敦東米德蘭線肯迪什鎮(zhèn)車站附近軌道的許多部位的混凝土地板開(kāi)裂并且蔓延至更多的區(qū)域，Geobear利用地質(zhì)聚合物膨脹理論，模擬了不同的地質(zhì)聚合物在板下的注入效果，然后制定穩(wěn)固方案。然后在混凝土地板下鉆孔和注入膨脹性地質(zhì)聚合物，填充所有的空隙，排出里面的水并加固路基，達(dá)成了客戶的加固修復(fù)軌道地基的預(yù)期成效。

軌道地板開(kāi)裂

軌道地板開(kāi)裂

車站附近軌道發(fā)生開(kāi)裂的主要原因是軌道下方粘土土質(zhì)松軟（性質(zhì)為倫敦粘土，路基抗剪強(qiáng)度cu~40kPa），另外排水條件不良也是另外一個(gè)原因。通過(guò)地面探測(cè)雷達(dá)顯示，在來(lái)往的列車產(chǎn)生的動(dòng)態(tài)荷載作用下，地板下方的填充材料也被沖刷流失，以致排水管外露，并且地板底部出現(xiàn)空隙，并且和下方的土層分離。由于板式軌道性能較差，為避免各種軌道故障的產(chǎn)生，實(shí)施了30英里/小時(shí)的速度限制（正常速度為70英里/小時(shí)）。尤為值得關(guān)注的是，在下行和上行高速線路上都觀察到了軌道的性能退化。

Geobear的修復(fù)方案

圖3

圖2 地質(zhì)聚合物注入點(diǎn)分布圖

受業(yè)主委托，在軌道下地板使用地質(zhì)聚合物注入施工，進(jìn)行臨時(shí)穩(wěn)固工程，分別處理下行線和上行線長(zhǎng)度分別為15m和25m路段。穩(wěn)固方案包括在混凝土地板下鉆孔和注入膨脹性地質(zhì)聚合物。注入點(diǎn)成對(duì)位于軌道基座附近，間距為0.7m，深度為地面以下1.5m，如圖2所示。當(dāng)?shù)刭|(zhì)聚合物被注入到混凝土地板下時(shí)，它將開(kāi)始填充所有的空隙，排出里面的水并加固路基，見(jiàn)圖3。

利用地質(zhì)聚合物膨脹理論（Dominijanni and MaSalo，2014）結(jié)合梁彈性地基理論的原理，模擬了不同的地質(zhì)聚合物在板下的注入效果，以估計(jì)其最終的修復(fù)成果。

圖4 模擬注入不同地質(zhì)聚合物的效果（改善剖面）

路基抗剪強(qiáng)度（cu）和軌道撓度，見(jiàn)圖4。從該分析得出結(jié)論，通過(guò)每次注入15kg的地質(zhì)聚合物應(yīng)，最終會(huì)將路基抗剪強(qiáng)度提高90%，并將軌道撓度降低近50%。這一改進(jìn)水平足以支持的之后軌道的安全運(yùn)行。

整個(gè)修復(fù)工程在12小時(shí)內(nèi)完成。值得注意的是，為了在每條軌道注射量達(dá)到所需的幾何公差范圍內(nèi)，在注射過(guò)程中使用激光水平儀連續(xù)監(jiān)測(cè)水平，與設(shè)計(jì)幾何尺寸的公差控制在1mm以內(nèi)。

修復(fù)后的軌道性能

圖5 DIC跟蹤和測(cè)量軌道垂直偏轉(zhuǎn)量

為確保地質(zhì)聚合物注入達(dá)到預(yù)期效果，使用帶有數(shù)字圖像相關(guān)技術(shù)（DIC）的高速攝像機(jī)跟蹤和測(cè)量注入地質(zhì)聚合物的前后軌道垂直偏轉(zhuǎn)量，見(jiàn)圖5。
   此外，圖7顯示了電車在注入地質(zhì)聚合物前后的撓度測(cè)量對(duì)比。從圖7可以觀察到，軌道垂直偏轉(zhuǎn)量顯著地減少了約69%，從6.4mm減少到1.98mm，這與圖4中的模擬預(yù)測(cè)修復(fù)結(jié)果是一致的。

這一改進(jìn)將軌道撓度的后處理設(shè)置在了可接受的偏轉(zhuǎn)范圍內(nèi)。此外，使用彈性地基理論上的梁，可以進(jìn)行向后計(jì)算來(lái)估計(jì)撓度減小對(duì)其他重要工程參數(shù)的影響，如表1所示。從表1可以看出，軌道撓度的減少將對(duì)其他工程參數(shù)產(chǎn)生積極影響，如軌道剛度、軌道彎曲應(yīng)力和軌道振動(dòng)。

表1

除了對(duì)軌道撓度監(jiān)測(cè)外，還評(píng)估了軌道幾何測(cè)量，以了解地質(zhì)聚合物處理對(duì)各種軌道幾何參數(shù)的影響。圖8顯示了快速上行線路使用地質(zhì)聚合物處理前后各種軌道幾何參數(shù)之間的比較。從圖中可以看出，經(jīng)過(guò)處理的區(qū)域（在虛線框中突出顯示）的所有幾何參數(shù)的軌道質(zhì)量都有顯著改善，包括扭轉(zhuǎn)和頂部故障的減少以及傾角的消除，這顯著降低了脫軌風(fēng)險(xiǎn)。在下行快線上也觀察到了類似的改進(jìn)。

圖8

結(jié)論

案例研究表明，與傳統(tǒng)的替代方案（即推倒重建）相比，地質(zhì)聚合物注入可以提供一種經(jīng)濟(jì)、高效的、無(wú)中斷解決方案來(lái)穩(wěn)固修復(fù)鐵路板軌道。更重要的是，地質(zhì)聚合物注入的效果可以精確建模和事先設(shè)計(jì)，以預(yù)測(cè)注入后的改善情況進(jìn)行評(píng)估，得到可控的效果，并符合客戶要求。