王 涛，何建平，南 阳,吴韶亮，王 鑫

(1.中国铁道科学研究院集团有限公司 金属及化学研究所，北京 100081；2.中国铁路南昌局集团有限公司 南昌西工务段，江西 南昌 330100；3.北京中铁科新材料技术有限公司,北京 100015)

CRTSⅠ型板式无砟轨道具有结构简单、施工维修方便等特点[1-3]，在我国高速铁路建设中应用广泛，哈大、沪宁、宁安等高速铁路全线[4-6]以及沪昆高速铁路赣江特大桥等特殊地段均使用该轨道结构型式。由于环境温度、施工等因素影响，轨道板四角底部与砂浆层局部区域出现离缝。离缝是板式无砟轨道特有的现象，也是引起板式无砟轨道结构不平顺的原因之一[7-9]。在运营阶段，严重离缝会引起轨道板反复“拍打”充填层，导致充填层或轨道板损伤，最终影响轨道结构安全[10-12]。因此，深入研究轨道板离缝成因及治理措施，对确保轨道结构耐久性与安全性具有重要意义。

本文结合我国东北一高速铁路CRTSⅠ型板式无砟轨道结构，通过红外线测温仪、温度传感线连续测试不同部位温度，采用电子水准仪、百分表等对板面高程、充填层砂浆横向和竖向变形、板角与砂浆层离缝等指标进行24 h以上连续测试，分析总结离缝成因并提出相应的治理措施。

1 试验方法

选取的CRTSⅠ型无砟轨道板均采用同一种CA砂浆配合比，砂浆和凸台树脂灌注完成约28 d以上，测试时间为8月(铺轨之前)。每块轨道板上测点的布置如图1所示，其中1，4，5，8号测点位于板角附近，9号测点位于板面中心。

图1 测点布置示意

温度传感线布置于轨道板板面中心、板底中心及板角部位，板底温度传感线于灌浆前固定，固化后连续采集。采用电子水准仪、百分表(放置于板面四角位置)测试板面高程变化，百分表测试充填层CA砂浆横向和竖向变形，塞尺测试缝隙厚度，钢板尺测试离缝插入深度。

2 试验结果分析

2.1 不同部位温度变化

图2 轨道板不同部位温度及温度差

当天预报气温为23～35 ℃。轨道板不同部位温度测试周期为24 h，测试所得温度数据见图2。可知，测试周期内板面、板底温度均随时间呈现周期性变化规律，夜间低、白天高;在夜晚和无太阳的清晨，轨道板上表面的温度低于下表面，白天阳光下，轨道板上表面温度高于下表面；板底昼夜温差变化幅度约为5.1 ℃；板面昼夜温差变化幅度约为21.4 ℃，明显高于板底温差；板底温度峰值滞后于板面温度峰值。

白天11:00～13:00时，轨道板在阳光直射下，轨道板上下表面温差达到最大，板中的最大温差为16.8 ℃，四角部位最大温差为13.5 ℃。温差曲线显示板中、板角位置上下表面温差变化规律较为一致，板中位置温差大于板角位置温差的幅度不超过4 ℃。

2.2 采用电子水准仪测得的板角高程变化

采用电子水准仪测量轨道板板面四角的高程。以板面中心点为基准，采用板面四角相对其高程变化量绘制曲线，见图3。

图3 板面四角高程变化量

由图3可知，轨道板板面四角相对高程随时间呈现大致相同的波动变化规律。相对板面中心点高程，板角在夜间翘起明显，在20:00～06:00时板角相对中心高程最大差值约1.1 mm，表明轨道板在夜间呈翘曲变形。

结合图2温度曲线分析可知，测试周期内随着日出日落，环境温度发生规律性变化，混凝土轨道板沿厚度方向存在温度梯度，当板面温度高于板底温度时，板顶出现拉应力，轨道板四角下弯，中部上拱；当板面温度低于板底温度时，板底出现拉应力，四角向上翘曲，中部下凹。

2.3 采用百分表测得的板角高程变化

采用百分表测量轨道板板面四角高程，其随时间的变化结果见图4。

图4 板面四角高程变化量

由图4可知，板角的4个百分表测试数值波动较小，规律明显，随环境温度而变化。板角在夜间向上翘曲，虽然各角上翘值略有差异，但各点同步变化，板角上翘峰值约1.61 mm，大约出现20:00～06:40时。图4与采用电子水准仪的图3变化规律基本一致，但在具体时间和高程变化值上略有差异。

2.4 板角离缝变化

板角离缝包括板底与砂浆层间离缝厚度和离缝深度2方面内容。采用塞尺测量板角离缝厚度；按现行技术标准，采用钢板尺插入深度表征板角离缝深度。两者随时间的变化曲线见图5、图6。

图5 板角离缝厚度随时间变化曲线

图6 板角离缝深度随时间变化曲线

由图5可知，板角离缝厚度在夜间变大，22:30～06:40时出现峰值厚度1.75 mm。由图6可知，板角离缝深度在夜间变大，02:00～06:00时出现峰值49 mm，符合验收标准，初始离缝深度33 mm，离缝变化量16 mm。

塞尺测试离缝厚度和钢板尺测试离缝深度的变化规律，均表明板角离缝最大值出现在夜间，与图3、图4中板角高程夜间增大规律一致。

2.5 充填层CA砂浆变化

轨道板四角与充填层砂浆间的离缝变化除考虑上述轨道板变形的影响外，还需考虑充填层砂浆变形随温度的变化规律。图7为采用百分表测量板边砂浆横向和竖向变形，测量结果见图8。

图7 百分表测量砂浆变形

图8 砂浆变形测量结果

结合图2，由图8可以看出，充填层砂浆横向和竖向变形量随温度波动而变化，遵循热胀冷缩规律，在21:00～9:30时，其横向和竖向变形量均最大，横向约0.04 mm，竖向约0.02 mm，远低于板角高程变化量。因而，由温度变化引起的砂浆变形对板角离缝的影响可以忽略。

上述研究表明，轨道板上下温差引起翘曲变形，进而导致板角离缝产生，板角离缝与充填层砂浆热胀冷缩关系不大。因此在实际轨道板铺设施工时，根据轨道板翘曲规律，可选择夜间或昼夜温差小的季节进行充填层砂浆灌注施工，可减缓轨道板四角离缝产生。

2.6 整治措施

板角离缝值超标是无砟轨道需要整治的病害之一，对此普遍采用夜间天窗时间注浆的方式进行离缝治理。经线路运营验证，天窗时间离缝注浆整治效果良好。但天窗时间注浆整治时，需要等待注浆材料固化形成一定强度，大约占用2 h左右，因而实际可注浆操作的时间较短，有必要探索一种快速整治措施。

图9 测试试样

图10 晴天温度变化

图11 阴天雨天温度变化

3 结论

1)轨道板板面与板底存在交替性温度梯度是导致轨道板产生周期性变形的主要原因，轨道板板面高程随时间呈现大致规律的波动变化，相对板面中心点高程，板角在夜间翘起明显。

2)塞尺测试离缝厚度和钢板尺测试离缝深度的变化规律基本一致，4个板角的离缝厚度与离缝深度在夜间增大，4个板角的高程同步变化。

3)充填层砂浆横向和竖向变形遵循热胀冷缩规律，横向最大变形量约0.04 mm，竖向最大变形量约0.02 mm，相比板角翘曲变形，充填层砂浆变形对板角离缝的影响可以忽略。