軌道更換

軌道指用條形的鋼材鋪成的供火車、電車等行駛的路線。軌道更換是指因軌道損壞老舊等原因要對其更替的一種軌道維修操作，主要方法有切割鋼軌進行更換等。

基本介紹

• 中文名：軌道更換
• 外文名：Renewal of track
• 方法：切割鋼軌進行更換
• 類別：土木工程
• 工藝要求：安全可靠等
• 材料要求：固化速度快等

軌道部件更換

無柞軌道結構部件的維修與更換是兩個不同層次的軌道修複方式。維修在於保養軌道各組成部分，防止病害產生或進一步發展，以保持軌道幾何形位和軌面平順為主。部件更換則是使軌道質量恢復到初始標準或達到更高標準，屬於中修甚至大修範疇，兩者的綜合難易程度具有較大差異。
一般而言，國內外無柞軌道結構部件的維修或更換分三個階段。第一階段，當軌道變形較小時，可用鋼軌扣件進行調整；第二階段，軌道變形較大僅利用扣件難以調整時，可在軌道板與砂漿墊層之間灌注充填材料進行調整；第三階段，軌道變形顯著或因突發災害事件及其他原因導致無柞軌道部件失效，嚴重影響運營的情況，則需要更換軌道部件，進行徹底整治。
目前，國內外對無柞軌道結構維修的研究與套用主要集中在第二階段，我國也開展了諸多針對第二階段工況維修的研究與套用，如抬板注漿維修法。此外，由於現場傷損形式多樣，針對不同維修工況的相關計算模型和理論分析工作缺乏系統深入的研究，如CRTS I型軌道板抬高到什麼程度時需要對凸台進行加高或者更換處理。
第三階段的軌道部件更換，屬於無柞軌道大修技術研究範疇，是較前瞻性的儲備技術。我國無柞軌道通車裡程長、環境跨度大，這是必須研究的重要課題，重點在於材料、設備和工法的研究。

理論基礎與材料

無柞軌道最易傷損的薄弱結構是充填層，由於修理時間有限，搶修的充填層材料無法具備與新建鐵路相同的養護時間，對此，還需從理論上演算出搶修材料在首次通車時最低的力學性能要求，據此結果來研發適宜於部件更換搶修的充填層砂漿或樹脂等材料。
有研究認為無柞軌道部件更換宜採用替代現有支承方案的方法，待需要替換部位達到強度時再將替換支承取消而採用原有支承。Rheda2000無柞軌道更換方案即採用這種思路。這種思路可以保證材料有充分的硬化時間，但需要可靠的臨時支護方案，甚至需要在現有軌道旁邊再修一段軌道，造價較高且在橋樑和隧道地段無法實現。這種修複方案的設計和計算可以直接利用原有的軌道結構設計理論和計算方法。對於無柞軌道修復來說，僅部分材料產生破壞，軌道的主要支承條件並未發生根本改變，計算時僅考慮完好部分軌道的受力和變形對修復部分的影響，採用線彈性計算理論即可解決問題。針對保持原有支承條件的前提下進行局部更換，需要建立全新的理論模型和計算方法。與以往的無柞軌道修復計算方法不同的是，軌道的支承需要修復材料獨自完成，因此在建模時應考慮材料在達到強度指標最終硬化過程中的本構關係，需要建立考慮材料非線性的理論計算模型和計算方法。

機具

無柞軌道維護的天窗時間短，對軌道部件的更換速度提出了較高要求。除各部門的協調組織要及時外，研發專業機具是實現軌道部件快速更換的關鍵。若主要採用人工則費時費力，如2013年10月某軌道板和底座板的更換，約160人連續花費10天，在此之前還籌備和演練了將近7個月。因此，應根據現場無柞軌道實際情況，依託自動化程度高的專業機具，研究更換方案，經實際工程驗證後逐步推廣。
部件更換所需機具應包括分離充填層的切割裝置、軌道板快速定位裝置等。另外，還需進行此類專用切割機具的設計開發，以滿足我國無柞軌道部件的快速更換。

更換工法

軌道部件更換速度與質量是運輸秩序與安全的重要保障，針對不同的部件，應採用不同的工藝與材料。在無柞軌道結構中，有長鋼軌、道岔、軌道板和充填層四種大部件，其更換較為複雜，而且，當前並沒有詳細工法，處於探索階段。
高速鐵路無柞軌道長軌更換施工，是軌道結構大修中的一項主要內容。介紹了240 min內的長軌更換施工，提出研發適宜無柞軌道的換軌大修作業機具，實現機械化施工，進一步探索高速鐵路運輸天窗條件下無柞軌道長軌更換施工技術。
軌道板更換工藝也較為複雜，包括鬆開扣件，軌道板運輸、精調，現場充填層快速搶修材料的製備、施工等，整個過程極為繁瑣。針對CRTS II型軌道板更換，提出了兩種更換流程。一種切割鋼軌進行更換，另一種不切割鋼軌而是從側面推出軌道板進行更換，但CRTS I型板由於凸台限位，不能採用這種側面推出軌道板更換的方式，因此，對於板式無柞軌道板的更換還需根據機械開發、材料研發，結合具體更換條件進行工法研究。

技術要求

工藝

工藝需滿足以下技術要求：
(1)安全可靠，保證結構穩定性。部件更換後不能對原結構造成影響，應以恢復原結構狀態為目標，保證無作軌道結構穩定性。
(2)簡單快速，便於天窗內施工。高速鐵路無作軌道天窗修的作業制度決定了所有更換施工必須在夜間有限的天窗時間內完成，並保證不影響次日列車運營，因此更換工藝必須簡單快速、便於施工。
(3)不影響行車。對於部分結構關鍵部件的更換在1個天窗時間內無法完成的，需要將整個更換工藝進行模組化設計，有效利用天窗時間逐步推進，並保證每個天窗施工後，不影響次日行車。
(4)修復效果好，耐久性好。結構部件更換的最終目標是提高結構耐久性，恢復甚至提高結構的服役壽命，這就要求更換工藝實現修復的“內實外美”，長期耐久性好。

材料

材料需要滿足以下技術要求：
(1)性能與原結構相當。作為一種更換材料，其基本力學性能應與被替換部件的性能相當，方能實現更換後部件與原結構良好的相容性，以及與無作軌道系統良好的匹配性。
(2)可施工性好。夜間天窗作業時間短，所使用的結構部件更換材料須有良好的施工性能，以滿足快速施工的要求。
(3)固化速度快。對於部件更換材料，既要滿足施工時具有較好的工作性能，又要滿足施工完成後即可快速固化，具有良好的早期力學強度，滿足高速列車的通過要求。

(4)與基體黏結性好。為保證更換完成後結構的整體性，部件更換材料必須與原有基體具有良好的虱結性。
(5)耐久性好。高速鐵路是百年工程，更換完成後的結構部件的耐久性應滿足無作軌道結構設計使用壽命的要求，具有良好的耐久性。