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

軌道地板開裂

軌道地板開裂

車站附近軌道發生開裂的主要原因是軌道下方粘土土質松軟（性質為倫敦粘土，路基抗剪強度cu~40kPa），另外排水條件不良也是另外一個原因。通過地面探測雷達顯示，在來往的列車產生的動態荷載作用下，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生，實施了30英里/小時的速度限制（正常速度為70英里/小時）。尤為值得關注的是，在下行和上行高速線路上都觀察到了軌道的性能退化。

Geobear的修復方案

圖3

圖2 地質聚合物注入點分布圖

受業主委托，在軌道下地板使用地質聚合物注入施工，進行臨時穩固工程，分別處理下行線和上行線長度分別為15m和25m路段。穩固方案包括在混凝土地板下鉆孔和注入膨脹性地質聚合物。注入點成對位于軌道基座附近，間距為0.7m，深度為地面以下1.5m，如圖2所示。當地質聚合物被注入到混凝土地板下時，它將開始填充所有的空隙，排出里面的水并加固路基，見圖3。

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

圖4 模擬注入不同地質聚合物的效果（改善剖面）

路基抗剪強度（cu）和軌道撓度，見圖4。從該分析得出結論，通過每次注入15kg的地質聚合物應，最終會將路基抗剪強度提高90%，并將軌道撓度降低近50%。這一改進水平足以支持的之后軌道的安全運行。

整個修復工程在12小時內完成。值得注意的是，為了在每條軌道注射量達到所需的幾何公差范圍內，在注射過程中使用激光水平儀連續監測水平，與設計幾何尺寸的公差控制在1mm以內。

修復后的軌道性能

圖5 DIC跟蹤和測量軌道垂直偏轉量

為確保地質聚合物注入達到預期效果，使用帶有數字圖像相關技術（DIC）的高速攝像機跟蹤和測量注入地質聚合物的前后軌道垂直偏轉量，見圖5。
   此外，圖7顯示了電車在注入地質聚合物前后的撓度測量對比。從圖7可以觀察到，軌道垂直偏轉量顯著地減少了約69%，從6.4mm減少到1.98mm，這與圖4中的模擬預測修復結果是一致的。

這一改進將軌道撓度的后處理設置在了可接受的偏轉范圍內。此外，使用彈性地基理論上的梁，可以進行向后計算來估計撓度減小對其他重要工程參數的影響，如表1所示。從表1可以看出，軌道撓度的減少將對其他工程參數產生積極影響，如軌道剛度、軌道彎曲應力和軌道振動。

表1

除了對軌道撓度監測外，還評估了軌道幾何測量，以了解地質聚合物處理對各種軌道幾何參數的影響。圖8顯示了快速上行線路使用地質聚合物處理前后各種軌道幾何參數之間的比較。從圖中可以看出，經過處理的區域（在虛線框中突出顯示）的所有幾何參數的軌道質量都有顯著改善，包括扭轉和頂部故障的減少以及傾角的消除，這顯著降低了脫軌風險。在下行快線上也觀察到了類似的改進。

圖8

結論

案例研究表明，與傳統的替代方案（即推倒重建）相比，地質聚合物注入可以提供一種經濟、高效的、無中斷解決方案來穩固修復鐵路板軌道。更重要的是，地質聚合物注入的效果可以精確建模和事先設計，以預測注入后的改善情況進行評估，得到可控的效果，并符合客戶要求。