既有線換鋪無縫線路的過程分析與探討

陳 磊 上海鐵路局上海工務大修段

在普通線路上，鋼軌接頭是鐵路軌道的薄弱環節之一。列車通過接縫時發生的沖擊和振動，會影響行車的平穩和旅客的舒適，并對道床及線路穩定性有一定的破壞，增加了維修的難度。隨著列車軸重、行車速度和密度的不斷增長，上述缺點更加突出，已不能適應現代高速重載運輸的需要。而消除了接頭的無縫線路，則有效地解決了上述由于接頭的存在而產生的缺點，因而得到了廣泛的應用，也是現代鐵路發展的方向。

目前我國正在對一些線路進行大規模改造，許多地方已經開始換鋪無縫線路。現對既有線換鋪無縫線路方法、過程及技術要點做了簡要分析。

1 線路大修時無縫線路的鋪設

1.1 鋪設前的準備

(1)利用長鋼軌運輸列車將在焊軌廠焊好的250m或500m長軌卸至需要換軌處。

(2)換軌前一天先要完成待換單元長鋼軌焊接工作，并將焊接好的長軌條立放于軌枕頭上，撥順撥直，距運營鋼軌外不得小于300mm，不得侵入限界。

(3)拆除既有線上的防爬器、軌距桿，以及其他妨礙換軌施工的軸溫檢測儀等軌道設備。

(4)慢行時采取隔一卸二的方法（小半徑曲線處隔二卸一）卸除部分扣件，同時利用撞軌器將待換前龍門鋼軌與基本軌預留好焊縫搭口后的待鋸處對齊，等待封鎖命令。

1.2 鋪設過程

(1)封鎖命令下達后，拆卸剩余扣件，當剩余扣件全部卸完后方可將基本軌鋸開。

(2)利用軌道車牽引換軌小車，將新舊軌依次穿入換軌車新舊軌龍口，新舊軌完全穿入后換軌車以<5km/h的速度勻速前行。

(3)換軌車將新軌落槽后，為防止預留的搭口發生變化，在焊軌地點15m以外連擰10根扣件，然后將對軌器架好，再打磨、除銹、精銼、精確對軌、加熱備焊。

(4)曲線地段需要撞軌器、拉伸器配合換軌車走車。曲線外側鋼軌往前拉或撞．內側鋼軌往后撞，以利換軌車走行。

(5)新軌終端換鋪落地后，立即進行軌溫測量，然后開始準備應力放散。

1.3 應力放散

1.3.1 鎖定軌溫計算

應力放散之前應首先根據設計的鎖定軌溫計算放散量ΔL：

ΔL=αL(T2-T1)

式中：

ΔL-鋼軌因溫度升高或降低引起的縱向絕對伸長量(m)；

α-鋼軌的線性膨脹系數，α=0.0000118（1/℃）；

L-鋼軌的原長，即軌溫為T1℃時對應的鋼軌長度；

T1-對應鋼軌為L長時的軌溫（℃）；T2-第2狀態鋼軌的軌溫（TMAX）

1.3.2 放散作業過程

(1)首先使鋼軌處于自由伸縮狀態，其作業程序符合工藝，每隔100m設置一個應力放散位移觀測點，并在各觀測點上作出拉伸位移的零點標記。

(2)測量長軌尾端與下一個單元軌節端之間的距離，扣除應留的軌縫寬度后，與計算的拉伸量對比，最終確定鋸軌量，并按鋸軌的操作程序鋸軌，軌端不垂直度小于0.8mm。

Lj=ΔL-Lz+Lf

式中：Lj-鋸軌量；

Lz-長軌處于自由狀態時，長軌尾端與下一個單元軌節端之距離；

Lf-預留軌逢量。

(3)安裝拉軌器，利用拉軌器與撞軌器的共同作用，拉伸鋼軌，同時觀測各觀測點拉伸位移的變化情況。拉伸量達到預定長度后，通知各觀測點做出記號。此時撞軌器仍然繼續作業，當各觀測點在所做記號處出現反彈量 (應力放射已均勻)，停止撞軌，拉軌器保壓，在鎖定作業完成之前不得因拉軌器的失壓而使軌端出現位移。

(4)撤除撞軌器并對線路進行鎖定。

(5)撤除拉伸器，復核長軌實際拉伸長度，換算出對應的實際鎖定軌溫值，該值若在計劃鎖定軌溫范圍內，則確認為實際鎖定軌溫，否則鎖定工作要重新返工。

1.4 施工質量過程控制標準

(1)位移觀測樁應設置齊全、牢固可靠，易于觀測和不易破壞。

(2)無縫線路實際鎖定軌溫應控制在施工圖鎖定軌溫范圍內。

(3)無縫線路鎖定時必須準確確定并記錄鎖定軌溫。相鄰單元軌節鎖定軌溫之差不應大于5℃，左右股鎖定軌溫之差不應大于3℃，同一區間內的單元軌節最高與最低鎖定軌溫之差不應大于1O℃。

(4)單元軌節長度應滿足施工進度和鋪設時應力放散最佳效果的要求，以1000m～2000m為宜，最短不得小于200m。

(5)膠墊應放正無缺損，扣件安裝齊全，扣壓力符合施工圖要求。

2 對應力放散的技術性分析

無縫線路的應力放散和調整，是線路大修工作的一項重要作業。

2.1 放散的基本要求

無縫線路的應力放散，必須做到勻、準、夠。勻、準、夠的要求與拉伸的要求一致。即，勻：零應力軌溫沿縱向鋼軌要均勻一致。夠：計劃放散量(計劃放散長度)必須放夠。準：放散后重新設定的零應力軌溫必須準確可靠。重新設定鎖定軌溫后，任何一點的實際零應力軌溫值，都應落在設計允許鎖定軌溫范圍內。

2.2 放散方法的確定

無縫線路的應力放散，通常有兩種方法，一種是溫度控制法，一種是長度控制法，實際施工中應根據現場及天氣情況采取合適的方法。

2.2.1 軌條內零溫度應力的確定

軌條內鋼軌溫度應力為零是保證放散后軌條軌溫能否滿足設計鎖定軌溫的前提條件。所以在放散開始時，首先要先使被放散的軌條，處于當時軌溫條件下的零應力狀態下。具體方法為：打開軌條，支墊滾筒，均勻分布撞軌器。利用撞軌器向鋼軌溫度應力產生軌條伸或縮的方向撞軌(軌條收縮時，向收縮方向撞軌，軌條伸出時，向伸出方向撞軌)，使軌條在當時的軌溫條件下，不再進行伸或縮，此時的軌條內的溫度應力就視為在當時軌溫條件下的零應力。

2.2.2 溫度控制法

溫度控制法是在合適的軌溫范圍內，使鋼軌自由伸縮充分放散鋼軌應力，而后合攏鎖定。鎖定后重新設置防爬觀測標記。如有標記，應重新測量并記錄初始讀數。采用溫度控制法放散應力，要采用支墊滾筒與撞軌相結合的作業方法。選擇合適的設計鎖定軌溫時段，要點封鎖施工。

2.2.3 長度控制法

長度控制法是根據已知鎖定軌溫和放散計算鎖定軌溫，算出放散長度，這長度即為放散時應控制的放散量。合攏組要注意觀察軌端伸長情況，到倒舊立即合攏固定。組裝夾板螺栓，并按規定扭矩擰緊，首先迅速恢復合攏端的軌枕扣件，控制住鋼軌伸縮，此時的軌溫就為放散后的鎖定軌溫。

2.3 放散作業標準及注意事項

(1)應力放散作業時，應每隔50m～l00m設置一個位移觀測點，觀測鋼軌位移量，及時排除影響放散的故障，達到放散均勻。

(2)放散應合理設置撞軌點，按照直線地段每400m，曲線地段每300m，布置一臺撞軌器。避免撞軌造成的應力不均勻。放散區段有曲線時，應注意曲線拉直對放散應力的影響。

(3)原鎖定軌溫與設計鎖定軌溫相差較大時，應考慮配軌，并考慮拉伸機最大行程和拉力，嚴禁拉伸機超范圍工作。放散軌條較長或拉伸位移量較大時，可考慮雙機串聯拉伸。

3 無縫線路的線路防脹工作

無縫線路的最大特點是夏季高溫期間，在鋼軌內部存在巨大的溫度壓力，容易引起軌道橫向變形。在列車運行或人工作業等干擾下，軌道彎曲變形有時會突然增大，容易引起脹軌跑道，這將嚴重危及行車安全。

3.1 無縫線路脹軌跑道的主要原因

(1)鎖定軌溫偏低或偏高；

(2)鋼軌不正常收縮及爬行；

(3)維修作業不當,使道床橫向阻力降低；

(4)無縫線路道床寬度不足；

(5)扣件扭力不足,造成軌道框架剛度降低；

(6)軌道方向不良。

3.2 無縫線路的防脹措施

無縫線路的防脹工作除了對上述原因采取有針對性的措施外，還應該做到以下幾點預想措施：

(1)工地派專人監視、觀察軌道方向變化，并做好無縫線路"三測"記錄。一旦發現方向不良，必須加強巡查。采取設置減速信號或停車信號等措施進行防護。

(2)施工前，在施工地段兩側各l00m擰緊扣件，鋪蓋草墊，進行澆水降溫，以防脹軌跑道。

(3)發現軌道方向不良，軌面水平嚴重不良，枕端道碴離縫，或者過車后線路彎曲變形突然擴大時必須立即設置停車信號，及時通知車站，迅速采取降溫、回填道碴、夯拍道床、堆高道床肩部道碴等措施，以防變形繼續擴大而跑道。

(4)發生跑道時必須按線路故障處理，設置停車信號，迅速采取降溫撥道等措施緊急處理，消除故障。

4 結束語

無縫線路鋪設和既有線換軌施工是一項理論與實際相結合的工作，必須結合現場實際情況，靈活運用科學計算，通過反復測量核實，精心組織，合理安排施工順序，才能達到設計要求。

無縫線路在我國的發展方興未艾，隨著社會科技水平和社會經濟水平的不斷發展，無縫線路設計理論與方法將更加的完善。目前，我國對鐵路建設的力度不斷加強，高速鐵路的建設長度不斷突破新記錄，這也為無縫線路的發展提供了更加廣闊的天地。