敦东米德兰线肯迪什镇车站附近轨道的许多部位的混凝土地板开裂并且蔓延至更多的区域，Geobear利用地质聚合物膨胀理论，模拟了不同的地质聚合物在板下的注入效果，然后制定稳固方案。然后在混凝土地板下钻孔和注入膨胀性地质聚合物，填充所有的空隙，排出里面的水并加固路基，达成了客户的加固修复轨道地基的预期成效。

轨道地板开裂

轨道地板开裂

车站附近轨道发生开裂的主要原因是轨道下方粘土土质松软（性质为伦敦粘土，路基抗剪强度cu~40kPa），另外排水条件不良也是另外一个原因。通过地面探测雷达显示，在来往的列车产生的动态荷载作用下，地板下方的填充材料也被冲刷流失，以致排水管外露，并且地板底部出现空隙，并且和下方的土层分离。由于板式轨道性能较差，为避免各种轨道故障的产生，实施了30英里/小时的速度限制（正常速度为70英里/小时）。尤为值得关注的是，在下行和上行高速线路上都观察到了轨道的性能退化。

Geobear的修复方案

图3

图2 地质聚合物注入点分布图

受业主委托，在轨道下地板使用地质聚合物注入施工，进行临时稳固工程，分别处理下行线和上行线长度分别为15m和25m路段。稳固方案包括在混凝土地板下钻孔和注入膨胀性地质聚合物。注入点成对位于轨道基座附近，间距为0.7m，深度为地面以下1.5m，如图2所示。当地质聚合物被注入到混凝土地板下时，它将开始填充所有的空隙，排出里面的水并加固路基，见图3。

利用地质聚合物膨胀理论（Dominijanni and MaSalo，2014）结合梁弹性地基理论的原理，模拟了不同的地质聚合物在板下的注入效果，以估计其最终的修复成果。

图4 模拟注入不同地质聚合物的效果（改善剖面）

路基抗剪强度（cu）和轨道挠度，见图4。从该分析得出结论，通过每次注入15kg的地质聚合物应，最终会将路基抗剪强度提高90%，并将轨道挠度降低近50%。这一改进水平足以支持的之后轨道的安全运行。

整个修复工程在12小时内完成。值得注意的是，为了在每条轨道注射量达到所需的几何公差范围内，在注射过程中使用激光水平仪连续监测水平，与设计几何尺寸的公差控制在1mm以内。

修复后的轨道性能

图5 DIC跟踪和测量轨道垂直偏转量

为确保地质聚合物注入达到预期效果，使用带有数字图像相关技术（DIC）的高速摄像机跟踪和测量注入地质聚合物的前后轨道垂直偏转量，见图5。
   此外，图7显示了电车在注入地质聚合物前后的挠度测量对比。从图7可以观察到，轨道垂直偏转量显著地减少了约69%，从6.4mm减少到1.98mm，这与图4中的模拟预测修复结果是一致的。

这一改进将轨道挠度的后处理设置在了可接受的偏转范围内。此外，使用弹性地基理论上的梁，可以进行向后计算来估计挠度减小对其他重要工程参数的影响，如表1所示。从表1可以看出，轨道挠度的减少将对其他工程参数产生积极影响，如轨道刚度、轨道弯曲应力和轨道振动。

表1

除了对轨道挠度监测外，还评估了轨道几何测量，以了解地质聚合物处理对各种轨道几何参数的影响。图8显示了快速上行线路使用地质聚合物处理前后各种轨道几何参数之间的比较。从图中可以看出，经过处理的区域（在虚线框中突出显示）的所有几何参数的轨道质量都有显著改善，包括扭转和顶部故障的减少以及倾角的消除，这显著降低了脱轨风险。在下行快线上也观察到了类似的改进。

图8

结论

案例研究表明，与传统的替代方案（即推倒重建）相比，地质聚合物注入可以提供一种经济、高效的、无中断解决方案来稳固修复铁路板轨道。更重要的是，地质聚合物注入的效果可以精确建模和事先设计，以预测注入后的改善情况进行评估，得到可控的效果，并符合客户要求。