高速铁路双块式无砟道床突发灾害应急处置及效果评价.pdf

第 63 卷 第 9 期2023 年9 月铁道建筑Railway EngineeringVol.63 No.9September 2023文章编号：10031995（2023）09000504高速铁路双块式无砟道床突发灾害应急处置及效果评价谭丙磊中国国家铁路集团有限公司 运输调度指挥中心，北京 100844摘要 双块式无砟道床突发灾害主要有火灾、地震、水害、撞击等。针对各种突发灾害损伤给出了相应的应急处置措施，并提出动态静态相结合的双块式无砟道床突发灾害损伤修复效果评价方法。高速铁路双块式无砟道床突发灾害损伤修复后，先进行人工观测、无损检测、抽样检测和轨道线形测量，并给出各种检测方法的评价标准；然后对动车组通过修复区段时轨道结构动力学性能指标进行检测，依据规范进行评价。经贵广客运专线（贵阳广州）现场应用，该修复效果评价方法可靠，可用于实际工程。关键词 高速铁路；试验研究；双块式无砟道床；突发灾害伤损；应急处置；效果评价中图分类号 U213.2+44 文献标识码 A DOI：10.3969/j.issn.10031995.2023.09.02引用格式：谭丙磊.高速铁路双块式无砟道床突发灾害应急处置及效果评价 J.铁道建筑，2023，63（9）：58.双块式无砟轨道应用广泛，服役环境复杂。遇到极端气候和突发灾害时，无砟道床有可能被严重破坏，影响高速铁路正常运营。国内外学者对无砟轨道病害产生原因、检测方法、整治技术等进行了研究。朱星盛1提出基于轨面高低变化量、钢轨和轨道板高差变化量的轨道板上拱评估方法。杨萃娜等2针对无砟轨道底座板后浇带病害问题，提出了基于冲击弹性波的无损检测方法。温浩等3提出了一种针对运营期无砟轨道支承层斜裂病害整治效果快速评价技术,即通过实时监测轨道动力学安全参数和整治前后支承层与砂浆层结合状态,对整治技术的安全性和有效性进行评价。黄传岳等4以对运输效率的影响最小化、作业效率最大化为原则，提出钢垫梁临时支撑、伤损支承层修复、轨道板复位、砂浆层灌注的作业方案。田科宏等5以大西高速铁路的裂缝伤损和郑西高速铁路的离缝伤损为例，系统总结了无砟轨道混凝土伤损的危害和形成原因，提出了修复方案。姜子清等6对无砟轨道砂浆层离缝的伤损特征进行研究，提出砂浆层与轨道板黏结失效等工况的检查方法。杨荣山等7针对双块式无砟轨道枕边裂缝问题分析得出，列车运行速度是裂缝疲劳寿命的关键影响因素。刘峰等8通过数值模拟，分析了温度荷载作用下接缝伤损程度等因素对轨道上拱变形及受力的影响规律。王宁等9提出了一种多尺度多任务的伤损智能识别算法，提高了无砟道床表观伤损检测系统的检测精度和准确率。既有研究均未全面考虑极端气候和突发灾害引起的无砟道床伤损甚至断道情况，双块式无砟道床突发灾害伤损应急处置技术及修复后效果评价仍处于空白。本文先介绍双块式无砟道床突发灾害类型和伤损应急处置技术，然后从静态和动态两个方面给出各种灾害伤损修复后效果检测方法和评价标准。1 双块式无砟道床突发灾害伤损应急处置措施双块式无砟道床突发灾害类型主要分为火灾、地震、水害、撞击等。根据双块式无砟道床突发灾害伤损形式及其影响，提出相应的应急处置措施，见表1。表1突发灾害类型、伤损形式及应急处置措施突发灾害类型火灾地震水害撞击伤损形式混凝土裂缝、混凝土剥落、内部钢筋伤损、道床结构变形过大、轨枕抗拔力下降无砟道床裂缝、挡肩缺损、轨道几何变形超限、关键结构部件失效无砟轨道上拱、偏移及下部脱空挡肩严重缺损、扣件失效应急处置措施更换失效扣件，通过扣件调整轨道平顺性，安装轨距拉杆加固钢轨，重新浇筑无砟道床修补连续轨枕挡肩缺损，更换失效扣件，通过扣件调整轨道平顺性，安装轨距拉杆加固钢轨，重新浇筑无砟道床通过扣件调整轨道平顺性，临时支撑无砟道床下部脱空部位修补挡肩缺损，更换失效扣件收稿日期：20221227；修回日期：20230423基金项目：中国国家铁路集团有限公司科技研究开发计划（N2020G049）作者简介：谭丙磊（1982），男，高级工程师，硕士。E-mail：。铁道建筑第 63 卷2 双块式无砟道床突发灾害伤损修复效果评价2.1静态检测2.1.1检测方法及内容1）人工观测。人工查看修复后的无砟道床是否出现次生病害、整治材料伤损等情况，评价无砟道床外观质量。对重点伤损区段、修补位置及更换后的关键部件拍摄图像，伤损部位采用裂缝比例卡、量尺等工具记录裂缝与离缝的长度和宽度、缺损长度和深度等。2）无损检测。采用回弹法、冲击回波法和超声波法对修复后无砟道床表面强度、层间黏结状态等伤损修复效果进行检测。采用回弹仪对修复后的无砟道床板、底座板或支承层的强度进行检测。具体方法参照 JGJ/T 232011 回弹法检测混凝土抗压强度技术规程。采用冲击回波法对无砟道床离缝或空洞填充效果进行检测。采用MRA1041型超声波无损检测仪对道床板、底座板与支承层浇筑后混凝土内部缺陷进行检测。该检测仪采用单向回声技术，由10个传感器组成信号收发装置（图1）。传感器探头采用耐磨陶瓷材料，无需界面耦合剂，可直接对混凝土面进行测量。由于每次检测结果以三维图像呈现，因此正式测量前须对被测面进行网格划分。3）抽样检测。针对重点区段或部位，进行钻芯取样、螺栓抗拔力试验及轨枕挡肩极限承载力试验，对伤损修复后无砟道床关键结构或部位的力学性能进行检测。钻芯取样对更换的道床板、底座板及支承层混凝土钻芯取样，芯样数量一般不低于3个，直径10 mm，高度与更换后的道床板、底座板及支承层等高。按照CECS032007 钻芯法检测混凝土强度技术规程 中的试验方法测试芯样抗压强度。预埋套管抗拔力试验依据 TB/T 3396.72015 高速铁路扣件系统试验方法 第7部分：预埋件抗拔力试验 对双块式轨枕预埋套管进行抗拔力试验。依据 TB/T 32972013高速铁路岔区轨枕埋入式无砟轨道混凝土岔枕 对岔枕预埋套管进行抗拔力试验。轨枕挡肩极限承载力试验对严重受损区段轨枕挡肩进行极限承载力试验，修补后挡肩的检测数量不低于总修补数量的 10%。试验方法及设备按照国家专利 挡肩强度测量装置10进行。4）轨道线形测量。采用安博格、轨检小车等绝对测量设备，测量伤损修复后无砟轨道的平面线形和高程数据；采用相对测量小车检测轨距、水平、高低等轨道静态几何尺寸。2.1.2合格标准无砟道床突发灾害伤损修复效果的合格标准见表2。2.2动态测试2.2.1测试内容及方法突发灾害发生后，需要通过测试钢轨位移、轮轨力等，判定无砟轨道结构的稳定性和列车运行的安全性。采用应变式位移计测试钢轨位移。位移计在实验室进行标定，并采用塞尺在测试现场校核，通过现场安装测试钢轨垂向、横向位移。轮轨垂直力测试装置采用垂向力标定架现场标定，并根据动车组以5 km/h图1超声波无损检测原理表2伤损修复效果合格标准检测方法人工检测无损检测抽样检测轨道线形测量检测项目外观混凝土表面强度离缝或脱空灌注饱满度混凝土内部空洞芯样抗压强度抗拔力轨枕挡肩极限承载力平面线形和高程轨距、水平、高低、轨向、扭曲、轨距变化率质量要求修复后的轨枕、道床板、底座板及支承层外观质量良好，无明显开裂、离缝、缺损等伤损不低于设计值未灌注饱满的离缝或脱空最大面积不大于100 cm2，且未灌注饱满的离缝或脱空面积占比不大于10%混凝土内部无明显空洞不低于设计值双块式轨枕抗拔力达到 60 kN 且保持 3 min，岔区轨枕抗拔力达到100 kN且保持3 min不低于45 kN满足设计要求满足达速通车轨道静态几何尺寸要求6第 9 期谭丙磊：高速铁路双块式无砟道床突发灾害应急处置及效果评价速度通过测点时的数据进行准静态标定和校核。轮轨横向力测试装置采用水平力标定架现场标定。根据 TB/T 24892016 轮轨横向力和垂向力地面测试方法 要求，在钢轨上粘贴应变片，采用剪应力法测试动车组以不同速度通过轨道结构中测点时轮轨横向力和垂向力，据此计算动车组内外轮脱轨系数、轮重减载率、轮轨横向力等指标。2.2.2评定指标限值根据TB 107612013 高速铁路工程动态验收技术规范 对无砟轨道动力学性能进行评定。各指标限值见表3。其中：P0为静轮重。3 工程应用 2022年6月4日，列车脱轨对贵广客运专线榕江站无砟轨道螺旋道钉、预埋套管、轨枕挡肩等造成严重伤损。灾害发生后，采用上述应急处置技术对受损区段进行了修补，并对修复效果进行静、动态检测和评价。3.1静态检测针对轨枕伤损形式，静态检测主要采用抗拔力试验与轨枕挡肩极限承载力试验评价修复效果。1）抗拔力试验依据抗拔力试验要求，对双块式轨枕预埋套管进行抗拔力试验。根据试验结果，按照表2中的质量要求对修复效果进行判定。经统计，修补区段未改锚预埋套管115个，改锚预埋套管22个，均满足抗拔力要求。同时对5号道岔的3根伤损较严重的轨枕预埋套管进行抗拔力试验，其中 1 根预埋套管抗拔力为53 kN，不满足抗拔力要求。建议对伤损岔枕的预埋套管进行改锚。2）轨枕挡肩极限承载力试验根据现场检测需要，按照轨枕挡肩缺损面积将轨枕挡肩缺损划分为四个等级：级（缺损面积小于1/4）；级（缺损面积1/4 1/2）；级（缺损面积1/2 3/4）；级（缺损面积大于3/4）。对不同缺损等级的已修补轨枕挡肩进行极限承载力试验，结果见表4。根据贵广客运专线联调联试测试数据，最大轮轨力约22.2 kN。由表4可知，不同伤损等级轨枕挡肩修补后极限承载力均高于联调联试实测的最大轮轨力。3.2动态检测根据轨道结构特点，选择在上行线 K102+147、K102+137，下行线 K102+147、K102+160 处布置测点。伤损修补后动车组通过测点时各项动力学性能指标最大值见表5。结合表3可知：脱轨系数、轮重减载率、轮轨横向力、钢轨位移均小于其限值，满足规范要求。4 结论 1）双块式无砟道床突发灾害主要包括火灾、地震、水害、撞击等，针对各种突发灾害伤损提出了相应的应急处置措施。2）修复效果静态检测主要包括人工观测、无损检测、抽样检测和轨道线形测量。人工观测检查无砟道床修复外观质量；无损检测包括回弹法、冲击回波法和超声波法；针对重点区段或位置，进行抽样检测；采用绝对测量设备检查修复后无砟轨道平面线形和高程是否满足设计要求，采用相对测量小车检测轨距、水平、高低等轨道静态几何尺寸。针对各种检测方法给出了相应的评价标准。3）高速铁路双块式无砟道床突发灾害伤损修复后，对动车组通过时修复区段轨道结构动力学性能指标进行检测，并依据TB 107612013对修复效果进行评价。表3动力学性能指标限值钢轨横向（垂向）位移/mm2.0脱轨系数0.8轮重减载率0.8轮轨横向力/kN10+P0/3轮轨垂直力/kN170表4已修补轨枕挡肩极限承载力试验结果伤损等级级级级级位置右股外侧右股内侧右股内侧右股外侧右股外侧右股外侧右股内侧右股外侧轨枕号407410861704476104242526110极限承载力/kN 70.070.3 70.053.0 70.050.7 70.068.3 50.0 50.0 50.054.9表5动力学性能指标最大值测试结果测点位置上行线下行线K102+137K102+147K102+147K102+160动力学性能指标脱轨系数0.180.180.190.17轮重减载率0.210.330.230.20轮轨横向力/kN14.413.415.118.2钢轨垂向位移/mm0.800.970.660.73钢轨横向位移/mm0.450.510.490.677铁道建筑第 63 卷4）经在贵广客运专线榕江站无砟轨道伤损区段应用，本文所提出的动态静态相结合的双块式无砟道床突发灾害伤损修复效果评价方法可靠适用。参考文献1 朱星盛.连续式无砟轨道上拱评估方法 J.铁道建筑，2022，62（5）：27-31.2 杨萃娜，凌海东，赵磊，等.CRTS型板式无砟轨道后浇带无损检测技术 J.铁道建筑，2021，61（11）：109-112.3 温浩，易忠来，涂英辉，等.CRTS型板式无砟轨道支承层斜裂病害整治效果评价 J.铁道建筑，2021，61（5）：129-133，155.4 黄传岳，李传勇，谭社会，等.基于钢垫梁的CRTS型板式无砟轨道支承层修复技术研究 J.铁道科学与工程学报，2019，16（2）：287-293.5 田科宏，梁军辉.高速铁路无砟轨道不同类型混凝土伤损修复研究 J.中国建筑防水，2017（2）：31-34.6 姜子清，施成，赵坪锐.CRTS型板式无砟轨道砂浆层离缝检查及伤损限值研究 J.铁道建筑，2016，56（1）：53-58.7 杨荣山，胡猛，孔晓钰，等.双块式无砟轨道枕边裂缝水力伤损特性 J.铁道学报，2022，44（2）：81-89.8 刘峰，李海燕，李杨，等.纵连板式无砟轨道上拱变形与伤损分析 J.国防交通工程与技术，2021，19（6）：9-12.9 王宁，柴雪松，暴学志，等.无砟道床表观伤损智能识别算法研究 J.铁道建筑，2022，62（4）：22-26，63.10 杜香刚，刘伟斌，王继军，等.挡肩强度测量装置：ZL 2016 2 1167423.3 P.2017-08-08.Emergency Response and Effectiveness Assessment of Sudden Disasters on Doubleblock Ballastless Track Bed in High Speed RailwayTAN BingleiTraffic Control and Command Center，CHINA RAILWAY，Beijing 100844，ChinaAbstract Double-block ballastless track systems are vulnerable to unforeseen disasters such as fires，earthquakes，floods，and collisions.This study offers tailored emergency response strategies for mitigating damage caused by various sudden disasters and introduces an integrated dynamic and static evaluation method to assess the effectiveness of repairing double-block ballastless track systems in the aftermath of such events.Following the restoration of sudden disaster-induced damage on double-block ballastless track systems in high speed railway，comprehensive assessment process is employed.This process includes manual observations，non-destructive testing，sample inspections，and track alignment measurements，each with specified evaluation criteria.Additionally，the dynamic performance indicators of the track structure are evaluated during the passage of high speed trains through the repaired section，adhering to established standards.Field-tested on the Guiyang-Guangzhou passenger dedicated line，the proposed evaluation method for repair effectiveness has demonstrated its reliability and practical applicability for real-world engineering projects.Key words high speed railway；experimental study；double-block ballastless track bed；sudden disasters；emergency response；effectiveness assessmentCitation format：TAN Binglei.Emergency Response and Effectiveness Assessment of Sudden Disasters on Double-block Ballastless Track Bed in High Speed Railway J.Railway Engineering，2023，63（9）：58.（编辑：葛全红 校对：刘莉）8