双块式轨枕和C40钢筋混凝土道床板等部分组成。道床板宽度为2800mm，设计厚度315mm（未考虑道床板板面横坡及曲线超高）。其结构如图l所示。

1道床

1.1

板裂缝形成原因

    隧道内双块式无砟轨道道床板裂缝产生原因主要可分三类：①结构型裂缝，是由外荷载引起的，包括常规结构计算中的主要应力以及其它的结构次应力造成的受力裂缝：②混凝土收缩裂缝；③温度裂缝。具体原因如下：

    （1）仰拱地基不均匀沉降引起的裂缝

    隧道内仰拱施工过程中，由于仰拱开挖后没及时清理浮石、基底没夯实就浇上混凝土导致仰拱沉降进而引起道床板裂缝。

    （2）不同围岩级别产生不均匀沉降引起的裂缝    ’

    隧道内不同围岩级别对应基底地基承载力不同，仰拱混凝土浇注后产生不均匀沉降引起道床板混凝土开裂。

    （3）工具轨的收缩引起裂缝

    双块式无砟轨道道床板混凝土浇注后若不及时松开钢轨扣件，钢轨的温度变化引起收缩将带动轨枕在新浇混凝土中移动从而产生裂缝。

    （4）混凝土原材料、配合比不合格引起裂缝

    混凝土中砂石骨料含泥羹超标、砂石骨料中碱含量超标、水泥用量过大，搅拌混凝土用水量过大都会引起道床板混凝土产生裂缝。

    （5）混凝土温度裂缝

    混凝土在浇筑后，在硬化过程中，水泥在水化作用中产生大量的热，水化热会导致混凝土内部温度快速上升。内部温度散热慢，外部散热快，从而产生较大的内外温度差，使混凝土产生拉应力，当拉应力超过混凝土的极限抗拉强度时。混凝土表面就会产生裂缝。

    （6）混凝土干缩引起的裂缝

    混凝土在硬化过程中水分逐渐蒸发散失，湿度逐渐降低，混凝土体积减小。称为缩水收缩（干缩）。因混凝土表面层水分散发快，内部散发慢，因此产生表面收缩大，内部收缩小的不均匀收缩。表面收缩变形受到内部混凝土的约束，致使表面混凝土承受拉应力，当表面混凝土承受拉应力超过其抗拉强度时，所产生的收缩裂缝。相对湿度越低，水泥浆体干缩越大。干缩裂缝易产生。

  （7）塑性收缩裂缝

  这种裂缝一般为水泥用量大，养护不及时，未进行二次收浆抹面，混凝土表层水泥砂浆不均匀收缩所导致裂缝产生，短期裂缝较浅，危害不大。但长期在动载的作用下会扩展。

现场隧道内双块式无砟轨道床板裂缝图示：

  （8）施工操作不当引起的裂缝

  现场混凝土施工由于受环境和施工人员操作技能等影响．普遍存在如下情况：浇注混凝土时插入或振捣不当、漏振、过振均会导致裂缝的产生：混凝土养护措施不到位，混凝土早期脱水，引起收缩裂缝；拆模过早或拆除不当引起裂缝。

2预防和减小道床板裂缝的具体措施

    由于道床板混凝土裂缝的产生同时受到多种因素的影响，其质量的控制可从混凝土原材料、施工工序等各个环节实行综合控制，具体措施如下：

    （1）加强对隧道变形观测，并对线下结构沉降进行评估，待沉降变形趋于稳定时施作双块式无砟轨道道床板。消除结构变形引起的裂缝，以减少道床板裂缝。

    （2）控制现浇道床板钢筋混凝土配合比设计，严格按照耐久性混凝土有关要求进行配合比设计。考虑碱骨料反应，在选择混凝土原材料时控制碱含量。避免因碱骨料反应而引起混凝土开裂。减少水胶比．在满足道床板混凝土设计强度情况下。尽量减少水泥用量。尽量选用水化热低的水泥，严格控制砂石集料的含泥置，选用级配良好的砂石集料。在满足混凝土泵送条件下尽量降低混凝土的坍落度。

    （3）道床板浇注应尽量选择在气温较低时进行施工。避免混凝土内外部温差过大。加强混凝土的振捣，振捣捧快插慢拔，避免过振漏振。混凝土浇注完后，应加强多次抹面收光，排除泌水、气泡。施工完应及时覆道床板，及时洒水养护，使混凝土表面呈湿润状态。

    （4）道床板混凝土浇筑后应及时解除螺栓调节器和松开轨道扣件对工具轨的约束．避免钢轨伸缩造成道床板开裂。

    （5）合理设簧道床板伸缩缝间距。

    （6）严格控制混凝土的入模温度。

3道床板裂缝处理

    由于影响道床板开裂的Eq素复杂多变，因此即使在设计和施工上采取了很多有效措施，仍难以彻底避免道床板的开裂，在这种情况下就有必要对道床板裂缝进行修补。

    目前常用的裂缝修补方法有环氧树酯灌注法、表面封闭法、开槽嵌塞法、柔性封闭法。

    （1）树酯灌注法

    环氧树脂是最常用的裂缝灌注材料。树酯具有较高的机械强度，并能抵抗混凝土所遇到的大多数化学侵蚀，树酯可以灌入到0．05mm的裂缝中。

    （2）表面封闭法

    表面封闭法是一种在微细裂缝（宽度一般<0．2mrn）的表面涂膜以提高其防水性及耐久性的方法。是最简单和最普通的裂缝修补方法。通过密封裂缝表面来防止水、化学物质、二氧化碳及其它有害介质的侵入。如表面聚合物侵入封闭法，可采用低黏度的液态树酯涂刷到裂缝袁面上，或者在水平表面上沿裂缝构筑I临时的堤围，使树脂溢于裂缝表面。

    （3）开槽填补法

    开槽填补法适用于结构允许开槽而宽度较大且数量不多的裂缝，此法具有粘结力高。耐久性好等特点。施工做法为：沿裂缝开槽，槽深和宽度约为3～100px，用刷子在槽底和两壁均匀涂刷一层界面处理胶，在界面处理胶尚未硬化前，将拌制好的聚台物水泥砂浆用抹子压入槽中．压实抹平。

  （4）柔性材料法

  对于活动性裂缝，可采用具有微膨胀性材料密封修补。沿裂缝边缘开凹槽并填入适当的柔性材料。

    在对裂缝进行处理前应进行工艺性试验，并遵循粘结性能好（长期耐久性好）和处理后的表观颜色应与原混凝土基本一致的原则。

4结语

    铁路隧道内双块式无砟轨道床板足连续结构，道床板开裂足不可避免的。为确保尤砟轨道达到设计使用寿命，在无砟轨道结构设计和施工中，应给予充分重视，采取严格要求混凝土配合比设计、严格控制砂石水泥原材料质量、控制好混凝土浇注施下过程控制等各种有效预防控制措施减少道床板开裂。当道床板产生裂缝后，应针对不同宽度的裂缝认真研究、区别对待，采用合理的方法进行处理，以保证无砟轨道安全、稳定的工作。