高速鐵路低溫下無縫線路焊軌、放散鎖定施工工藝探討

張克林

（中鐵三局集團公司線橋工程分公司，河北 三河 065201）

1 前言

高速鐵路無砟軌道鋪設、焊接、放散鎖定施工，在高速鐵路中盛行并發(fā)展至今，已經(jīng)形成了成熟的施工技術，但低溫下的無砟軌道焊接、放散鎖定施工技術處在初步實踐和摸索階段，采用常規(guī)的鋼軌焊接、放散鎖定施工技術，在軌溫低于5℃時，施工工地將不宜進行鋼軌焊接、放散鎖定。

2 施工工藝

2.1 低溫下工地單元軌焊接

2.1.1 焊前準備

（1）施工前對焊軌機進行低溫下焊軌參數(shù)試驗，對焊接的鋼軌進行型式試驗及生產(chǎn)檢驗，確?，F(xiàn)場焊軌探傷合格及生產(chǎn)檢驗的鋼軌焊接接頭落錘試驗合格。

（2）線路鋪軌完成，焊接設備、放散鎖定設備進入施工現(xiàn)場，對現(xiàn)場施工人員進行施工技術交底。

（3）對要安裝到保溫棚內的火爐及電熱扇、電熱石棉網(wǎng)、大功率拉伸器進行檢查，確保設備狀態(tài)良好。

（4）焊軌列車進入施工現(xiàn)場，將待焊長鋼軌扣件松開，按10 m間隔在軌下設置滾筒，確保焊接頂端時無阻礙。做好焊軌前的準備工作。

2.1.2 移動保溫棚安裝

根據(jù)施工現(xiàn)場實際情況，采用鋼筋支架、厚棉被服做成的長5 m、寬3.5 m、高2.9 m的移動保溫棚，使用噴燈作為鋼軌接頭加熱的設備，使用火盆及電熱扇保持溫度，采用電熱石棉網(wǎng)作為焊接后鋼軌接頭的保溫罩。按照安裝指導書，依次安裝鋼筋支架—厚棉被服—鋼軌接頭加熱設備—棚內保溫設施—鋼軌保溫罩。

2.1.3 接頭除銹

采用手砂輪機打磨軌縫兩側的軌腰及軌端面，進行焊軌接頭處除銹。焊機進行焊縫找位，用墊軌底方法使軌縫處形成規(guī)定的折線并對正軌端。

2.1.4 焊前鋼軌加熱

將移動保溫棚移動至將要焊接的鋼軌接頭及焊機附近，并在鋼軌周圍放置火盆及電熱扇，以提高棚內溫度，使用噴燈對鋼軌接頭進行加熱。

2.1.5 夾軌對正

通過夾緊鋼夾對兩個待焊鋼軌接頭的水平和垂直方向進行調整，并調整垂向尖峰和工作邊，夾緊力作用在鋼軌中軸線上。

2.1.6 參數(shù)確定，自動焊接

（1）嚴格按焊軌機安全操作規(guī)程進行焊軌作業(yè)。待焊鋼軌進入焊機后，對中時，首先要保證鋼軌頂面和工作面平順。對中后，作用面錯位偏差不大于0.5 mm，非作用面錯位偏差不大于1 mm，焊縫中心不偏離焊機鉗口中心。

（2）焊機監(jiān)控人員應認真觀察焊接記錄，分析每個焊接接頭曲線，與型式試驗通過時的焊接曲線仔細對比，發(fā)現(xiàn)異常，及時匯報給有關部門，不得擅自變更焊機的技術參數(shù)。

注：進行此項工作前檢查鋼軌軌溫，并對焊軌機頂鍛油路進行檢查，確保設備潤滑及剛性無影響。

2.1.7 焊軌后保溫

焊接結束后，立即將已加熱的電熱石棉網(wǎng)覆蓋在鋼軌焊接接頭上，并保持通電，使用點溫計測量軌溫，待鋼軌軌溫低于50℃后撤除。

注：低溫下鋼軌焊接保溫措施是關鍵，在施工時以鋼軌焊接質量為前提進行保溫工作。

2.1.8 焊后準備

焊接結束后，立即將保溫棚安裝在焊接位置，并將已加熱的電熱石棉網(wǎng)覆蓋在鋼軌焊接接頭上，并保持通電，使用點溫計測量軌溫，待鋼軌軌溫低于50℃后撤除。

2.1.9 焊后粗磨

利用鋼軌角磨機對焊接接頭的軌頂面、側面、軌底角表面進行粗打磨，打磨時不宜橫向打磨焊縫。

2.1.10 正火

待撤出電熱石棉網(wǎng)后，檢查鋼軌焊接頭無焊接損傷后對鋼軌焊接接頭進行正火，按正火程序嚴格操作，采用小型正火設備對焊縫進行正火處理。正火使用火焰加熱器對接頭進行加熱。正火過程中應控制好氧氣、乙炔流量以及搖火擺動頻率。加熱起始階段，軌頭表面中心線溫度應在400℃以下，加熱后軌底表面中心線溫度應為850℃左右。正火結束后，用光電測溫儀測量并記錄好溫度，用波磨尺測量軌頂面和內側工作面的平直度是否滿足規(guī)范要求。

2.1.11 正火后保溫

正火結束后，立即將已加熱的電熱石棉網(wǎng)覆蓋在鋼軌焊接接頭上并保持通電，使用點溫計測量軌溫，待鋼軌軌溫達到50℃左右時撤除，最后探傷焊接鋼軌接頭。

2.1.12 校直

采用移動式四向矯直機對焊縫進行4個方向的校直，使焊縫在軌頂面和工作面的平順度均滿足要求。

2.1.13 焊后精磨采用仿形打磨機對焊縫兩側各450 mm范圍內的軌頂面、軌頭內側工作邊進行精打磨，精磨之前接頭溫度應低于50℃。精磨后接頭表面的不平整度應滿足焊縫中心線兩側各100 mm范圍內，不大于0.2 mm。軌頂面及軌頭內側工作邊母材打磨深度不應超過0.5 mm。

2.1.14 探傷

每個鋼軌焊接接頭均應進行超聲波探傷檢查，探傷時接頭的溫度不應高于40℃。焊接接頭中，發(fā)現(xiàn)缺陷當量大于探傷靈敏度規(guī)定值時，應判定為不合格，經(jīng)探傷檢查不合格者必須鋸切重焊，保證焊頭合格率為100%。

2.1.15 鋼軌焊縫外觀檢驗

用1 m直靠尺和塞尺對經(jīng)探傷合格的焊頭踏面、工作邊及軌底進行檢查，平直度必須符合要求。不符合要求的需進行修磨或鋸掉重焊。

2.2 低溫下單元軌節(jié)放散鎖定

一個單元軌節(jié)內所有焊接接頭焊接完成并探傷合格后，開始進行長鋼軌單元軌節(jié)的放散鎖定施工，低溫下放散鎖定施工只采取拉伸放散法。

2.2.1 設置位移觀測樁

位移觀測樁是無縫線路養(yǎng)護的重要標志，位移觀測樁應滿足牢固、耐久、可靠、易于觀測和不易被破壞的要求。

（1）布置原則。位移觀測樁按鎖定單元軌節(jié)設置，道岔區(qū)按道岔單元軌節(jié)設置，無縫線路按鎖定單元軌節(jié)500 m等距離設置位移觀測樁；當單元軌節(jié)長度不足500 m整倍數(shù)時，可適當調整樁間距離。每組道岔應設置5對位移觀測樁，即岔前、岔后、限位器、距離道岔前后各50 m處各設1對位移觀測樁。

長度大于3 km的隧道口，長度大于500 m的橋梁兩端，單跨跨度大于100 m的連續(xù)梁、連續(xù)剛構、提籃拱或系桿拱兩端，鋼軌伸縮器基本軌接頭和距離基本軌接頭100～150 m處應增設位移觀測樁。

（2）設置時間。位移觀測樁設置時間必須與無縫線路（含無縫道岔）鎖定同步，在施工時準備足夠的人力、儀器和工具材料，確保無縫線路初始鎖定位置被準確標志。

（3）位移觀測樁安裝。觀測樁采用上下行各埋設直徑10 mm的膨脹套管上，用不銹鋼螺絲固定（在螺絲頂面預先先刻劃“+”）。具體埋設位置為：在凸臺上埋設十字測量標志，用直徑10 mm不銹鋼圓柱制作，采用植筋膠埋入凸臺中,有砟軌道地段設在電氣化立柱基礎面上，其埋設頂面平齊混凝土面；同時在同一垂直面的鋼軌軌腰處貼上觀測標尺（紅桿標示一端貼上來車方向），標尺的“0”刻度與標示點對齊，由專職人員采用準直儀進行觀測。

正線每股道的左右兩股鋼軌均設置標尺，且保持與準直儀通視。岔前、岔后每根鋼軌均設置標尺，限位器處在直基本軌和直尖軌上設置標尺。標尺中間設零點，標尺采用鋁合金材料制成，表面涂反光油漆，尺寸為20×100 mm，厚度為0.5 mm，最小刻度為1 mm。

（4）位移觀測樁埋設要求。在單元軌節(jié)的末端設臨時位移觀測零點，以觀測鋼軌末端位移回彈量，在放散下一根單元軌節(jié)時，此點必須歸零。設置正式位移觀測樁零點標記。在位移觀測樁與軌頭外端相對應處，做出清晰的、規(guī)范的標記，對現(xiàn)場位移觀測樁編號并注標識。

位移觀測樁按施工圖設置。單元軌節(jié)起終點的位移觀測樁宜與單元軌節(jié)焊接焊頭對應，縱向相錯量不得大于30 m。位移觀測樁應與電務設備錯開。

位移觀測樁可利用線路兩側的接觸網(wǎng)基礎、線路基樁或其他，固定在建筑物上。

成對的位移觀測樁應垂直于線路方向，在線路兩側對稱布置，位移觀測樁必須在無縫線路鎖定前完成設置，并在現(xiàn)場進行編號，編號應標記清晰、耐久。

2.2.2 拆卸扣件

按施工進度，施工人員及機具進入施工現(xiàn)場，拆除已鋪設單元軌節(jié)扣件，將鎖緊彈條取下（鎖定時安裝彈條絕緣彈墊）。

2.2.3 支墊滾輪

用起道機打起鋼軌或撬棍翹起鋼軌，每隔15～16個枕木空墊放一個滾筒（墊放于枕木空中間），保證鋼軌目視平順，可以自由伸縮。檢查軌下橡膠墊板有無破損及其上有無石屑。有破損及時更換，有雜物及時清理，確保鎖定后軌道的質量。

2.2.4 做位移標記

在單元軌節(jié)兩端及中間每隔100 m左右做一個鋼軌位移觀測標記，觀測鋼軌在應力放散過程中相對于標記的移動量。觀測點可設在軌底上表面或軌腰上。

2.2.5 撞軌、應力放散

采用拉伸器結合撞軌器進行應力放散鎖定施工，先對單元軌節(jié)進行零應力放散，確保計算拉伸量時鋼軌處于零應力狀態(tài)。

零應力放散法：在單元軌節(jié)末端安放裝軌器，單元軌節(jié)上每500 m加密裝軌器，施工觀測人員每100 m做好觀測標記，撞軌組按統(tǒng)一命令一起撞軌，當所有觀測人員報告負責人鋼軌出現(xiàn)反彈跡象時，應停止撞軌，此時鋼軌達到零應力狀態(tài)。

2.2.6 計算拉伸量

拉伸機結合撞軌器拉伸鋼軌使鋼軌鎖定達到設計鎖定軌溫。

放散量計算：按下列公式計算：

式中：ΔL：放散量，mm；

α：鋼軌鋼的線膨脹系數(shù)，α=11.8×10-6/℃；

L軌：單元軌節(jié)長度，mm；

T鎖：實際鎖定軌溫；

T0：鋪設時的平均軌溫。

按計算的拉伸量拉伸鋼軌，每100m觀測人員按100 m、200 m、300 m……拉伸量觀測放散結果，撞軌器配合撞軌時每個觀測點拉伸結果與計算拉伸量相符合，確保放散鎖定質量。

2.2.7 拉伸鋼軌（撞軌配合）多點觀測確保放散均勻

用撞軌器撞擊鋼軌，同時觀測各點的位移量變化情況。當鋼軌位移發(fā)生反彈且各點位移變化時，則視為鋼軌達到自由伸縮狀態(tài)，此時，可停止撞軌。

2.2.8 單元軌節(jié)鎖定

長鋼軌拉伸到位，各觀測點拉伸量與計算拉伸量相符后保持拉伸器壓力及拉伸鋼軌的拉伸量，迅速鎖定鋼軌扣件，每100 m一組鎖定人員，待鎖定完成后撤除拉伸器，檢查鎖定的拉伸量及各觀測點位移量，若無變化或變化量?。?～2 mm內），則鎖定線路成功，質量合格。

2.2.9 設置位移觀測標記

位移觀測樁的編號按里程增加順序編號，左右股均以里程增加方向分別編號。編號標準為：

如ct下-12-1左，表示昌圖西站至鐵嶺西站下行12單元左第1個觀測標尺。

觀測樁編號標注在標尺前方軌腰上（內側），采用紅底白字，邊高80 mm，字體寬42 mm，字高60 mm，字間距5 mm。全部采用反光材料制作和油刷。

3 結束語

本工藝采用自主研制的低溫鋼軌焊接、放散鎖定工藝進行施工，突破傳統(tǒng)工藝的局限，減少了冬季鋪軌工程停工、窩工造成機械、人員的損失，有效地降低工程成本。經(jīng)過施工中的成功實踐，取得了良好的效果，達到國內先進水平。為今后低溫鋼軌焊接、放散鎖定施工積累了經(jīng)驗，在施工中具備推廣應用價值。