新建有砟高鐵無縫線路（道岔）應(yīng)力放散問題分析

周立軍 中國鐵路上海局集團(tuán)有限公司南京橋工段

1 概述

我國高速鐵路的鋪設(shè)里程目前躍居世界第一,而且還在迅速發(fā)展,隨著跨區(qū)間無縫線路的開通運(yùn)營,無縫線路的優(yōu)越性體現(xiàn)的十分明顯,但是由于長鋼軌焊接在一起,鋼軌內(nèi)部蘊(yùn)藏了較大的溫度應(yīng)力,特別是在跨區(qū)間無縫線路上的無縫道岔、橋隧及其過渡地段體現(xiàn)的尤其突出。在高鐵車站咽喉區(qū),由于養(yǎng)護(hù)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(nèi)溫度不均衡現(xiàn)象,進(jìn)而導(dǎo)致線路不平順。因此,采取必要的道岔應(yīng)力放散技術(shù)對(duì)確保列車運(yùn)行的安全十分必要。

2 無縫線路（道岔）應(yīng)力放散規(guī)范要求

2.1 《高速鐵路有砟軌道線路維修規(guī)則（試行）》鐵運(yùn)〔2013〕29號(hào)，關(guān)于無縫線路（道岔）應(yīng)力放散相關(guān)內(nèi)容

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

（2）“左右兩股鋼軌絕緣接頭應(yīng)相對(duì)鋪設(shè)，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(yīng)小于20 m，道岔間困難條件下不應(yīng)小于12 m”。

（3）“無縫道岔應(yīng)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(jié)鎖定焊接相錯(cuò)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(jié)起止點(diǎn)不應(yīng)設(shè)置在不同軌道結(jié)構(gòu)過渡段或不同線下基礎(chǔ)過渡段范圍”。

2.2 《高速鐵路軌道工程施工質(zhì)量驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)》（TB10754-2018/J1150-2018），關(guān)于無縫線路（道岔）應(yīng)力放散相關(guān)內(nèi)容

（1）“道岔鋼軌焊接應(yīng)先岔內(nèi)后岔外。岔內(nèi)鋼軌焊接應(yīng)按設(shè)計(jì)順序進(jìn)行”。“道岔與兩端線路鋼軌鎖定焊接時(shí)，限位器子、母塊應(yīng)居中，并記錄鎖定軌溫，在鋼軌上標(biāo)記位移觀測(cè)‘零點(diǎn)’位置”。“無縫道岔與相鄰無縫線路鎖定焊聯(lián)應(yīng)在設(shè)計(jì)鎖定軌溫范圍內(nèi)進(jìn)行，且與相鄰單元軌節(jié)的鎖定軌溫差不應(yīng)大于5℃”。

（2）“應(yīng)力放散及鎖定施工前應(yīng)對(duì)有砟道床狀態(tài)參數(shù)指標(biāo)進(jìn)行測(cè)定，滿足有砟道床初期穩(wěn)定狀態(tài)參數(shù)指標(biāo)要求”。“首次進(jìn)行道床分層上砟整道工藝試驗(yàn)時(shí)，道床達(dá)到初期穩(wěn)定階段，力學(xué)參數(shù)應(yīng)符合以下規(guī)定：道床支承剛度不應(yīng)小于70 kN/mm，道床橫向阻力不應(yīng)小于7.5 kN/枕”。“道床分層上砟整道達(dá)到初期穩(wěn)定階段時(shí)，道床橫向阻力不應(yīng)小于7.5 kN/枕”。“軌道達(dá)到初期穩(wěn)定階段狀態(tài)時(shí)，軌道靜態(tài)幾何尺寸允許偏差和檢驗(yàn)方法應(yīng)符合表11.3.5的規(guī)定”。

表11.3.5初期穩(wěn)定階段軌道靜態(tài)幾何尺寸允許偏差和檢驗(yàn)方法

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

（4）“無縫線路實(shí)際鎖定軌溫應(yīng)在設(shè)計(jì)鎖定軌溫允許范圍內(nèi)。無縫道岔內(nèi)鎖定焊接宜在設(shè)計(jì)鎖定軌溫范圍內(nèi)進(jìn)行，道岔與兩端無縫線路鎖定焊接應(yīng)在設(shè)計(jì)鎖定軌溫范圍內(nèi)鎖定和焊接”。“當(dāng)實(shí)測(cè)作業(yè)軌溫高于設(shè)計(jì)鎖定軌溫范圍時(shí)，不應(yīng)進(jìn)行應(yīng)力放散”。

（5）“位移觀測(cè)樁應(yīng)在無縫線路應(yīng)力放散鎖定前設(shè)置，位移觀測(cè)樁應(yīng)齊全、牢固可靠、易于觀測(cè)和不易破壞”。“位移觀測(cè)樁應(yīng)編號(hào)，每對(duì)位移觀測(cè)樁基準(zhǔn)點(diǎn)連線與線路中線應(yīng)垂直。軌道縱向位移‘零點(diǎn)’標(biāo)記應(yīng)齊全，標(biāo)記大小適當(dāng)、一致，色澤均勻、清晰”。“線路鎖定后，應(yīng)立即在鋼軌上設(shè)置縱向位移觀測(cè)的‘零點(diǎn)’標(biāo)記，按規(guī)定開始觀測(cè)并記錄鋼軌位移情況”。“扣件安裝到位，符合設(shè)計(jì)要求”。

（6）工地焊接接頭不應(yīng)設(shè)置在不同軌道結(jié)構(gòu)過渡段以及不同線下基礎(chǔ)過渡段范圍內(nèi)，并距離橋臺(tái)邊墻和橋墩不應(yīng)小于2 m。

3 無縫線路（道岔）應(yīng)力放散準(zhǔn)備工作

3.1 軌道幾何、結(jié)構(gòu)狀態(tài)

無縫線路（道岔）放散前應(yīng)達(dá)到初期穩(wěn)定狀態(tài)，滿足道床橫向阻力要求，軌道靜態(tài)允許偏差值應(yīng)滿足表11.3.5 檢驗(yàn)項(xiàng)目要求。全面檢查鋼軌狀態(tài)，確保放散前無傷損鋼軌、不達(dá)標(biāo)焊縫，避免放散后進(jìn)行不必要的插軌，影響整個(gè)單元的鎖定軌溫均勻。全面檢查扣件狀態(tài)，確保齊全有效，扭力達(dá)標(biāo)，膠墊無缺少，承軌臺(tái)、鐵墊板清潔無道砟，避免影響扣壓力及碎砟掉落堵塞預(yù)埋孔。全面檢查軌枕狀態(tài)，確保無失效軌枕，避免放散后批量更換，影響無縫線路穩(wěn)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(yīng)力放散控制表

無縫線路（道岔）應(yīng)力放散施工為隱蔽工程，為確保鎖定軌溫的準(zhǔn)確、應(yīng)力均勻，施工時(shí)施工、監(jiān)理、設(shè)備接管單位需進(jìn)行三方現(xiàn)場(chǎng)確認(rèn)，全程盯控、監(jiān)督無縫線路施工是否滿足設(shè)計(jì)、運(yùn)營維護(hù)相關(guān)要求。放散控制表按照施工前、中、后，整理了監(jiān)督、盯控的具體內(nèi)容，三方全程跟蹤人員進(jìn)行對(duì)照寫實(shí)（如下圖），對(duì)于不滿足控制表要求的一律進(jìn)行重新放散，確保滿足無縫線路（道岔）應(yīng)力放散規(guī)范要求。

4 無縫線路（道岔）應(yīng)力放散實(shí)施過程

4.1 線路拉伸放散

因?qū)崪y(cè)軌溫低于鎖定軌溫，需通過拉伸、撞軌、鎖定等相關(guān)放散過程，滿足無縫線路鎖定軌溫符合設(shè)計(jì)要求。拉伸放散過程中每百米設(shè)置觀測(cè)點(diǎn)，施工單位安排每個(gè)百米測(cè)點(diǎn)一個(gè)觀測(cè)員進(jìn)行觀測(cè)拉伸量是否達(dá)到計(jì)算放散量。測(cè)點(diǎn)標(biāo)記前應(yīng)先撞軌，保證所放散的軌條各百米測(cè)點(diǎn)鋼軌位移釋放完成，確保放散的軌條處于零應(yīng)力狀態(tài)。

拉伸放散時(shí)，單元軌節(jié)的兩個(gè)端部會(huì)存在不明軌溫。一是單元軌節(jié)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(cè)點(diǎn)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(xù)放散時(shí)，后一單元的始端（即前一單元的末端）因連續(xù)放散，施工單位為保護(hù)焊縫質(zhì)量會(huì)人為鎖定50 m的線路，造成該區(qū)段存在不明軌溫。

4.2 線路自由放散

因?qū)崪y(cè)軌溫滿足設(shè)計(jì)鎖定軌溫要求，線路放散時(shí)應(yīng)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(yīng)力狀態(tài)。

自由放散時(shí)，應(yīng)考慮升溫、降溫時(shí)段及鎖定時(shí)長、鎖定過程軌溫變化情況。應(yīng)充分準(zhǔn)備，提前將無縫線路處于零應(yīng)力狀態(tài)，加密測(cè)量軌溫，軌溫處于鎖定軌溫允許范圍時(shí)快速完成鎖定，鎖定開始及結(jié)束軌溫均需處于鎖定軌溫允許范圍內(nèi)。

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(shè)計(jì)要求。

道岔自由放散時(shí)應(yīng)將整組道岔鋼軌件處于零應(yīng)力狀態(tài)（轍叉區(qū)應(yīng)保持結(jié)構(gòu)完整），鎖定時(shí)相關(guān)要求與線路一致。鎖定后整組道岔平面線形、結(jié)構(gòu)狀態(tài)、道岔方正、前后長、Q 值、限位器、尖趾距離等均應(yīng)滿足“零誤差”要求。如圖3，道岔內(nèi)焊接時(shí)利用斜鐵進(jìn)行兩側(cè)間隙控制。

5 思考與建議

5.1 單元軌節(jié)“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(jìn)行放散時(shí)將前一單元末端100 m 線路納入本單元進(jìn)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(yīng)力均勻。

5.2 上下行交叉平行放散

無縫線路應(yīng)力放散時(shí)，同一區(qū)間上下行線路應(yīng)同時(shí)具備放散條件，放散施工時(shí)可上下行交替進(jìn)行。從而留有充足時(shí)間，確保現(xiàn)場(chǎng)閃光焊接質(zhì)量；能夠減少人員及工機(jī)具轉(zhuǎn)移時(shí)間，提升施工效率；通過單元軌節(jié)長度微調(diào)，盡可能統(tǒng)一上下行現(xiàn)場(chǎng)焊縫位置，便于運(yùn)營期日常養(yǎng)護(hù)及設(shè)備檢查。

5.3 道岔施工建設(shè)期時(shí)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(jìn)行，施工單位在工期安排時(shí)應(yīng)將道岔施工時(shí)間段納入關(guān)鍵控制工期，在低溫季節(jié)完成鋪設(shè)施工、精調(diào)整治，才能保障高溫季節(jié)進(jìn)行放散、鎖定及焊連。

6 結(jié)束語

總之，跨區(qū)間無縫線路溫度應(yīng)力均勻是線路穩(wěn)定性的前置條件。為開通運(yùn)營后設(shè)備品質(zhì)高位保持，尤其能夠大大減少道岔工電結(jié)合部病害的產(chǎn)生，從而體現(xiàn)出“建維一體化”的重要性。