烏精二線無縫線路應力放散施工技術

閆 瑞

(中鐵一局新運工程公司 烏精二線鋪架項目部，新疆 奎屯 833000)

1 工程概況

烏精二線設計為有砟道床(雙層道床，厚度450 mm)，Ⅲ型混凝土枕及彈條Ⅱ型扣件，一次性鋪設60 kg/m鋼軌區間無縫線路，全線設計鋪設無縫線路長度379.902 km。由于北疆地區高熱、高寒、晝夜溫差大、氣候變化無常，極端最高氣溫達42.7℃，極端最低氣溫為-42℃，全年適合無縫線路施工的時間僅有4月，5月，9月和10月共4個月，對施工工期壓力較大。

施工過程中要綜合考慮到施工影響、環境影響和操作誤差等因素，嚴格控制無縫線路施工中應力放散及鎖定軌溫。在保證施工質量的前提下，為了按期完成全線無縫線路施工任務，制訂了兩套方案。第一套方案為8月—9月份，避開白天高溫，夜間進行無縫線路應力放散施工，按照《烏魯木齊鐵路局鐵路營業線施工及安全管理實施細則》有關夜間施工的規定，編制了《夜間無縫線路施工方案》，經建設指揮部審查通過后實施，順利完成了古河至奎屯西區間、昌吉至呼圖壁區間無縫線路應力放散施工，實際鎖定軌溫滿足設計要求;第二套方案為11月—12月，全天軌溫較低，采取拉伸放散的方法進行無縫線路施工，安排專職技術人員進行全程控制，保證了冬期無縫線路應力放散的施工質量，順利完成了開干齊至安庫區間、烏蘭烏蘇至瑪納斯區間、三坪至烏西區間無縫線路應力放散施工，2009年共計完成無縫線路施工366.048 km。

2 無縫線路施工方法及要求

鋪設無縫線路通常有兩種方法，即“連入法(一步法)”和“插入法(二步法)”。“連入法”是將區間中相鄰的兩個單元軌節依次直接焊聯的鋪設作業方法，即把不同時間焊接成的兩個相鄰單元軌節的始端和終端同時焊接，同時放散，做到一步到位;“插入法”是在兩個相鄰單元軌節中間鋪設一對緩沖軌，焊接時，取出緩沖軌，插入確定長度的鋼軌，放散應力后進行最終焊接。

結合烏精二線的施工特點，本工程主要采用“連入法(一步法)”進行無縫線路施工作業。當作業時軌溫在設計鎖定軌溫范圍內時，采用“滾筒法”(自然放散法)放散應力后，予以鎖定;當作業時軌溫低于設計鎖定軌溫時，采用“鋼軌拉伸器、滾筒法”(綜合放散法)放散應力后進行鎖定。

2.1 無縫線路應力放散及鎖定技術要求

根據無縫線路的施工特點和現場情況綜合考慮放散鎖定單元軌節長度一般為1 500～2 000 m，最短不小于200 m。單元軌節鎖定前，應按照設計要求設置無縫線路位移觀測樁，500 m長鋼軌焊接成單元軌節后，軌面設計高程、方向、水平及道床阻力均已達到設計標準時，方可進行線路鎖定施工。施工時鎖定軌溫必須在設計鎖定軌溫范圍內，否則必須進行應力放散，重新鎖定。應力放散時應保證軌溫均勻，相鄰單元軌節節間的鎖定軌溫差不得大于5℃，左右兩股鋼軌的鎖定軌溫差不得大于5℃，且曲線外股鋼軌鎖定軌溫不得高于內股，否則需放散應力重新鎖定。測量軌溫時，要對鋼軌的不同位置進行多點測量，取其平均值。鎖定軌溫應準確、可靠符合設計規定。整正軌枕和軌距后，應兩股同步鎖定，同時在鋼軌上設置縱向位移觀測的“零點”標記。必須準確確定鎖定軌溫，相鄰兩段單元軌節鎖定軌溫之差不得大于5℃，左右兩股鋼軌的鎖定軌溫差不得大于3℃，同一設計鎖定軌溫的長軌條最高與最低鎖定軌溫之差不得大于10℃。

2.2 無縫線路應力放散施工方法

2.2.1 滾筒放散法

滾筒放散法又稱自然放散法，是在設計的鎖定軌溫范圍內，把需要放散應力的長軌條先松開，并拆除扣件，然后抬起鋼軌，放上滾筒，將鋼軌落在滾筒上，撞擊長軌條數次，使長軌條基本上能自由伸縮。一旦軌溫合適，即撤滾筒、緊扣件、進行鎖定。根據北疆的氣候情況，其中4月，5月，9月，10月份適合采用此方法進行應力放散。

2.2.2 鋼軌拉伸器、滾筒放散法

鋼軌拉伸器、滾筒放散法稱綜合放散法，是在設計的鎖定軌溫范圍以下時，利用鋼軌拉伸器和撞軌器配合作用，通過均勻拉伸長軌條，以提高它的零應力軌溫，使鎖定軌溫一步到位的方法。拉伸長軌條時，要做到“勻、準、夠”。

1)形成零應力。在放散段自然溫度的條件下，軌下墊滾筒，松開全部扣件，使鋼軌能自由伸縮。以50 m或100 m為單位進行觀測，并用撞軌器沿鋼軌走行方向依次撞軌，當鋼軌發生反彈現象時，即視為零應力。

2)計算拉伸量。鋼軌放散至零應力狀態后，根據設計軌溫和實際鎖定軌溫計算出鋼軌拉伸量，用拉伸器和撞軌器聯合作用拉出該伸長量后即鎖定鋼軌。鋼軌拉伸量按下列公式計算

式中，ΔL為鋼軌伸長量(mm);α為鋼軌線膨脹系數，α=0.000 011 8/℃;L為鋼軌長度(m);TS為鋼軌的設計鎖定軌溫(℃);TSJ為鋼軌的實際軌溫(℃)。

3)放散作業程序。確定放散長度→設立固定點→放松扣件，墊入滾筒，保證鋼軌自由伸縮，測量當地軌溫→根據放散軌溫與當地軌溫的差別，計算并標記鋼軌的變化長度，并在鋼軌上每隔50 m做標記→使用拉伸器和撞軌器共同作用拉伸鋼軌，達到設定的標記位置→鎖定鋼軌，由焊接處向固定點方向上緊扣件→在焊接之后不少于20 min和焊縫兩邊至少30 m的范圍內將扣件按照設計要求安裝好后，撤出拉伸器，使各固定點之間的縱向力均勻。

4)放散量及鋸軌量計算辦法。

①放散量的計算

式中，ΔL為放散量(mm);α為鋼軌線膨脹系數，α=0.000 011 8/℃;L為需要放散應力的鋼軌長度(m);t1為鋼軌的設計鎖定軌溫(℃);t2為作業時軌溫(℃)。

②鋸軌量的計算

式中，Δl″為鋸軌量(mm);Δl′為放散量(mm);λ 為焊接預留軌縫(mm);a為整治線路爬行時鋼軌移動量，如移動方向與應力放散方向相同為正，反之為負。

3 影響應力放散均勻的因素分析

影響放散均勻的因素很多，從施工的程序來分析，有以下幾個因素最為關鍵。

1)撞軌的方式

撞軌的方式有兩種，一種為小型撞軌器，在單元焊節上每500 m左右放置一個，通過撞軌器撞擊撞塊使鋼軌克服伸縮阻力，向前移動;第二種為用大錘沿單元軌節長度均勻分布撞擊鋼軌，錘頭作用力不得輕于27.2 kN。這兩種撞軌方式在現場中均有使用，各有優缺點，實踐證明將兩者結合使用效果較好。當臨時位移觀測點距離為150 m時，臨時位移觀測點的位移量誤差值能達到4 mm左右。

2)滾筒的阻力

滾筒的阻力取決于滾筒的數量和滾筒與鋼軌的摩擦系數。滾筒的數量由放置距離決定，放置距離由鋼軌的撓度決定，用公式 f=5ql4/(384EI)計算，式中 q為單位長度鋼軌重量，l為長度，E為鋼軌的彈性模量，I為鋼軌的慣性矩，通過計算和實踐，現場60 kg/m鋼軌一般每10 m放置一個滾筒。

滾筒與鋼軌的摩擦系數越小越有利于鋼軌拉伸，滾動摩擦比滑動摩擦系數小，現場的滾筒均做成滾動軸承式滾筒。

3)線路的原始彎曲

線路的原始彎曲分線路的彎曲和鋼軌的變形兩種，線路的彎曲主要是鋼軌在滾筒上放置時有一定的活動范圍而產生的自然彎曲。

鋼軌的變形有彈性變形和塑性變形兩種，彈性變形一般可以通過撞軌恢復，塑性變形則必須使用鋼軌校直器校正。在長軌條中，塑性變形在鋼軌焊頭處較常見。

4)線路曲線半徑及坡度

曲線半徑越小鋼軌在滾筒上越不易伸縮，坡度為上坡時鋼軌越不易伸縮。

4 解決應力放散不勻的方法

在滾筒放散時，當鋼軌從滾筒上落到混凝土枕承軌槽上時，軌會向前竄動，2 km的軌條最大竄動量可以達到40 mm，相當于軌溫變化了近2℃，解決此問題的方法被稱為“預拉伸施工法”。所謂“預拉伸施工法”就是在線路放散前預先對鋼軌進行拉伸，最大限度地消除線路的原始彎曲和滾筒的阻力，使放散更趨于均勻。

在滾筒放散法中，預先對鋼軌拉伸100 mm左右，相當于對鋼軌施加了10 t(60 kg/m鋼軌)的力，然后使拉力歸0，再落滾筒進行鎖定。

在綜合放散法中，預先對鋼軌拉伸至計劃值的80%，然后再使拉力歸0，再次正式拉伸，后落槽鎖定。

在滾筒放散過程中，預拉伸可以最大限度地消除鋼軌的自然彎曲，從現場測得的數據看，鋼軌在滾筒上處于自由伸縮狀態時，10 m弦量最大正矢達到20 mm左右(直線)，通過拉伸后可以達到1 mm左右，鋼軌充分展長。待鋼軌從滾筒上落槽后，鋼軌幾乎無位移。

在綜合放散法中，預拉伸可以最大限度地消除影響放散均勻的滾筒阻力和原始彎曲。從放散的效果看，當臨時位移觀測點距離為150 m時，理論位移量與實際位移量最大相差3 mm，當臨時位移觀測點距離為100 m時，理論位移量與實際位移量最大相差2 mm，放散均勻。

預拉伸法比“超張拉法”較為理想。所謂“超張拉法”即綜合放散法在計劃拉伸的量上超拉一定值，然后再松拉伸器，以克服鋼軌全長范圍內的阻力，這種方法的缺點是往往將“0”點拉過，所以不提倡使用。

5 結語

通過烏精二線無縫線路施工，無論在應力放散還是在鎖定軌溫方面都得到了很好的控制，并積累了一些在溫差較大地區進行無縫線路應力放散及鎖定的施工經驗，但施工中仍然存在一些不足，需要進一步總結創新，最終形成一套成熟的鋼軌應力放散及鎖定施工技術。

［1］鐵道部經濟規劃研究院.客貨共線鐵路軌道工程施工技術指南［M］.北京:中國鐵道出版社，2008.

［2］中華人民共和國鐵道部.TB10082—2005 J284—2005 鐵路軌道設計規范［S］.北京:中國鐵道出版社，2005.

［3］中華人民共和國鐵道部.TB10413—2003 J284—2004 鐵路軌道工程施工質量驗收標準［S］.北京:中國鐵道出版社，2004.

［4］劉新盤.武廣鐵路客運專線長軌焊接鎖定施工技術［J］.鐵道建筑，2010(1):56-58.