【正文】 由于各種原因, 道床板(軌道板)、混凝土支撐層 (底座)及基床表層(級(jí)配碎石層)各層間可能存在空隙、與表層裂縫貫穿的空隙、混凝土層內(nèi)不密實(shí)、支承層破裂等主要病害(缺陷)問(wèn)題。施工過(guò)程中, 鋪筑上層混凝土結(jié)構(gòu)時(shí)未能對(duì)下層混凝土表面進(jìn)行充分鑿毛、浮渣去除或粉塵清除、上下層混凝土施工間隔較長(zhǎng)(尤其相隔冬夏)、混凝土欠或過(guò)搗固等問(wèn)題, 使得混凝土層間在列車高速荷載沖擊振動(dòng)下發(fā)育產(chǎn)生病害[ 4] 。設(shè)計(jì)過(guò)程中, 配筋粗細(xì)、間距、混凝土強(qiáng)度等原因促使產(chǎn)生的裂紋、裂縫等[ 5] , 由于技術(shù)因素可能發(fā)育成為上下貫穿裂縫并進(jìn)一步引發(fā)層間病害。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查、探測(cè), 對(duì)高速鐵路無(wú)砟軌道中的主要病害類型及其原因進(jìn)行了初步總結(jié), 見表1。對(duì)于病害發(fā)生的部位、類型及原因的充分了解, 有助于了解問(wèn)題的實(shí)質(zhì)并據(jù)此做針對(duì)性檢測(cè)。表31 高速鐵路無(wú)砟軌道中的主要病害類型及其原因病害部位 病害類型 可能原因 發(fā)展結(jié)果 道床板表面 裂縫 設(shè)計(jì)配筋與施工質(zhì)量等 上下貫穿裂縫道床板內(nèi)部 不密實(shí)、空隙、空洞 施工搗固不均等 承載力過(guò)低、道床板破裂 鋼筋異常 配筋大小不一或錯(cuò)位 道床板承載力不均、破損道床板與 空隙、脫空 鑿毛、去渣、干縮、道床板裂縫等 承載力過(guò)低、道床板破裂、支 支撐層間 抗剪銷釘缺失 未做抗剪銷釘 撐層破裂、道床板撓曲 變形、 層間空隙、道床板破裂支撐層表面 空隙、起伏 找平或道床板下部破壞摩擦引發(fā) 道床板、支撐層整體破損、破裂支撐層表內(nèi)部 空隙、不密實(shí)、破裂 搗固不均、異物摻雜等 支撐層破損、破裂級(jí)配碎石 下沉 地基下沉等 道床整體下沉、破損等雙塊軌枕周邊 空隙、裂縫 搗固不均、干縮等 道床板裂縫等針對(duì)無(wú)砟軌道質(zhì)量缺陷檢測(cè), 包含地質(zhì)雷達(dá)法、瞬變電磁法、混凝土鋼筋探測(cè)儀法、超聲回彈法在內(nèi)的多種方法可供考慮。然而, 針對(duì)無(wú)砟軌道中出現(xiàn)的混凝土結(jié)構(gòu)層間裂隙、層內(nèi)不密實(shí)或空隙、各混凝土層的破損或破裂及鋼筋缺失和錯(cuò)位此類病害(缺陷) , 根據(jù)混凝土軌道內(nèi)部配筋密度, 天窗點(diǎn)限制及對(duì)病害準(zhǔn)確定位的檢測(cè)要求, 采用地質(zhì)雷達(dá)法是開展該項(xiàng)檢測(cè)的最佳方法。地質(zhì)雷達(dá)法是一種地球物理探測(cè)方法, 它通過(guò)發(fā)射器向地下連續(xù)發(fā)射脈沖式高頻電磁波, 電磁波向下傳播過(guò)程中, 遇到有電性差異的界面或目標(biāo)體(介電常數(shù)和電導(dǎo)率不同)時(shí)會(huì)發(fā)生反射和透射。接收器接收并記錄在某界面或目標(biāo)體( 介電常數(shù)和電導(dǎo)率不同)上反射回來(lái)的反射波。根據(jù)記錄到的反射波的到達(dá)時(shí)間, 電磁波在該介質(zhì)中的傳播速度, 可以確定界面或目標(biāo)體的深度, 根據(jù)反射波的形態(tài)、強(qiáng)弱及其頻率特征等組合特征可以進(jìn)一步判定目標(biāo)體的形態(tài)和性質(zhì)[ 6] 。如圖32所示。圖32 地質(zhì)雷達(dá)探測(cè)原理示意檢測(cè)主要依據(jù)!高速鐵路設(shè)計(jì)規(guī)范A ( TB106212009 J971 2009)、!新建時(shí)速200~ 250 km 客運(yùn)專線鐵路設(shè)計(jì)暫行規(guī)定A (鐵建設(shè)[ 2005] 140號(hào))實(shí)施。地質(zhì)雷達(dá)參數(shù): 雷達(dá)主機(jī)為美國(guó)GSS I公司的SIR20主機(jī), 開雙通道。 天線為與S IR20 配套的900M天線。 采集時(shí)窗分別為, 15 ns與30 ns。 采樣點(diǎn)數(shù)為2 048點(diǎn)。檢測(cè)速度, 3 km /h。15 ns時(shí)窗, 主要考慮對(duì)45 cm 左右深度范圍內(nèi)病害的檢測(cè), 能夠有限識(shí)別出道床板、軌道板內(nèi)諸如空隙、鋼筋、含水等病害。30 ns時(shí)窗, 主要考慮對(duì)15m 深度范圍內(nèi)病害的檢測(cè), 能夠有效檢測(cè)出支撐層內(nèi)部、支撐層與級(jí)配碎石間的病害(缺陷)。 正常的無(wú)砟軌道正常的無(wú)砟軌道, 鋼筋混凝土道床板(軌道板)、素混凝土支撐層( CA 砂漿層)與級(jí)配碎石(路基基床表層)分層性特征明顯, 層間特征反射面光滑、平整。 道床板內(nèi)部鋼筋反應(yīng)清晰明顯, 鋼筋粗細(xì)及位置均一,表現(xiàn)在地質(zhì)雷達(dá)圖像上為形態(tài)相似的強(qiáng)反射區(qū)點(diǎn)(圖33中標(biāo)識(shí))。圖33中已用黑色框線清楚標(biāo)示出各層結(jié)構(gòu)范圍及鋼筋反射特征。在該圖中, 各結(jié)構(gòu)層內(nèi)除鋼筋強(qiáng)反射外, 無(wú)強(qiáng)烈反射位置, 表征層內(nèi)密實(shí)程度較好, 無(wú)不密實(shí)、空隙及空洞存在。 各層間反射同相軸較均一, 未見強(qiáng)烈反射, 表征道床板與支撐層, 支撐層與級(jí)配碎石層間接觸良好, 無(wú)空隙或破損起伏。圖33 正常的無(wú)砟軌道典型檢測(cè)圖像 道床板與支撐層間病害道床板施工過(guò)程中, 由于未能對(duì)下層支撐層表面進(jìn)行充分鑿毛、浮渣去除、粉塵清除或兩層施工間隔較長(zhǎng)(尤其相隔冬夏)等原因, 混凝土在干縮與長(zhǎng)期高速荷載沖擊振動(dòng)下, 導(dǎo)致道床板與支撐層間產(chǎn)生明顯空隙或脫空現(xiàn)象。由于搗固不均或?qū)娱g空隙發(fā)展, 致使素混凝土( CA 砂漿)層發(fā)生磨損、破損并表現(xiàn)為層面裂損、起伏。道床板與支撐層間空隙、裂縫的存在, 會(huì)加速道床板混凝土(垂向)裂縫的發(fā)育, 并最終兩者貫通。道床板與支撐層間空隙與垂向裂縫的貫通, 使得降水在空隙中積聚且由于周邊封閉無(wú)法排出。圖34中, 展示了道床板與支撐層間的空隙、空隙含水及支撐層的磨(破)損起伏。圖34 道床板與支撐層間的空隙及支撐層起伏 道床板內(nèi)部病害由于混凝土施工質(zhì)量或施工過(guò)程中搗固不到位或搗固不均與裂縫發(fā)育等多種原因, 道床板上下兩層鋼筋網(wǎng)內(nèi)部、下層鋼筋與支撐層間混凝土常形成欠密實(shí)區(qū)域。在高速荷載沖擊振動(dòng)之下, 欠密實(shí)區(qū)域多發(fā)展成為空隙或空洞, 形成道床板內(nèi)部的病害。圖35即是該種病害對(duì)應(yīng)的典型圖像, 圖中橢圓形虛線圈圈定的強(qiáng)反射區(qū)域即為道床板內(nèi)空隙病害。圖35道床板內(nèi)部空隙或不密實(shí)探測(cè)典型圖像對(duì)于鋼筋混凝土道床板或鋼筋混凝土底座, 在配筋過(guò)程中, 常有配筋上缺陷: 配筋大小不一、配筋密度不夠、配筋位置發(fā)生錯(cuò)位。這都影響著鋼筋混凝土層的承載力和位置形態(tài), 進(jìn)而影響軌道的承載能力和平順性。圖36展示了某處客運(yùn)專線道床板上的配筋異常, 主要是左右段配筋粗細(xì)不一。圖36 道床板中的配筋異常(CA砂漿層)裂損雙塊式無(wú)砟軌道中的支撐層為素混凝土層, 板式無(wú)砟軌道中的CA 砂漿層為素水泥乳化瀝青砂漿層皆無(wú)配筋。相對(duì)于鋼筋混凝土構(gòu)件, 在高速荷載沖擊振動(dòng)下, 無(wú)配筋混凝土或砂漿結(jié)構(gòu)更易發(fā)生裂損破壞。尤其在混凝土搗固不均區(qū)域, 破損常有發(fā)生。圖37即是對(duì)某雙塊式無(wú)砟軌道段檢測(cè)得到的支撐層裂損典型圖像, 如圖中黑色橢圓虛線圈定強(qiáng)反射區(qū)域。圖37 支撐層破裂損壞探測(cè)典型圖像 結(jié)論由于高速鐵路無(wú)砟軌道病害在國(guó)內(nèi)大規(guī)模投入使用時(shí)間尚短, 對(duì)于其病害(缺陷) 的檢測(cè)經(jīng)驗(yàn)尚少, 本工作是嘗試性和驗(yàn)證性的。根據(jù)對(duì)無(wú)砟軌道病害(缺陷)的檢測(cè), 分析, 可得出以下結(jié)論:1）利用地質(zhì)雷達(dá)法, 能夠采用相關(guān)技術(shù)手段對(duì)雙塊式與板式無(wú)砟軌道中的主要病害進(jìn)行準(zhǔn)確、快速、無(wú)損檢測(cè)。 檢測(cè)結(jié)果能夠準(zhǔn)確反映病害所發(fā)育的深度、范圍及規(guī)模。 在目前各種檢測(cè)手段中最為快捷、準(zhǔn)確、方便。2）快速、準(zhǔn)確的檢測(cè)結(jié)果的獲得, 必須結(jié)合對(duì)病害發(fā)生的機(jī)理、部位、特征等條件的分析, 具體情況具體對(duì)待。3）地質(zhì)雷達(dá)檢測(cè)能夠有效揭示確認(rèn)軌道板、道床板中的不密實(shí)、空隙等病害(缺陷) 。4）對(duì)各主要病害的準(zhǔn)確, 快速, 無(wú)損檢測(cè)可以有效指導(dǎo)對(duì)病害的整治處理。 5）已獲得的典型病害圖像, 為嘗試建立病害快速檢測(cè)系統(tǒng)增加樣本數(shù)據(jù)與圖像特征。對(duì)于客運(yùn)專線無(wú)砟軌道病害的檢測(cè), 尚處于初始階段, 需要投入更多的關(guān)注與時(shí)間。為維護(hù)客運(yùn)專線的長(zhǎng)期正常運(yùn)營(yíng), 積極主動(dòng)的檢測(cè)工作亟待開展。4高速鐵路線路養(yǎng)護(hù)維修新干線取消了傳統(tǒng)意義的線路大修、線路中修、綜合維修等修程，而是根據(jù)軌道部件的使用狀態(tài)，分不同的周期對(duì)軌道部件進(jìn)行單項(xiàng)更換或修理。具體分為大規(guī)模修理施工和小規(guī)模修理施工兩種。主要包括更換鋼軌、抽換軌枕、清篩更換道床、更換道岔和更換鋼軌伸縮調(diào)節(jié)器等作業(yè)，其修理周期如下：1）更換鋼軌：當(dāng)60kg／m鋼軌磨耗量超過(guò)13mm或通過(guò)總重超過(guò)8億噸安排更換。2）清篩更換道床：一般1l～12年清篩更換一次。3）更換道岔及鋼軌伸縮調(diào)節(jié)器：原則上與更換直線鋼軌同步。但實(shí)際上由于結(jié)構(gòu)復(fù)雜，易于折損，其更換周期比鋼軌的更換周期要短。4）抽換軌枕結(jié)合更換鋼軌作業(yè)進(jìn)行：軌枕抽換的多少應(yīng)結(jié)合軌枕的傷損和失效情況而定。主要指整修軌道幾何狀態(tài)，恢復(fù)軌道平順性的作業(yè)。具體根據(jù)每lO天一次的軌檢車檢測(cè)結(jié)果，確定修理里程及修理項(xiàng)目。超過(guò)計(jì)劃維修目標(biāo)值的病害，應(yīng)安排計(jì)劃給予消除；超過(guò)安全管理目標(biāo)值的病害，應(yīng)安排緊急補(bǔ)修；超過(guò)限速管理目標(biāo)值，調(diào)度中心應(yīng)立即通過(guò)聯(lián)網(wǎng)計(jì)算機(jī)向通過(guò)該地段的各次列車司機(jī)發(fā)出指令，司機(jī)將嚴(yán)格按操縱臺(tái)上顯示的慢行地段及慢行速度操縱列車通過(guò)，同時(shí)應(yīng)當(dāng)在當(dāng)晚組織緊急補(bǔ)修，消除病害。無(wú)砟軌道與有砟軌道相比，由于軌道結(jié)構(gòu)類型的變化，其修理作業(yè)項(xiàng)目和工作量都發(fā)生了較大的變化。大規(guī)模修理施工中基本不再更換軌下基礎(chǔ)，主要是進(jìn)行更換鋼軌、道龠和鋼軌伸縮調(diào)節(jié)器的作業(yè)；小規(guī)模修理施工主要進(jìn)行鋼軌打磨、軌道方向調(diào)整、軌道高低調(diào)整(包括更換傷損扣件)和道床板(或軌道板)修理。此外，新干線非常重視鋼軌打磨，一般每5000萬(wàn)噸打磨一次，以延長(zhǎng)鋼軌使用壽命；同時(shí)對(duì)噪音超標(biāo)地段有計(jì)劃地進(jìn)行打磨以達(dá)到降低噪音的目的，具體打磨周期見表6l。表41鋼軌打磨周期目的對(duì)象打磨周期環(huán)境保護(hù)住宅密集、集中地區(qū)及與此相當(dāng)?shù)牡貐^(qū)1次/年住宅專用地區(qū)（I類）1次/3000萬(wàn)噸延長(zhǎng)鋼軌壽命全部線路1次/5000萬(wàn)噸 新干線對(duì)軌道狀態(tài)的評(píng)價(jià)與管理分為五級(jí)：1）驗(yàn)收目標(biāo)值：維修作業(yè)和工程施工后應(yīng)達(dá)到的質(zhì)量目標(biāo)值。2）計(jì)劃維修目標(biāo)值：在制訂維修計(jì)劃時(shí)，確定需要進(jìn)行維修的軌道不平順的管理目標(biāo)值。3）舒適度管理目標(biāo)值：為確保列車良好舒適度的目標(biāo)值。4）安全目標(biāo)管理值：當(dāng)達(dá)到或超過(guò)該值時(shí)，將會(huì)對(duì)高速列車的安全性有較顯著的影響，因此應(yīng)該限期緊急補(bǔ)修。5）慢行管理目標(biāo)值：當(dāng)達(dá)到或超過(guò)該值時(shí)，列車必須降速慢行，并以任何可能的手段立即予以消除。表42軌道維修目標(biāo)值 項(xiàng)目單位驗(yàn)收目標(biāo)值計(jì)劃維修目標(biāo)值舒適度管理目標(biāo)值安全管理目標(biāo)值慢性管理目標(biāo)值230km/h慢行170km/h慢行120km/h慢行70km/h慢行軌道高低mm/10m4671015182227偏差方向mm/10m34468101214軌距mm177。2222水平mm3557三角坑mm/3456振動(dòng)加速度垂直振動(dòng)（g全振幅）水平振動(dòng)（g全振幅）此外，為了適應(yīng)新干線提速到270km／h的要求，滿足旅客舒適度的需要，在上述標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)上增加了采用40m弦確定長(zhǎng)波長(zhǎng)變形維修標(biāo)準(zhǔn)，其計(jì)劃維修目標(biāo)值為高低7 mm，方向6 mm；驗(yàn)收目標(biāo)值作業(yè)標(biāo)準(zhǔn)為高低5mm，方向3mm。在線路整體質(zhì)量管理方面，新干線采用的是P值管理法，即以500m為單位長(zhǎng)度，用該范圍內(nèi)偏差值超過(guò)177。3 mm的采樣點(diǎn)數(shù)占總采樣點(diǎn)數(shù)的百分率表示，用以評(píng)估該區(qū)段的整體線路質(zhì)量。目前P值管理僅限于軌向、高低兩項(xiàng)?！癙值是日本制訂線路修理計(jì)劃的主要依據(jù)。新干線的線路檢查分為靜態(tài)檢查、動(dòng)態(tài)檢查和鋼軌探傷，內(nèi)容包括鋼軌、道岔、扣件、軌道板、CA砂漿、道床；軌道變形、列車搖動(dòng)和無(wú)縫線路伸縮等項(xiàng)目，其中軌道位移檢查和鋼軌檢查占據(jù)較大比重。靜態(tài)檢查又分為人工巡視、道岔檢查和無(wú)縫線路伸縮檢查。1）人工巡視：由保線技術(shù)中心負(fù)責(zé)，人工徒步對(duì)線路進(jìn)行綜合檢查，主要檢查線路設(shè)備各部件是否齊全、狀態(tài)是否良好，如扣件是否松動(dòng)、膠墊是否有效、部件是否傷損等，切實(shí)掌握線路設(shè)備的基本概況。檢查周期，有砟軌道1次／周，無(wú)砟軌道1次／兩周。2）道岔檢查：由保線技術(shù)中心負(fù)責(zé)，根據(jù)檢查周期和檢查內(nèi)容的不同分為月度檢查和年度檢查兩種，主要對(duì)道俞結(jié)構(gòu)進(jìn)行檢查。（1）月度檢查：每月一次，主要檢查尖軌與基本軌、心軌與翼軌是否密貼，拉桿、頂鐵等是否作用正常，道岔轉(zhuǎn)換是否正常，頂鐵與尖軌之間的間隙、尖軌與滑床板之問(wèn)的間隙等各部尺寸是否在標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi)，同時(shí)對(duì)道岔側(cè)向等軌道檢測(cè)車檢測(cè)范圍以外部分的軌道幾何尺寸進(jìn)行檢查。（2）年度檢查：每年兩次，在月度檢查的基礎(chǔ)上，采取松開道岔內(nèi)的部分部件(拉桿、間隔鐵、頂鐵等)，架起鋼軌等方式對(duì)道岔進(jìn)行更加全面的檢查，主要包括清洗部件進(jìn)行著色探傷、采用手動(dòng)探傷儀(通用探傷儀)進(jìn)行鋼軌加強(qiáng)探傷等。3）伸縮調(diào)節(jié)器：檢查周期為每?jī)稍乱淮?，檢查項(xiàng)目和內(nèi)容與道岔類似。4）無(wú)縫線路伸縮：由保線技術(shù)中心負(fù)責(zé)，其觀測(cè)方法、觀測(cè)手段與我國(guó)鐵路相同，也采用埋設(shè)觀測(cè)樁的方式進(jìn)行觀測(cè)，每年兩次，觀測(cè)時(shí)問(wèn)是每年氣溫變化較大的春、秋兩季。表43新干線綜合檢測(cè)列車（East i）檢測(cè)項(xiàng)目表檢查范圍新干線區(qū)間以營(yíng)業(yè)線速度把握動(dòng)態(tài)的軌道狀況最高檢測(cè)速度275km/h軌道位移檢測(cè)裝置40m弦，高低、軌向、軌距、水平、三角坑、長(zhǎng)波長(zhǎng)高低、垂直、水平速度以及輪軌作用噪聲。