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(tuán)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(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)，但低溫下的無砟軌道焊接、放散鎖定施工技術(shù)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(shù)，在軌溫低于5℃時，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）施工前對焊軌機(jī)進(jìn)行低溫下焊軌參數(shù)試驗，對焊接的鋼軌進(jìn)行型式試驗及生產(chǎn)檢驗，確保現(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(shè)備、放散鎖定設(shè)備進(jìn)入施工現(xiàn)場，對現(xiàn)場施工人員進(jìn)行施工技術(shù)交底。

（3）對要安裝到保溫棚內(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）焊軌列車進(jìn)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(shè)置滾筒，確保焊接頂端時無阻礙。做好焊軌前的準(zhǔn)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(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，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(jī)附近，并在鋼軌周圍放置火盆及電熱扇，以提高棚內(nèi)溫度，使用噴燈對鋼軌接頭進(jìn)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(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(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，分析每個焊接接頭曲線，與型式試驗通過時的焊接曲線仔細(xì)對比，發(fā)現(xiàn)異常，及時匯報給有關(guān)部門，不得擅自變更焊機(jī)的技術(shù)參數(shù)。

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

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(guān)鍵，在施工時以鋼軌焊接質(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(jī)對焊接接頭的軌頂面、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(jìn)行正火，按正火程序嚴(yán)格操作，采用小型正火設(shè)備對焊縫進(jìn)行正火處理。正火使用火焰加熱器對接頭進(jìn)行加熱。正火過程中應(yīng)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(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，用光電測溫儀測量并記錄好溫度，用波磨尺測量軌頂面和內(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，使用點溫計測量軌溫，待鋼軌軌溫達(dá)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(jī)對焊縫進(jìn)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(jī)對焊縫兩側(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0.5 mm。

2.1.14 探傷

每個鋼軌焊接接頭均應(yīng)進(jìn)行超聲波探傷檢查，探傷時接頭的溫度不應(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，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

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(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

一個單元軌節(jié)內(nèi)所有焊接接頭焊接完成并探傷合格后，開始進(jìn)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(shè)置位移觀測樁

位移觀測樁是無縫線路養(yǎng)護(hù)的重要標(biāo)志，位移觀測樁應(yīng)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(shè)置，道岔區(qū)按道岔單元軌節(jié)設(shè)置，無縫線路按鎖定單元軌節(jié)500 m等距離設(shè)置位移觀測樁；當(dāng)單元軌節(jié)長度不足500 m整倍數(shù)時，可適當(dāng)調(diào)整樁間距離。每組道岔應(yīng)設(shè)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(shè)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(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)位移觀測樁。

（2）設(shè)置時間。位移觀測樁設(shè)置時間必須與無縫線路（含無縫道岔）鎖定同步，在施工時準(zhǔn)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(zhǔn)確標(biāo)志。

（3）位移觀測樁安裝。觀測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：在凸臺上埋設(shè)十字測量標(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；同時在同一垂直面的鋼軌軌腰處貼上觀測標(biāo)尺（紅桿標(biāo)示一端貼上來車方向），標(biāo)尺的“0”刻度與標(biāo)示點對齊，由專職人員采用準(zhǔn)直儀進(jìn)行觀測。

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，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）位移觀測樁埋設(shè)要求。在單元軌節(jié)的末端設(shè)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(shè)置正式位移觀測樁零點標(biāo)記。在位移觀測樁與軌頭外端相對應(yīng)處，做出清晰的、規(guī)范的標(biāo)記，對現(xiàn)場位移觀測樁編號并注標(biāo)識。

位移觀測樁按施工圖設(shè)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(yīng)，縱向相錯量不得大于30 m。位移觀測樁應(yīng)與電務(wù)設(shè)備錯開。

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

成對的位移觀測樁應(yīng)垂直于線路方向，在線路兩側(cè)對稱布置，位移觀測樁必須在無縫線路鎖定前完成設(shè)置，并在現(xiàn)場進(jìn)行編號，編號應(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，拆除已鋪設(shè)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(jī)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(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左右做一個鋼軌位移觀測標(biāo)記，觀測鋼軌在應(yīng)力放散過程中相對于標(biāo)記的移動量。觀測點可設(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，先對單元軌節(jié)進(jìn)行零應(yīng)力放散，確保計算拉伸量時鋼軌處于零應(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，施工觀測人員每100 m做好觀測標(biāo)記，撞軌組按統(tǒng)一命令一起撞軌，當(dāng)所有觀測人員報告負(fù)責(zé)人鋼軌出現(xiàn)反彈跡象時，應(yīng)停止撞軌，此時鋼軌達(dá)到零應(yīng)力狀態(tài)。

2.2.6 計算拉伸量

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(shè)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(jié)果，撞軌器配合撞軌時每個觀測點拉伸結(jié)果與計算拉伸量相符合，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(dāng)鋼軌位移發(fā)生反彈且各點位移變化時，則視為鋼軌達(dá)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(nèi)），則鎖定線路成功，質(zhì)量合格。

2.2.9 設(shè)置位移觀測標(biāo)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(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個觀測標(biāo)尺。

觀測樁編號標(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

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)過施工中的成功實踐，取得了良好的效果，達(dá)到國內(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，在施工中具備推廣應(yīng)用價值。