CN114182577A - 一种铁路有砟轨道道床翻浆冒泥病害的整治装置及整治方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种铁路有砟轨道道床翻浆冒泥病害的整治装置及整治方法，在翻浆冒泥病害处自道砟开挖至基床，整治装置包括自基床至道砟依次设置的下层高强防水卷材、中粗砂填充层、上层高强防水卷材和中粗砂保护层；下层高强防水卷材和上层高强防水卷材均包括至少一层高强橡胶沥青层和至少一层纤维层。本发明采用两层高强防水卷材作为防水结构，上面一层防止雨水下渗入基床，下面一层防止下部软弱基床冒浆至道床。高强防水卷材具有良好的防水性、低温柔性、抗穿孔性和抗刺穿性，可有效防止翻浆冒泥病害复发，提高有砟轨道的服役寿命。

Description

一种铁路有砟轨道道床翻浆冒泥病害的整治装置及整治方法

技术领域

本发明涉及铁路路基技术领域，具体涉及一种铁路有砟轨道道床翻浆冒泥病害的整治装置及整治方法。

背景技术

翻浆冒泥是我国有砟轨道铁路常见的路基危害之一，尤其在南方多雨地区翻浆冒泥现象更为严重和普遍。这是因为在列车荷载和环境荷载的长期循环作用下，有砟轨道路基与道床间的砂垫层隔水、排水性能逐渐降低并丧失，导致道砟与路基土体在水侵蚀和列车荷载共同作用下交叉迁移，使得部分路基土变成泥浆并在“泵吸作用”下外冒至道床表面，造成道床板结，道床刚度不均匀，影响轨枕受力，同时也加大了钢轨磨损速率。此外，翻浆冒泥病害还会造成路基不均匀沉降变形，影响线路平顺性。在铁路提速、重载列车飞速发展和运量日益增长的形势下，其危害性显得愈来愈大。

目前，研究人员针对有砟轨道基床翻浆冒泥问题，采用开挖换填砂垫层夹土工布的方式进行整治，即(1)开挖清除翻浆冒泥的道砟和基床；(2)回填一层中粗砂；(3)铺设一层土工布；(4)再回填一层中粗砂；(5)回填道砟。这种方法短期内具有一定的效果，但运营几年后随着土工布破损、雨水下渗，泥浆上冒，翻浆冒泥病害又会复发，实践表明砂垫层夹土工布的方式难以根除翻浆冒泥病害。因此，研究一种可彻底解决有砟轨道基床翻浆冒泥病害的方法具有较好的现实意义。

现有专利(CN202010376365.X)中公开了采用两层防水土工布加一层聚氨酯碎石进行铁路路基、道床翻浆冒泥整治，该方法在短期内较好的阻止了道床翻浆冒泥，然而运营几年后防水土工布在列车荷载作用下逐渐被道砟磨破、刺穿，导致结构整体防水作用失效，翻浆冒泥病害复发。

现有专利(CN201610349156.X)中公开了采用高分子防水涂料填充于碎石间隙中形成第一层防水层，聚脲防水涂料喷涂到第一层防水层的表面形成第二防水层，两层防水结构来整治道床翻浆冒泥。该方法通过高分子涂料成膜后形成防水层来阻止道床翻浆冒泥，该方法在下部路基不发生变形，防水结构完整性不发生破坏时具有较好的效果，然而铁路路基翻浆冒泥发生位置处，路基较为软弱，采用防水结构整治后其下部路基仍可能发生较大变形，高分子防水涂料碎石层和聚脲防水涂料层在弯曲变形下容易开裂，导致防水性能下降或丧失，翻浆冒泥病害复发。

现有专利(CN201920939341.3)中公开了通过在路基内设置含有导水漏斗和导水管的塑料板弹性层作为防排水层来整治道床翻浆冒泥，当道砟中有水时，通过渗吸水过滤层将水渗吸至导水漏斗，再通过导水漏斗将过滤水迅速导入导水管中排出道床，下渗吸水过滤层可将路基表面多余的水分渗吸至导水管中排出。该方法在短期内可较好的实现雨水过滤及横向排出，然而由于道砟在列车荷载长期作用下会逐渐磨细、掉渣，细颗粒将堵塞过滤口，导致横向导水性能下降或丧失。同时该方法采用单层防水结构，下部软弱基础可能发生变形，导致横向坡度变小甚至出现反向坡度，从而排水性能下降或丧失。

发明内容

针对现有技术中存在的不足之处，本发明提供了一种铁路有砟轨道道床翻浆冒泥病害的整治装置及整治方法。

本发明公开了一种铁路有砟轨道道床翻浆冒泥病害的整治装置，在翻浆冒泥病害处自道砟开挖至基床，所述整治装置包括自所述基床至所述道砟依次设置的下层高强防水卷材、中粗砂填充层、上层高强防水卷材和中粗砂保护层；

所述下层高强防水卷材和所述上层高强防水卷材均包括至少一层高强橡胶沥青层和至少一层纤维层。

作为本发明的进一步改进，沿着钢轨的宽度方向，所述下层高强防水卷材和所述上层高强防水卷材边缘均设有单面或双面的排水坡，所述排水坡的坡度为3％～5％；

所述下层高强防水卷材和所述上层高强防水卷材的厚度均不小于5mm。

作为本发明的进一步改进，所述下层高强防水卷材和所述上层高强防水卷材均包括自上向下设置的隔离膜、第一高强橡胶沥青层、纤维增加层、第二高强橡胶沥青层和耐磕纤维层。

作为本发明的进一步改进，所述下层高强防水卷材和所述上层高强防水卷材的最大峰拉力>800N，最大峰时延伸率>40％，压力作用2h不透水，-25℃低温柔性无裂缝，抗刺穿强度>400N。

作为本发明的进一步改进，所述第一高强橡胶沥青层和所述第二高强橡胶沥青层均为乙丙橡胶与聚丙烯聚合而成的热塑性聚烯烃改性沥青材料；

所述第一高强橡胶沥青层和所述第二高强橡胶沥青层的厚度均不小于1.75mm。

作为本发明的进一步改进，所述纤维增加层为网状分布的聚酯纤维，所述耐磕纤维层为网状分布的玻璃纤维与聚酯纤维复合材料；

所述纤维增加层设置厚度不小于0.5mm，所述耐磕纤维层设置厚度不小于1mm；

在所述上层高强防水卷材铺设时将所述耐磕纤维层面向上铺设，在所述下层高强防水卷材铺设时将所述耐磕纤维层面向下铺设。

作为本发明的进一步改进，所述中粗砂填充层的设置厚度不小于450mm，所述中粗砂保护层的设置厚度不小于50mm。

作为本发明的进一步改进，所述中粗砂填充层和所述中粗砂保护层均为天然河砂或海砂：

所述中粗砂填充层和所述中粗砂保护层的含泥量均小于5％。

本发明还公开了一种铁路有砟轨道道床翻浆冒泥病害的整治装置的整治方法，包括：

步骤S1、松开轨枕扣件，对轨枕进行拆除；

步骤S2、开挖清除翻浆冒泥的道砟和基床，并对基床表面进行夯实；

步骤S3、在夯实后的基床表面上回填下层高强防水卷材；

步骤S4、在下层高强防水卷材上回填中粗砂填充层，并进行扒平夯实；

步骤S5、在夯实后的中粗砂填充层上方回填上层高强防水卷材，所述下层高强防水卷材和所述上层高强防水卷材均包括至少一层高强橡胶沥青层和至少一层纤维层；

步骤S6、在上层高强防水卷材上回填中粗砂保护层和道砟，并扒平夯实、捣固密实；

步骤S7、在捣固密实的道砟上方对轨枕和轨枕扣件进行恢复，并进行线路精调。

作为本发明的进一步改进，所述步骤S1，具体包括：

步骤S11、确定铁路有砟轨道道床翻浆冒泥病害点，并进行现场标识；

步骤S12、松开标记区域内的轨枕扣件至弹条无扣压力，利用起道机对轨枕进行拆除。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：

本发明采用两层高强防水卷材作为防水结构，上面一层防止雨水下渗入基床，下面一层防止下部软弱基床冒浆至道床。高强防水卷材具有良好的防水性、低温柔性、抗穿孔性和抗刺穿性，可有效防止翻浆冒泥病害复发，提高有砟轨道的服役寿命。

本发明通过采用耐磕纤维和高强沥青组合的高强防水卷材代替防水土工布作为防水层，高强防水卷材较土工布具有更好的抗穿孔性和抗刺穿性，在道砟摩擦力和穿刺力作用下结构不发生破坏，从而保障结构防水性能不降低或丧失，防止翻浆冒泥病害复发。

本发明通过采用耐磕纤维和高强沥青组合的高强防水卷材代替高分子防水涂料碎石层和聚脲防水涂料层作为防水层，高强防水卷材较高分子防水涂料碎石层和聚脲防水涂料层具有更好的低温柔性，在下部基础变形作用下不发生开裂，防水性能不降低。此外，本发明采用两层高强防水卷材夹中粗砂填充层作为防水结构，两层高强防水卷材中间的中粗砂填充层始终保持干燥稳定状态，有效防止下部结构过大变形，从而防止翻浆冒泥病害复发。

本发明通过采用两层高强防水卷材之间中粗砂填充层作为防水结构，依靠中粗砂填充层的横坡进行路基排水，两层高强防水卷材中间的中粗砂填充层始终保持干燥稳定状态，有效防止下部结构变形过大影响横向排水，从而防止翻浆冒泥病害复发。

附图说明

图1为本发明公开的一种铁路有砟轨道道床翻浆冒泥病害的整治装置及整治方法的整治装置结构示意图；

图2为本发明公开的一种铁路有砟轨道道床翻浆冒泥病害的整治装置及整治方法的高强防水卷材结构示意图；

图3为本发明公开的一种铁路有砟轨道道床翻浆冒泥病害的整治装置及整治方法的整治方法流程图；

图4为本发明公开的一种铁路有砟轨道道床翻浆冒泥病害的整治装置及整治方法的有砟轨道-路基受力有限元模型示意图；

图5为本发明公开的一种铁路有砟轨道道床翻浆冒泥病害的整治装置及整治方法的列车荷载下高强防水卷材表面应力分布云图；

图6为本发明公开的一种铁路有砟轨道道床翻浆冒泥病害的整治装置及整治方法的列车荷载下高强防水卷材表面应力值。

图中：

1、钢轨；2、轨枕；3、道砟；4、中粗砂保护层；5、上层高强防水卷材；6、中粗砂填充层；7、下层高强防水卷材；8、基床；9、土基；10、隔离膜；11-1、第一高强橡胶沥青层；11-2、第二高强橡胶沥青层；12、纤维增加层；13、耐磕纤维层。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

下面结合附图对本发明做进一步的详细描述：

针对现有技术的缺陷，本发明要解决的技术问题：

针对目前有砟轨道道床翻浆冒泥整治主要采用防水土工布、防水涂层、导水板等技术，存在短期有效而长期性能难以保障的问题，本发明要防止防水层在列车荷载作用下被道砟刺穿，下部基础变形下保障防水层不开裂，不同环境条件下防水层翻浆冒泥整治效果均良好。

如图1所示，本发明公开了一种铁路有砟轨道道床翻浆冒泥病害的整治装置，在翻浆冒泥病害处自道砟3开挖至基床8，基床8设置在土基9上，整治装置包括自基床8至道砟3依次设置的下层高强防水卷材7、中粗砂填充层6、上层高强防水卷材5和中粗砂保护层4；下层高强防水卷材7和上层高强防水卷材6均包括至少一层高强橡胶沥青层和至少一层纤维层。

本发明采用两层高强防水卷材作为防水结构，上面一层防止雨水下渗入基床8，下面一层防止下部软弱基床8冒浆至道床。高强防水卷材具有良好的防水性、低温柔性、抗穿孔性和抗刺穿性，可有效防止翻浆冒泥病害复发，提高有砟轨道的服役寿命。

具体的:

如图1所示，本发明中沿着钢轨1的宽度方向，下层高强防水卷材7和上层高强防水卷材5边缘均设有单面或双面的排水坡，排水坡的坡度为3％～5％，本发明的排水坡的坡度优选4％，可将雨水快速排出道床；下层高强防水卷材7和上层高强防水卷材5的厚度均不小于5mm，本发明的下层高强防水卷材7和上层高强防水卷材5的厚度优选5mm。

如图2所示，本发明中下层高强防水卷材7和上层高强防水卷材5均包括自上向下设置的隔离膜10、第一高强橡胶沥青层11-1、纤维增加层12、第二高强橡胶沥青层11-2和耐磕纤维层12。

进一步的，本发明中下层高强防水卷材7和上层高强防水卷材5的最大峰拉力>800N，最大峰时延伸率>40％，压力作用2h不透水，-25℃低温柔性无裂缝，抗刺穿强度>400N，同时下层高强防水卷材7和上层高强防水卷材5的抗刺穿力超过8MPa，抗冲击力超过500kPa。

进一步的，本发明中第一高强橡胶沥青层11-1和第二高强橡胶沥青层11-2均为乙丙橡胶与聚丙烯聚合而成的热塑性聚烯烃改性沥青材料，具有优异的耐高、低温性能和拉伸性能；第一高强橡胶沥青层11-1和第二高强橡胶沥青层11-2的厚度均不小于1.75mm，本发明中的第一高强橡胶沥青层11-1和第二高强橡胶沥青层11-2的厚度优选1.75mm。

进一步的，本发明中纤维增加层12为网状分布的聚酯纤维，主要起加强筋作用，可以提高卷材结构的拉伸性能、耐疲劳性能，耐磕纤维层12为网状分布的玻璃纤维与聚酯纤维复合材料，主要起抗碎石刺穿作用，可以提高卷材结构的耐硌破性能、耐撕裂性能、耐腐蚀性能、耐霉菌性能、耐候性能。纤维增加层设置厚度不小于0.5mm，耐磕纤维层设置厚度不小于1mm，本发明中的纤维增加层设置厚度优选0.5mm，耐磕纤维层设置厚度优选1mm。使用过程中根据受力情况在上层高强防水卷材5铺设时将耐磕纤维层13面向上铺设，在下层高强防水卷材7铺设时将耐磕纤维层13面向下铺设。

进一步的，本发明的中粗砂填充层6的回填深度不小于450mm，中粗砂保护层4的回填深度不小于50mm,本发明中的中粗砂填充层6的回填深度优选450mm，中粗砂保护层4的回填深度优选50mm。

进一步的，本发明中的中粗砂填充层6和中粗砂保护层4的均为天然河砂或海砂：中粗砂填充层6和中粗砂保护层4的含泥量均小于5％。其中中粗砂填充层6和中粗砂保护层4的粒径规格以下表为准。

筛孔尺寸(mm)	通过各筛孔的质量百分率(％)
		9.5	100
4.75	90～100
		2.36	65～95
1.18	35～90
		0.6	15～60
0.3	5～30
		0.15	0～10
0.075	0～5

本发明中的上层高强防水卷材5上部50mm厚的中粗砂保护层可对上层高强防水卷材5起到一定的保护作用，将列车荷载均匀传递至上层高强防水卷材5；下层高强防水卷材7和上层高强防水卷材5中间的450mm厚的中粗砂填充层6主要起填充稳定的作用，由于下层高强防水卷材7和上层高强防水卷材5的防水作用，使得中间的中粗砂填充层6始终保持干燥，不会产生过大变形，进而保证整个防水结构的稳定性和耐久性。

如图3所示，本发明还公开了一种铁路有砟轨道道床翻浆冒泥病害的整治装置的整治方法，包括

步骤S1、松开轨枕扣件，对轨枕2进行拆除；

步骤S2、开挖清除翻浆冒泥的道砟3和基床8，并对基床8表面进行夯实；

步骤S3、在夯实后的基床8表面上回填下层高强防水卷材7；

步骤S4、在下层高强防水卷材7上回填中粗砂填充层6，并进行扒平夯实；

步骤S5、在夯实后的中粗砂填充层6上方回填上层高强防水卷材5；

步骤S6、在上层高强防水卷材5上回填中粗砂保护层4和道砟3，并扒平夯实、捣固密实；

步骤S7、在捣固密实的道砟3上方对轨枕2和轨枕扣件进行恢复，并进行钢轨1线路精调。

进一步的，本发明中的步骤S1，具体包括：

步骤S11、确定铁路有砟轨道道床翻浆冒泥病害点，并进行现场标识；

步骤S12、松开标记区域内的轨枕扣件至弹条无扣压力，利用起道机对轨枕2进行拆除。

进一步的，本发明中的步骤S1还包括施工前的准备，包括材料工机具的准备。

如图4-6所示，本发明提供了一种基于高强防水卷材的铁路有砟轨道道床翻浆冒泥病害的整治结构在列车荷载作用下的受力计算，明确防水结构层的受力安全性，以下将结合附图进行详细说明。

如图4所示，本发明中的模型采用CHN60钢轨，扣件间距0.6m，垂向静刚度为35kN/mm。轨下为长2.6mIII型无挡肩混凝土枕。道砟宽度3.6m，厚度0.35m，坡度1:1.75。基床底层取2.3m、土基取2.0m。钢轨、轨枕、道砟、基床、土基、高强防水卷材均采用均质、弹性、各向同性假定。钢轨采用实体单元模拟，扣件***视为弹簧-阻尼结构，轨枕、道砟、中粗砂、基床、土基等结构层采用C3D8R六面体八节点减缩积分实体单元。列车荷载为轴重30t，时速300km/h。

进一步的，如图5-6所示，图中由四周向中心的上层高强防水卷材5所受到的压应力逐渐增大，当列车荷载作用正下方时，上层高强防水卷材5所受压应力最大，达到35kPa，随着距荷载作用位置距离增加，上层高强防水卷材5表面压应力逐渐降低，距离超过3m后，受力基本为0。高强防水卷材的抗刺穿力超过8MPa，抗冲击力超过500kPa，远远满足受力要求。

以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种铁路有砟轨道道床翻浆冒泥病害的整治装置，在翻浆冒泥病害处自道砟开挖至基床，其特征在于，所述整治装置包括自所述基床至所述道砟依次设置的下层高强防水卷材、中粗砂填充层、上层高强防水卷材和中粗砂保护层；

所述下层高强防水卷材和所述上层高强防水卷材均包括至少一层高强橡胶沥青层和至少一层纤维层。

2.根据权利要求1所述的整治装置，其特征在于，沿着钢轨的宽度方向，所述下层高强防水卷材和所述上层高强防水卷材边缘均设有单面或双面的排水坡，所述排水坡的坡度为3％～5％；

所述下层高强防水卷材和所述上层高强防水卷材的厚度均不小于5mm。

3.根据权利要求1所述的整治装置，其特征在于，所述下层高强防水卷材和所述上层高强防水卷材均包括自上向下设置的隔离膜、第一高强橡胶沥青层、纤维增加层、第二高强橡胶沥青层和耐磕纤维层。

4.根据权利要求2所述的整治装置，其特征在于，所述下层高强防水卷材和所述上层高强防水卷材的最大峰拉力>800N，最大峰时延伸率>40％，压力作用2h不透水，-25℃低温柔性无裂缝，抗刺穿强度>400N。

5.根据权利要求2所述的整治装置，其特征在于，所述第一高强橡胶沥青层和所述第二高强橡胶沥青层均为乙丙橡胶与聚丙烯聚合而成的热塑性聚烯烃改性沥青材料；

所述第一高强橡胶沥青层和所述第二高强橡胶沥青层的厚度均不小于1.75mm。

6.根据权利要求2所述的整治装置，其特征在于，所述纤维增加层为网状分布的聚酯纤维，所述耐磕纤维层为网状分布的玻璃纤维与聚酯纤维复合材料；

所述纤维增加层设置厚度不小于0.5mm，所述耐磕纤维层设置厚度不小于1mm；

在所述上层高强防水卷材铺设时将所述耐磕纤维层面向上铺设，在所述下层高强防水卷材铺设时将所述耐磕纤维层面向下铺设。

7.根据权利要求1所述的整治装置，其特征在于，所述中粗砂填充层的设置厚度不小于450mm，所述中粗砂保护层的设置厚度不小于50mm。

8.根据权利要求7所述的整治装置，其特征在于，所述中粗砂填充层和所述中粗砂保护层均为天然河砂或海砂：

所述中粗砂填充层和所述中粗砂保护层的含泥量均小于5％。

9.一种如权利要求1-8任一项所述的整治装置的整治方法，其特征在于，包括：

步骤S1、松开轨枕扣件，对轨枕进行拆除；

步骤S2、开挖清除翻浆冒泥的道砟和基床，并对基床表面进行夯实；

步骤S3、在夯实后的基床表面上回填下层高强防水卷材；

步骤S4、在下层高强防水卷材上回填中粗砂填充层，并进行扒平夯实；

步骤S5、在夯实后的中粗砂填充层上方回填上层高强防水卷材，所述下层高强防水卷材和所述上层高强防水卷材均包括至少一层高强橡胶沥青层和至少一层纤维层；

步骤S6、在上层高强防水卷材上回填中粗砂保护层和道砟，并扒平夯实、捣固密实；

步骤S7、在捣固密实的道砟上方对轨枕和轨枕扣件进行恢复，并进行线路精调。

10.根据权利要求9所述的整治方法，其特征在于，所述步骤S1，具体包括：

步骤S11、确定铁路有砟轨道道床翻浆冒泥病害点，并进行现场标识；

步骤S12、松开标记区域内的轨枕扣件至弹条无扣压力，利用起道机对轨枕进行拆除。

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