高速鐵路低溫下無(wú)縫線路焊軌、放散鎖定施工工藝探討

張克林

（中鐵三局集團(tuán)公司線橋工程分公司，河北 三河 065201）

1 前言

高速鐵路無(wú)砟軌道鋪設(shè)、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(shù)，但低溫下的無(wú)砟軌道焊接、放散鎖定施工技術(shù)處在初步實(shí)踐和摸索階段，采用常規(guī)的鋼軌焊接、放散鎖定施工技術(shù)，在軌溫低于5℃時(shí)，施工工地將不宜進(jìn)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(zhǔn)備

（1）施工前對(duì)焊軌機(jī)進(jìn)行低溫下焊軌參數(shù)試驗(yàn)，對(duì)焊接的鋼軌進(jìn)行型式試驗(yàn)及生產(chǎn)檢驗(yàn)，確?，F(xiàn)場(chǎng)焊軌探傷合格及生產(chǎn)檢驗(yàn)的鋼軌焊接接頭落錘試驗(yàn)合格。

（2）線路鋪軌完成，焊接設(shè)備、放散鎖定設(shè)備進(jìn)入施工現(xiàn)場(chǎng)，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)施工人員進(jìn)行施工技術(shù)交底。

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

（4）焊軌列車(chē)進(jìn)入施工現(xiàn)場(chǎng)，將待焊長(zhǎng)鋼軌扣件松開(kāi)，按10 m間隔在軌下設(shè)置滾筒，確保焊接頂端時(shí)無(wú)阻礙。做好焊軌前的準(zhǔn)備工作。

2.1.2 移動(dòng)保溫棚安裝

根據(jù)施工現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，采用鋼筋支架、厚棉被服做成的長(zhǎng)5 m、寬3.5 m、高2.9 m的移動(dòng)保溫棚，使用噴燈作為鋼軌接頭加熱的設(shè)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(dǎo)書(shū)，依次安裝鋼筋支架—厚棉被服—鋼軌接頭加熱設(shè)備—棚內(nèi)保溫設(shè)施—鋼軌保溫罩。

2.1.3 接頭除銹

采用手砂輪機(jī)打磨軌縫兩側(cè)的軌腰及軌端面，進(jìn)行焊軌接頭處除銹。焊機(jī)進(jìn)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(duì)正軌端。

2.1.4 焊前鋼軌加熱

將移動(dòng)保溫棚移動(dòng)至將要焊接的鋼軌接頭及焊機(jī)附近，并在鋼軌周?chē)胖没鹋杓半姛嵘?，以提高棚?nèi)溫度，使用噴燈對(duì)鋼軌接頭進(jìn)行加熱。

2.1.5 夾軌對(duì)正

通過(guò)夾緊鋼夾對(duì)兩個(gè)待焊鋼軌接頭的水平和垂直方向進(jìn)行調(diào)整，并調(diào)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(dòng)焊接

（1）嚴(yán)格按焊軌機(jī)安全操作規(guī)程進(jìn)行焊軌作業(yè)。待焊鋼軌進(jìn)入焊機(jī)后，對(duì)中時(shí)，首先要保證鋼軌頂面和工作面平順。對(duì)中后，作用面錯(cuò)位偏差不大于0.5 mm，非作用面錯(cuò)位偏差不大于1 mm，焊縫中心不偏離焊機(jī)鉗口中心。

（2）焊機(jī)監(jiān)控人員應(yīng)認(rèn)真觀察焊接記錄，分析每個(gè)焊接接頭曲線，與型式試驗(yàn)通過(guò)時(shí)的焊接曲線仔細(xì)對(duì)比，發(fā)現(xiàn)異常，及時(shí)匯報(bào)給有關(guān)部門(mén)，不得擅自變更焊機(jī)的技術(shù)參數(shù)。

注：進(jìn)行此項(xiàng)工作前檢查鋼軌軌溫，并對(duì)焊軌機(jī)頂鍛油路進(jìn)行檢查，確保設(shè)備潤(rùn)滑及剛性無(wú)影響。

2.1.7 焊軌后保溫

焊接結(jié)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(diǎn)溫計(jì)測(cè)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(guān)鍵，在施工時(shí)以鋼軌焊接質(zhì)量為前提進(jìn)行保溫工作。

2.1.8 焊后準(zhǔn)備

焊接結(jié)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(diǎn)溫計(jì)測(cè)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(jī)對(duì)焊接接頭的軌頂面、側(cè)面、軌底角表面進(jìn)行粗打磨，打磨時(shí)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(wú)焊接損傷后對(duì)鋼軌焊接接頭進(jìn)行正火，按正火程序嚴(yán)格操作，采用小型正火設(shè)備對(duì)焊縫進(jìn)行正火處理。正火使用火焰加熱器對(duì)接頭進(jìn)行加熱。正火過(guò)程中應(yīng)控制好氧氣、乙炔流量以及搖火擺動(dòng)頻率。加熱起始階段，軌頭表面中心線溫度應(yīng)在400℃以下，加熱后軌底表面中心線溫度應(yīng)為850℃左右。正火結(jié)束后，用光電測(cè)溫儀測(cè)量并記錄好溫度，用波磨尺測(cè)量軌頂面和內(nèi)側(cè)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(jié)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(diǎn)溫計(jì)測(cè)量軌溫，待鋼軌軌溫達(dá)到50℃左右時(shí)撤除，最后探傷焊接鋼軌接頭。

2.1.12 校直

采用移動(dòng)式四向矯直機(jī)對(duì)焊縫進(jìn)行4個(gè)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(jī)對(duì)焊縫兩側(cè)各450 mm范圍內(nèi)的軌頂面、軌頭內(nèi)側(cè)工作邊進(jìn)行精打磨，精磨之前接頭溫度應(yīng)低于50℃。精磨后接頭表面的不平整度應(yīng)滿足焊縫中心線兩側(cè)各100 mm范圍內(nèi)，不大于0.2 mm。軌頂面及軌頭內(nèi)側(cè)工作邊母材打磨深度不應(yīng)超過(guò)0.5 mm。

2.1.14 探傷

每個(gè)鋼軌焊接接頭均應(yīng)進(jìn)行超聲波探傷檢查，探傷時(shí)接頭的溫度不應(yīng)高于40℃。焊接接頭中，發(fā)現(xiàn)缺陷當(dāng)量大于探傷靈敏度規(guī)定值時(shí)，應(yīng)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(yàn)

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

2.2 低溫下單元軌節(jié)放散鎖定

一個(gè)單元軌節(jié)內(nèi)所有焊接接頭焊接完成并探傷合格后，開(kāi)始進(jìn)行長(zhǎng)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(shè)置位移觀測(cè)樁

位移觀測(cè)樁是無(wú)縫線路養(yǎng)護(hù)的重要標(biāo)志，位移觀測(cè)樁應(yīng)滿足牢固、耐久、可靠、易于觀測(cè)和不易被破壞的要求。

（1）布置原則。位移觀測(cè)樁按鎖定單元軌節(jié)設(shè)置，道岔區(qū)按道岔單元軌節(jié)設(shè)置，無(wú)縫線路按鎖定單元軌節(jié)500 m等距離設(shè)置位移觀測(cè)樁；當(dāng)單元軌節(jié)長(zhǎng)度不足500 m整倍數(shù)時(shí)，可適當(dāng)調(diào)整樁間距離。每組道岔應(yīng)設(shè)置5對(duì)位移觀測(cè)樁，即岔前、岔后、限位器、距離道岔前后各50 m處各設(shè)1對(duì)位移觀測(cè)樁。

長(zhǎng)度大于3 km的隧道口，長(zhǎng)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(gòu)、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(yīng)增設(shè)位移觀測(cè)樁。

（2）設(shè)置時(shí)間。位移觀測(cè)樁設(shè)置時(shí)間必須與無(wú)縫線路（含無(wú)縫道岔）鎖定同步，在施工時(shí)準(zhǔn)備足夠的人力、儀器和工具材料，確保無(wú)縫線路初始鎖定位置被準(zhǔn)確標(biāo)志。

（3）位移觀測(cè)樁安裝。觀測(cè)樁采用上下行各埋設(shè)直徑10 mm的膨脹套管上，用不銹鋼螺絲固定（在螺絲頂面預(yù)先先刻劃“+”）。具體埋設(shè)位置為：在凸臺(tái)上埋設(shè)十字測(cè)量標(biāo)志，用直徑10 mm不銹鋼圓柱制作，采用植筋膠埋入凸臺(tái)中,有砟軌道地段設(shè)在電氣化立柱基礎(chǔ)面上，其埋設(shè)頂面平齊混凝土面；同時(shí)在同一垂直面的鋼軌軌腰處貼上觀測(cè)標(biāo)尺（紅桿標(biāo)示一端貼上來(lái)車(chē)方向），標(biāo)尺的“0”刻度與標(biāo)示點(diǎn)對(duì)齊，由專職人員采用準(zhǔn)直儀進(jìn)行觀測(cè)。

正線每股道的左右兩股鋼軌均設(shè)置標(biāo)尺，且保持與準(zhǔn)直儀通視。岔前、岔后每根鋼軌均設(shè)置標(biāo)尺，限位器處在直基本軌和直尖軌上設(shè)置標(biāo)尺。標(biāo)尺中間設(shè)零點(diǎn)，標(biāo)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(cè)樁埋設(shè)要求。在單元軌節(jié)的末端設(shè)臨時(shí)位移觀測(cè)零點(diǎn)，以觀測(cè)鋼軌末端位移回彈量，在放散下一根單元軌節(jié)時(shí)，此點(diǎn)必須歸零。設(shè)置正式位移觀測(cè)樁零點(diǎn)標(biāo)記。在位移觀測(cè)樁與軌頭外端相對(duì)應(yīng)處，做出清晰的、規(guī)范的標(biāo)記，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)位移觀測(cè)樁編號(hào)并注標(biāo)識(shí)。

位移觀測(cè)樁按施工圖設(shè)置。單元軌節(jié)起終點(diǎn)的位移觀測(cè)樁宜與單元軌節(jié)焊接焊頭對(duì)應(yīng)，縱向相錯(cuò)量不得大于30 m。位移觀測(cè)樁應(yīng)與電務(wù)設(shè)備錯(cuò)開(kāi)。

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

成對(duì)的位移觀測(cè)樁應(yīng)垂直于線路方向，在線路兩側(cè)對(duì)稱布置，位移觀測(cè)樁必須在無(wú)縫線路鎖定前完成設(shè)置，并在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行編號(hào)，編號(hào)應(yīng)標(biāo)記清晰、耐久。

2.2.2 拆卸扣件

按施工進(jìn)度，施工人員及機(jī)具進(jìn)入施工現(xiàn)場(chǎng)，拆除已鋪設(shè)單元軌節(jié)扣件，將鎖緊彈條取下（鎖定時(shí)安裝彈條絕緣彈墊）。

2.2.3 支墊滾輪

用起道機(jī)打起鋼軌或撬棍翹起鋼軌，每隔15～16個(gè)枕木空墊放一個(gè)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(wú)破損及其上有無(wú)石屑。有破損及時(shí)更換，有雜物及時(shí)清理，確保鎖定后軌道的質(zhì)量。

2.2.4 做位移標(biāo)記

在單元軌節(jié)兩端及中間每隔100 m左右做一個(gè)鋼軌位移觀測(cè)標(biāo)記，觀測(cè)鋼軌在應(yīng)力放散過(guò)程中相對(duì)于標(biāo)記的移動(dòng)量。觀測(cè)點(diǎn)可設(shè)在軌底上表面或軌腰上。

2.2.5 撞軌、應(yīng)力放散

采用拉伸器結(jié)合撞軌器進(jìn)行應(yīng)力放散鎖定施工，先對(duì)單元軌節(jié)進(jìn)行零應(yīng)力放散，確保計(jì)算拉伸量時(shí)鋼軌處于零應(yīng)力狀態(tài)。

零應(yīng)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(cè)人員每100 m做好觀測(cè)標(biāo)記，撞軌組按統(tǒng)一命令一起撞軌，當(dāng)所有觀測(cè)人員報(bào)告負(fù)責(zé)人鋼軌出現(xiàn)反彈跡象時(shí)，應(yīng)停止撞軌，此時(shí)鋼軌達(dá)到零應(yīng)力狀態(tài)。

2.2.6 計(jì)算拉伸量

拉伸機(jī)結(jié)合撞軌器拉伸鋼軌使鋼軌鎖定達(dá)到設(shè)計(jì)鎖定軌溫。

放散量計(jì)算：按下列公式計(jì)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：?jiǎn)卧壒?jié)長(zhǎng)度，mm；

T鎖：實(shí)際鎖定軌溫；

T0：鋪設(shè)時(shí)的平均軌溫。

按計(jì)算的拉伸量拉伸鋼軌，每100m觀測(cè)人員按100 m、200 m、300 m……拉伸量觀測(cè)放散結(jié)果，撞軌器配合撞軌時(shí)每個(gè)觀測(cè)點(diǎn)拉伸結(jié)果與計(jì)算拉伸量相符合，確保放散鎖定質(zhì)量。

2.2.7 拉伸鋼軌（撞軌配合）多點(diǎn)觀測(cè)確保放散均勻

用撞軌器撞擊鋼軌，同時(shí)觀測(cè)各點(diǎn)的位移量變化情況。當(dāng)鋼軌位移發(fā)生反彈且各點(diǎn)位移變化時(shí)，則視為鋼軌達(dá)到自由伸縮狀態(tài)，此時(shí)，可停止撞軌。

2.2.8 單元軌節(jié)鎖定

長(zhǎng)鋼軌拉伸到位，各觀測(cè)點(diǎn)拉伸量與計(jì)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(cè)點(diǎn)位移量，若無(wú)變化或變化量?。?～2 mm內(nèi)），則鎖定線路成功，質(zhì)量合格。

2.2.9 設(shè)置位移觀測(cè)標(biāo)記

位移觀測(cè)樁的編號(hào)按里程增加順序編號(hào)，左右股均以里程增加方向分別編號(hào)。編號(hào)標(biāo)準(zhǔn)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(gè)觀測(cè)標(biāo)尺。

觀測(cè)樁編號(hào)標(biāo)注在標(biāo)尺前方軌腰上（內(nèi)側(cè)），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(jié)束語(yǔ)

本工藝采用自主研制的低溫鋼軌焊接、放散鎖定工藝進(jìn)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(jī)械、人員的損失，有效地降低工程成本。經(jīng)過(guò)施工中的成功實(shí)踐，取得了良好的效果，達(dá)到國(guó)內(nèi)先進(jìn)水平。為今后低溫鋼軌焊接、放散鎖定施工積累了經(jīng)驗(yàn)，在施工中具備推廣應(yīng)用價(jià)值。