反压成型高聚物注浆材料膨胀特性及其固结体力学性能研究

为深入研究用于高速铁路无砟轨道结构沉降修复的高聚物注浆抬升技术,模拟无砟轨道结构抬升时的重力反压作用,研究反压成型高聚物注浆材料的膨胀特性及其固结体的力学性能,并利用扫描电子显微镜分析固结体的泡孔结构。结果表明:在反压成型条件下,高聚物注浆材料在起发时间以前(0~10s)的膨胀力基本为零,在起发至表干时间(10~20s)其膨胀力迅速增大,在表干时间之后(20s以后)其膨胀力基本趋于稳定;随着高聚物注浆量的增加,高聚物注浆材料的膨胀力增大、其固结体的密度增加、泡孔占有的体积减少、固结体的压缩强度和弹性模量呈线性增长;通过调整高聚物注浆材料的注入量,可以为不同约束阻力的无砟轨道结构提供足够的抬升力;服役中反压成型高聚物注浆材料固结体的受力处于弹性阶段,且固结体的弹性模量与基床表层级配碎石的弹性模量相当,可与级配碎石协同受力。     

运营高速铁路路基无砟轨道抬升注浆材料性能研究

为保证运营线高速铁路路基段沉降无砟轨道抬升用高聚物注浆材料的性能满足工程要求,并确保其不会对环境造成污染,通过系统的疲劳性、耐久性以及浸水后有害离子测试试验对无砟轨道抬升用高聚物注浆材料的抗疲劳性能、耐化学侵蚀、耐老化性等耐久性能和环保性能开展系统研究,并进行工程应用效果验证。研究结果表明:高聚物注浆材料在疲劳荷载作用下残余变形小,具有良好的尺寸稳定性;耐化学侵蚀性和耐老化性优良,强度保持率70%以上,环保性能好,高聚物注浆材料长期埋入地下时不会对环境造成影响;工程实体取样验证表明高聚物注浆材料耐久性能与环保性能均满足设计要求,有效保持了抬升后无砟轨道结构的稳定性。     

高速铁路沉降无砟轨道结构注浆整体抬升修复关键技术

我国部分无砟轨道线路地基、路基的工后沉降量较大,超过扣件的可调整范围,导致线路平顺性无法修复,列车不得不限速行驶。针对这一难题,通过大量的室内缩尺试验、现场实尺模拟对沉降无砟轨道结构注浆抬升用材料、装备和工艺等进行了系统研究。首次在实尺模型的基础上,结合破坏检查试验,对抬升实施效果进行了全面验证,并结合工程实践,形成了无砟轨道结构整体注浆抬升成套技术。该技术采用在级配碎石层注浆的方式,利用注浆压力及注浆材料膨胀力实现轨道结构的平稳抬升,能在不影响线路正常运营的情况下,利用天窗时间对无砟轨道结构进行整体抬升,恢复沉降地段的线路平顺性及扣件系统可调整量。与传统水泥基注浆技术相比,本技术具有施工设备小型轻便、物流简单、组织灵活、精度可控、次生病害少等显著优点。本文从抬升原理、注浆材料、设备工装、施工工艺、技术特点及其现场应用等方面对沉降无砟轨道结构整体注浆抬升关键技术进行了系统介绍,可为我国无砟轨道沉降病害修复与整治提供借鉴。     

高聚物注浆抬升技术在无砟轨道沉降整治中的应用

高速铁路无砟轨道开通运营后出现的路基沉降超标问题,直接影响线路的平顺性。通过对无砟轨道路基沉降整治思路分析,确定了注浆抬升的整治方案。介绍了高聚物注浆的抬升机理、机具配备、施工工艺流程、关键施工要点。工程实践表明,高聚物注浆抬升技术能够实现运营高速铁路无砟轨道结构的精确抬升,恢复沉降地段线路平顺性。     

基于高聚物化学解黏与气垫抬升的渡线道岔无砟轨道结构纠偏修复技术的研究与应用

针对渡线道岔无砟轨道结构发生较大偏移影响了线路平顺性的问题,通过理论分析、试验验证和工程实践,分析了在天窗时间内渡线道岔无砟轨道纠偏修复的技术难点,研究了基于高聚物化学解黏与气垫抬升的渡线道岔无砟轨道结构纠偏修复关键技术、工艺流程以及轨道动态性能同步监测技术。结果表明:底座板与基床表层间黏结系数对纠偏时千斤顶横向顶推力影响显著,黏结系数从0.5逐渐增加到1.0,2.0,5.0时,千斤顶横向顶推力最大值增幅分别为62.1%,144.9%,290.2%;通过高聚物化学解黏与气垫抬升技术相结合,确保了轨道结构与掺水泥级配碎石层的完全脱离,显著降低了底座板与基床表层间的黏结力与摩擦阻力,为纠偏的成功实施创造了条件。该技术实现了天窗时间内对道岔无砟轨道的无损伤纠偏,线形控制良好,线路平顺性改善显著,纠偏修复后道岔无砟轨道动态性能满足动车组高速运行时的安全性和平稳性要求。     

CRTSⅢ型板式无砟轨道路基地段注浆抬升技术

高速铁路无砟轨道施工结束后,路基地段会出现不同程度沉降现象,当无砟轨道高程过低时,超出扣件调整范围的部分可采用注浆抬升技术。从方案选择及施工控制要点方面对无砟轨道高聚物注浆抬升技术进行分析,采用聚氨酯预聚体与固化剂按1:1比例进行注浆,使抬升量达到预定高度,有效解决无砟轨道施工中高程过低问题,为确保无砟轨道安装精度及质量奠定基础。     

双块式无砟轨道机械抬升方案设计及注浆加固效果研究

由路基沉降引起的无砟轨道上部结构过量下沉会严重影响高速铁路线路平顺性,进而降低线路运营安全性及行车舒适性,由于天窗期时间短,选择高效的抬升处置措施是当下高铁运营维护的重难点之一。基于双块式无砟轨道结构安全,通过ABAQUS内嵌的混凝土塑性损伤模型子程序建立无砟轨道有限元模型,进行无砟轨道机械抬升模拟,并与室内实验、现场作业等手段结合,提出一套适用于双块式无砟轨道过量沉降的机械抬升及注浆加固快速修复方法,现场验证其整治效果。结果表明：双块式无砟轨道在支承层底部机械抬升时,抬升点布置间距宜为1 m;抬升时需在千斤顶与路肩接触位置放置30 cm×30 cm的钢垫板,以保证千斤顶与路肩接触位置的地基承载力满足规范要求;单块轨道板单次抬升限值为4 mm,基于此,提出一种新的机械抬升方法：分步抬升法。室内实验表明：采用聚合物改性水泥砂浆作为注浆加固充填材料满足现场施工及长期服役要求;现场抬升及监测结果表明,抬升方案设计合理,线路平顺性恢复良好。研究成果可为类似工程提供参考。     

CRTSⅡ型板式无砟轨道端刺区基础沉降整治对策

CRTSⅡ型板式无砟轨道端刺区的轨道和路基结构特征决定了其在出现基础沉降问题时难以整治。本文从端刺区CRTSⅡ型板式无砟轨道抬升技术难点及既有整治措施的局限性出发,提出了能够充分利用高聚物注浆抬升优势并克服其局限性的端刺区调整砂浆层抬升轨道板方案、相邻常规路基段高聚物注浆抬升方案以及2种方案结合位置一定长度范围内按照不超过2. 5‰的坡度设置顺坡过渡段的综合整治措施。该整治措施已在京津城际铁路CRTSⅡ型板式无砟轨道端刺区基础沉降抬升修复工程进行了实践,效果良好。所形成的技术措施及经验可为我国CRTSⅡ型板式无砟轨道类似病害的养护维修提供借鉴。     

无砟轨道路基聚氨酯碎石联结层力学性质研究

以高速铁路无砟轨道基床聚氨酯胶凝级配碎石联结层为研究对象,针对致密性聚氨酯级配碎石混合料的级配、强度、回弹模量开展试验研究。结果表明:聚氨酯级配碎石的毛体积密度随聚氨酯掺量的增加先增加后减少,而其孔隙率随着聚氨酯的掺量增加逐渐减少,当聚氨酯掺量为8%时,聚氨酯胶凝级配碎石能够达到不透水孔隙率1%～3%的控制指标;另外,随着聚氨酯胶水掺量的增加,混合料的强度和回弹模量得到提高,当达到8%的胶水掺量时,混合料强度和回弹模量趋于稳定,随着温度的增加,混合料的强度和回弹模量下降,且在不同的温度区间敏感度不同,但是远大于同等温度下的沥青混凝土强度;浸水48 h后,混合料强度下降,当掺量达到8%时,强度和回弹模量基本不变,且在不同温度区间下降趋势不同,抗压强度在低温(-30～0℃)和高温(60～80℃)变化幅度较小,而回弹模量在常温下(0～60℃)变化较小。     

高速铁路无砟轨道支承层服役现状及伤损机理

支承层是路基段CRTSⅡ型板式无砟轨道及双块式无砟轨道的重要结构，其服役性能直接关系到无砟轨道结构整体稳定性和高速列车的安全运行。本文介绍了支承层的材料、作用及其性能指标。通过调研不同地区、不同时期建造的高速铁路无砟轨道支承层服役现状，发现个别地区无砟轨道支承层出现不同程度伤损。根据支承层伤损特点划分了支承层伤损类型，分析了环境冻融循环、温度梯度及高速列车动荷载对支承层伤损的影响。对某服役近10年的高速铁路粉化支承层取样测试，结果表明：Ⅲ级粉化支承层抗压强度低于设计强度，支承层总碱含量满足标准要求，水化产物中未发现有害物质，支承层抗冻性不足可能是其粉化的主要原因。     

表观密度对聚氨酯泡沫固化材料力学性能的影响

为深化聚氨酯固化道床的研究,通过调整用水量控制聚氨酯泡沫固化材料的表观密度,研究表观密度对聚氨酯泡沫固化材料拉伸性能、撕裂性能、压缩性能和黏结性能的影响,并利用扫描电子显微镜观察聚氨酯泡沫固化材料的泡孔结构。结果表明:聚氨酯泡沫固化材料的表观密度直接影响其泡孔结构,随着表观密度的增加,泡孔数量及大孔数量均减少,而其拉伸强度、断裂伸长率、撕裂强度、压缩强度均呈线性增加,黏结强度逐渐增大。因此,综合考虑技术性和经济性,对碎石道床承载力和稳定性有更高要求的重载铁路而言,宜采用表观密度为165~200kg·m-3的聚氨酯泡沫固化材料;聚氨酯泡沫固化材料能够与混凝土和道砟石良好黏结,且相同表现密度下聚氨酯泡沫固化材料与混凝土的黏结强度高于其与道砟石的黏结强度。     

整体道床无砟轨道现浇道床板新老混凝土黏结面应力分析

对整体道床无砟轨道现浇道床板新老混凝土黏结面的应力状态进行了热—结构耦合分析,分析结果表明,轨枕结构尺寸对现浇道床板新老混凝土结合面的黏结应力有较大影响,为优化现浇整体道床无砟轨道结构提供了参考。     

列车荷载在双块式无砟轨道中静态传递特征研究

为研究列车荷载在双块式无砟轨道中的传递规律,建立列车荷载静态传递规律精细化分析模型,分析荷载在双块式无砟轨道中的传递路径、范围及影响因素.研究结果表明:荷载在双块式无砟轨道中的传递分为上下2部分,道床板内为荷载扩展区,扩散角为20°左右,支承层内为荷载均化区,荷载分布已较为均匀;荷载传递范围及量值均随动力系数的增加而显著增大;混凝土强度等级增加,荷载扩展区承载范围减小;下部基础为桥梁或隧道时,荷载均化区分布范围更为集中,可以适当提高支承层内混凝土强度、优化宽度来提高轨道结构合理性和经济性.     

高温荷载下植筋加固CRTS Ⅱ型板式无砟轨道变形及损伤规律

采用拉拔试验,研究不同强度等级混凝土基材内销钉与混凝土的黏结应力-滑移本构关系,并将其应用于植筋加固CRTS Ⅱ型板式无砟轨道有限元模型,分析高温荷载作用下植筋加固对无砟轨道变形及损伤的影响规律.结果表明:销钉与混凝土的黏结性能与混凝土强度有关,C30混凝土和C55混凝土试件中销钉与混凝土的黏结应力-滑移本构关系分别可...     

道砟清洁度对聚氨酯固化材料力学性能的影响

采用石粉、煤粉、黏土和机油模拟道砟中的脏污材料,研究脏污材料含量对聚氨酯固化材料与道砟的黏结性能以及固化材料与道砟固结体力学性能的影响,并对黏结界面聚氨酯固化材料的微观形貌进行了分析。结果表明:随着道砟中粉体脏污材料含量的增加,聚氨酯固化材料的黏结强度逐渐降低,粉体脏污材料含量不超过0. 6%时其对聚氨酯固化材料与道砟固结体的力学性能影响不大,与粉体脏污道砟黏结时固化材料的黏结破坏为本体断裂;与粉体脏污材料相比,机油对聚氨酯固化材料黏结性能以及固结体力学性能的影响较大,与油污道砟黏结时固化材料的黏结破坏为界面断裂,且在压缩循环荷载作用下固结体残余变形量较大。综合考虑固化材料的黏结性能、灌注性能和固结体力学性能,道砟中粉体脏污材料含量不宜超过0. 6%,且不宜含有机油。     

高速铁路双块式无砟轨道路基地段结构设计与施工技术研究

为了提高双块式无砟轨道的设计和施工质量,首先对路基地段双块式无砟轨道道床板和支承层的功能定位进行分析,提出连续道床板和分块道床板两种结构设计方案的主要特点和设计要点,并对两种设计方案进行结构受力和配筋计算。然后从抗压强度、结构耐久性、疲劳强度、裂缝控制等要求研究道床板混凝土的强度等级,提出道床板混凝土强度采用C40是足够的,且强度不宜太高。最后结合目前双块式无砟轨道施工和运营经验,提出道床板和支承层在施工过程中应注意的一些问题。     

制动力作用下CRTSⅡ型板式无砟轨道层间剪切破坏规律研究

层间剪切破坏是CRTSⅡ型板式无砟轨道的主要伤损形式之一。根据CRTSⅡ型板式无砟轨道结构,建立钢轨、轨道板、CA砂浆层、支承层、宽窄接缝三维有限元模型,采用双线性黏结滑移模型模拟CA砂浆层与轨道板间的黏结关系,根据轴距和车辆定距确定轮载与制动力加载位置,研究制动力作用下,不同制动力率、界面参数下轨道板和CA砂浆层间剪切破坏的影响机理。结果表明,制动力率对于界面剪切应力与界面伤损分布影响较小,界面的黏结性能对于制动力作用下的界面剪切应力与界面伤损分布影响较大;制动力对扣件四周的轨道板与CA砂浆界面黏结破坏作用较大,对于板中间位置界面黏结基本无影响;相同制动力作用下,起始伤损位移越小,界面越容易发生伤损;过大的剪切刚度会对层间界面的黏结产生不利影响。     

城际铁路弹性支承块式无砟轨道结构优化及检算

为合理控制城际铁路轨道工程投资,针对城际列车轴重轻、编组小的特点,对弹性支承块式无砟轨道进行结构优化设计与检算分析。基于数值分析理论及有限元分析方法,研究隧道内弹性支承块式无砟轨道在设计轮载及现浇混凝土收缩荷载组合下裂缝开展情况,并进行道床板配筋设计及裂缝宽度检算;基于定额测算对比城际铁路与客货共线铁路弹性支承块式无砟轨道的经济性。结果表明:城际铁路弹性支承块式无砟轨道道床板纵向只需配构造钢筋,按照配筋设计检算得出的道床板横向最大裂缝宽度为0.205 mm,小于裂缝容许值;相比于客货共线铁路,城际铁路弹性支承块可降低投资约10%。     

客运专线铁路无砟轨道支承层试验与研究

无砟轨道由于具有较多优点而在客运专线铁路中广泛推广应用,支承层是无砟轨道路基结构的重要组成部分。但由于我国尚无相应的支承层规范标准,有必要进行研究。主要对客运专线无砟轨道支承层材料和配合比进行试验研究,通过分析国外相关资料,从影响支承层开裂的因素进行分析,多次试验比较,选定适合机械摊铺的低塑性混凝土和适合人工摊铺的符合要求的配合比。并成功在武广线进行了施工应用,并为制订支承层规范标准提供依据。     

雪峰山隧道无砟轨道板拱起病害分析与整治

雪峰山隧道上行线无砟轨道板出现拱起病害,主要是由地下水侵入隧底仰拱填充层与无砟轨道垫层间接触面,在列车动载荷及水压力的作用下,接触面间隙扩展扩大,无砟轨道底板受到的总水压力随之加大,导致无砟轨道道床板局部抬升。为抑制隧道基础继续拱起,对拱起段打探测孔减压,在轨道板两侧增设锚杆锚固,再利用探测孔作为注浆孔对仰拱填充层间接触面进行填充注浆。通过整治后持续观测,进口段基础基本稳定,说明整治方案合理,可为同类工程提供参考。