新建有砟高鐵無縫線路（道岔）應力放散問題分析

周立軍 中國鐵路上海局集團有限公司南京橋工段

1 概述

我國高速鐵路的鋪設里程目前躍居世界第一,而且還在迅速發展,隨著跨區間無縫線路的開通運營,無縫線路的優越性體現的十分明顯,但是由于長鋼軌焊接在一起,鋼軌內部蘊藏了較大的溫度應力,特別是在跨區間無縫線路上的無縫道岔、橋隧及其過渡地段體現的尤其突出。在高鐵車站咽喉區,由于養護維修或更換道岔等原因,容易造成某一組道岔的鎖定軌溫明顯高于或低于其他道岔,形成道岔群內溫度不均衡現象,進而導致線路不平順。因此,采取必要的道岔應力放散技術對確保列車運行的安全十分必要。

2 無縫線路（道岔）應力放散規范要求

2.1 《高速鐵路有砟軌道線路維修規則（試行）》鐵運〔2013〕29號，關于無縫線路（道岔）應力放散相關內容

（1）“無縫線路相鄰單元軌節之間鎖定軌溫之差不應大于5℃，同一區間內單元軌節最高與最低鎖定軌溫之差不應大于10℃；左右股鋼軌鎖定軌溫之差不應大于3℃”。

（2）“左右兩股鋼軌絕緣接頭應相對鋪設，且絕緣接頭軌縫絕緣端板距軌枕邊不宜小于100 mm。膠接絕緣接頭與焊接接頭間距不應小于20 m，道岔間困難條件下不應小于12 m”。

（3）“無縫道岔應以單組或相鄰多組一次鎖定的道岔及其前后200 m線路為管理單元”。

（4）“左右股單元軌節鎖定焊接相錯量不宜超過100 mm。由道岔前端和轍叉跟端接頭焊縫確定的道岔全長偏差不得超過±20 mm。單元軌節起止點不應設置在不同軌道結構過渡段或不同線下基礎過渡段范圍”。

2.2 《高速鐵路軌道工程施工質量驗收標準》（TB10754-2018/J1150-2018），關于無縫線路（道岔）應力放散相關內容

（1）“道岔鋼軌焊接應先岔內后岔外。岔內鋼軌焊接應按設計順序進行”。“道岔與兩端線路鋼軌鎖定焊接時，限位器子、母塊應居中，并記錄鎖定軌溫，在鋼軌上標記位移觀測‘零點’位置”。“無縫道岔與相鄰無縫線路鎖定焊聯應在設計鎖定軌溫范圍內進行，且與相鄰單元軌節的鎖定軌溫差不應大于5℃”。

（2）“應力放散及鎖定施工前應對有砟道床狀態參數指標進行測定，滿足有砟道床初期穩定狀態參數指標要求”。“首次進行道床分層上砟整道工藝試驗時，道床達到初期穩定階段，力學參數應符合以下規定：道床支承剛度不應小于70 kN/mm，道床橫向阻力不應小于7.5 kN/枕”。“道床分層上砟整道達到初期穩定階段時，道床橫向阻力不應小于7.5 kN/枕”。“軌道達到初期穩定階段狀態時，軌道靜態幾何尺寸允許偏差和檢驗方法應符合表11.3.5的規定”。

表11.3.5初期穩定階段軌道靜態幾何尺寸允許偏差和檢驗方法

（3）“工地鋼軌焊接應采用移動式閃光焊接或移動式氣壓焊接。道岔內及兩端鋼軌接頭宜采用鋁熱焊”。“環境溫度低于0℃時不應進行工地焊接。惡劣天氣焊接時，應采取防護措施”。“氣溫低于10℃時，焊接前應用火焰預熱軌端0.5 m長度范圍，預熱溫度應均勻，鋼軌表面預熱升溫至35℃-50℃才能進行焊軌作業，焊后應采取保溫措施”。“承受拉力的焊縫，在其軌溫高于300℃時應持力保壓”。

（4）“無縫線路實際鎖定軌溫應在設計鎖定軌溫允許范圍內。無縫道岔內鎖定焊接宜在設計鎖定軌溫范圍內進行，道岔與兩端無縫線路鎖定焊接應在設計鎖定軌溫范圍內鎖定和焊接”。“當實測作業軌溫高于設計鎖定軌溫范圍時，不應進行應力放散”。

（5）“位移觀測樁應在無縫線路應力放散鎖定前設置，位移觀測樁應齊全、牢固可靠、易于觀測和不易破壞”。“位移觀測樁應編號，每對位移觀測樁基準點連線與線路中線應垂直。軌道縱向位移‘零點’標記應齊全，標記大小適當、一致，色澤均勻、清晰”。“線路鎖定后，應立即在鋼軌上設置縱向位移觀測的‘零點’標記，按規定開始觀測并記錄鋼軌位移情況”。“扣件安裝到位，符合設計要求”。

（6）工地焊接接頭不應設置在不同軌道結構過渡段以及不同線下基礎過渡段范圍內，并距離橋臺邊墻和橋墩不應小于2 m。

3 無縫線路（道岔）應力放散準備工作

3.1 軌道幾何、結構狀態

無縫線路（道岔）放散前應達到初期穩定狀態，滿足道床橫向阻力要求，軌道靜態允許偏差值應滿足表11.3.5 檢驗項目要求。全面檢查鋼軌狀態，確保放散前無傷損鋼軌、不達標焊縫，避免放散后進行不必要的插軌，影響整個單元的鎖定軌溫均勻。全面檢查扣件狀態，確保齊全有效，扭力達標，膠墊無缺少，承軌臺、鐵墊板清潔無道砟，避免影響扣壓力及碎砟掉落堵塞預埋孔。全面檢查軌枕狀態，確保無失效軌枕，避免放散后批量更換，影響無縫線路穩定性，如圖1 施工過程造成的軌枕縱裂。

圖1 失效軌枕

3.2 線路（道岔）控制表

圖2 無縫線路（道岔）應力放散控制表

無縫線路（道岔）應力放散施工為隱蔽工程，為確保鎖定軌溫的準確、應力均勻，施工時施工、監理、設備接管單位需進行三方現場確認，全程盯控、監督無縫線路施工是否滿足設計、運營維護相關要求。放散控制表按照施工前、中、后，整理了監督、盯控的具體內容，三方全程跟蹤人員進行對照寫實（如下圖），對于不滿足控制表要求的一律進行重新放散，確保滿足無縫線路（道岔）應力放散規范要求。

4 無縫線路（道岔）應力放散實施過程

4.1 線路拉伸放散

因實測軌溫低于鎖定軌溫，需通過拉伸、撞軌、鎖定等相關放散過程，滿足無縫線路鎖定軌溫符合設計要求。拉伸放散過程中每百米設置觀測點，施工單位安排每個百米測點一個觀測員進行觀測拉伸量是否達到計算放散量。測點標記前應先撞軌，保證所放散的軌條各百米測點鋼軌位移釋放完成，確保放散的軌條處于零應力狀態。

拉伸放散時，單元軌節的兩個端部會存在不明軌溫。一是單元軌節末端（拉伸方向的龍門口），因與后一單元（未放散單元）存在有縫連接，軌溫低于鎖定軌溫，造成鎖定困難，最后100 m 的線路測點均存在不同程度的回彈量（回彈量與拉伸量的大小成正比）。二是連續放散時，后一單元的始端（即前一單元的末端）因連續放散，施工單位為保護焊縫質量會人為鎖定50 m的線路，造成該區段存在不明軌溫。

4.2 線路自由放散

因實測軌溫滿足設計鎖定軌溫要求，線路放散時應滿足扣件無阻力、按要求布置滾輪及撞軌配合，確保放散前的無縫線路處于零應力狀態。

自由放散時，應考慮升溫、降溫時段及鎖定時長、鎖定過程軌溫變化情況。應充分準備，提前將無縫線路處于零應力狀態，加密測量軌溫，軌溫處于鎖定軌溫允許范圍時快速完成鎖定，鎖定開始及結束軌溫均需處于鎖定軌溫允許范圍內。

4.3 道岔自由放散

圖3 焊接前限位器間隙控制

因道岔自身的特殊性，無法完成拉伸放散，只能通過自由放散滿足鎖定軌溫要求，確保道岔單元與前后線路單元鎖定軌溫滿足設計要求。

道岔自由放散時應將整組道岔鋼軌件處于零應力狀態（轍叉區應保持結構完整），鎖定時相關要求與線路一致。鎖定后整組道岔平面線形、結構狀態、道岔方正、前后長、Q 值、限位器、尖趾距離等均應滿足“零誤差”要求。如圖3，道岔內焊接時利用斜鐵進行兩側間隙控制。

5 思考與建議

5.1 單元軌節“搭接法”

為避免放散方式不同（拉伸與自由）、相鄰單元（始端與末端）造成的不明軌溫問題，進行放散時將前一單元末端100 m 線路納入本單元進行同步放散，即“搭接”100 m 線路，通過“搭接法”有效解決施工過程中人為造成的不明軌溫問題，確保無縫線路應力均勻。

5.2 上下行交叉平行放散

無縫線路應力放散時，同一區間上下行線路應同時具備放散條件，放散施工時可上下行交替進行。從而留有充足時間，確保現場閃光焊接質量；能夠減少人員及工機具轉移時間，提升施工效率；通過單元軌節長度微調，盡可能統一上下行現場焊縫位置，便于運營期日常養護及設備檢查。

5.3 道岔施工建設期時間段控制

因考慮到道岔的特殊性，鎖定軌溫只能通過自由放散形式進行，施工單位在工期安排時應將道岔施工時間段納入關鍵控制工期，在低溫季節完成鋪設施工、精調整治，才能保障高溫季節進行放散、鎖定及焊連。

6 結束語

總之，跨區間無縫線路溫度應力均勻是線路穩定性的前置條件。為開通運營后設備品質高位保持，尤其能夠大大減少道岔工電結合部病害的產生，從而體現出“建維一體化”的重要性。